DE69407833T2

DE69407833T2 - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Strahlungsheizkörpers

Info

Publication number: DE69407833T2
Application number: DE69407833T
Authority: DE
Inventors: Joseph Anthony Mcwilliams
Original assignee: Ceramaspeed Ltd
Current assignee: Stylewell Ltd
Priority date: 1993-02-11
Filing date: 1994-02-01
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2014-02-02
Also published as: ATE162356T1; JP3500583B2; DE69407833D1; ES2111847T3; EP0612196A1; GB2275160A; JPH06300275A; EP0612196B1; DK0612196T3; US5471737A; GB9302688D0; DE9421796U1; GR3026557T3; GB2275160B

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizstrahlers und insbesondere aber nicht ausschließlich auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizstrahlers zum Gebrauch in Verbindung mit einem oben glatten Kochherd mit einer glaskeramischen Platte.
Es sind elektrische Heizstrahler bekannt, bei denen ein Element aus spiralförmig gewundenem, blankem Elektrowiderstandsdraht auf einer innerhalb eines Tragbeckens aus Metall verdichteten Schicht aus mikroporösem, thermisch und elektrisch isolierendem Material abgestützt und mit Hilfe von Klammern befestigt ist. Solche Heizgeräte sind zum Beispiel in GB-A-1 580 909 beschrieben und in oben glatten Kochherden mit glaskeramischen Platten eingebaut.
In der vorliegenden Urkunde bezeichnet der Ausdruck "mikroporös" poröse bzw. zellige Materialien, bei denen die Endgröße der Zellen bzw. Hohlräume geringer ist als die mittlere freie Weglänge eines Luftmoleküls bei Normaltemperatur und -druck, d.h. bei denen die besagte Endgröße etwa 100 nm oder weniger beträgt. Die durch Luftleitung (d.h. Zusammenstöße zwischen Luftmolekülen) bedingte Wsrmeübertragung ist bei einem in diesem Sinne mikroporösen Material sehr gering. Zu solchen mikroporösen Materialien zählen Aerogel, d.h. ein Gel, bei dem die flüssige Phase so durch eine gasförmige Phase ersetzt wurde, daß die Schrumpfung vermieden wird, die bei unmittelbarer Trocknung des Gels aus einer Flüssigkeit stattfinden würde. Eine im wesentlichen identische Struktur läßt sich durch gesteuertes Fällen aus einer Lösung erzielen, wobei die Temperatur und der pH-Wert im Zuge der Fällung so geregelt werden, daß ein offengittriger Niederschlag anfällt. Andere äquivalente offengittrige Strukturen sind pyrogener (durch Hitzezersetzung bewirkter) bzw. elektrothermischer Art, wobei ein erheblicher Anteil der Teilchen eine Teilchenendgröße von weniger als 100 nm aufweist. Jedes dieser teilchenfo"rmigen Materialien, die z.B. auf Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder anderen Metalloxiden beruhen, kann zur Herstellung einer Masse benutzt werden, die der vorstehenden Definition gemäß mikroporös ist.
Die mikroporöse Isolierung umfaßt typisch ein trockenes, teilchenförmiges mikroporöses Material im Einklang mit der vorstehenden Definition, das mit einer Keramikfaserverstärkung, Titandioxid als Trübungsmittel und für Hochtemperatureinsätze einer kleinen Menge Aluminiumoxidpulver gemischt ist, dessen Aufgabe darin besteht, das Material schrumpfungsbeständig zu machen. Ein solches Isoliermaterial ist in GB-A-1 580 909 beschrieben.
Es wurden auch elektrische Heizstrahler vorgeschlagen, bei denen anstelle eines Elements aus spiralförmig gewundenem Widerstandsdraht ein einen länglichen, elektrisch leitfähigen Streifen aus einem Metall oder einer Metallegierung umfassendes Element vorgesehen ist, wobei das besagte Element hochkant auf einer isolierenden Grundlage abgestützt ist. Anordnungen dieser Art sind zum Beispiel in US-A-600 057, US-A-3 612 829, US-A-3 991 298, US-A-4 161 648 und US-A-4 292 504 beschrieben. In US-A-600 057 ist ein Leiter mit Hilfe eines Überzugs aus isolierendem Material wie z.B. einem Glasemail auf einer Grundlage aus Metall bzw. in einer darin gebildeten Nut angeordnet. In US-A-3 612 829 ist ein welliges, leitfähiges Streifenelement in der Form einer Spirale in in der Oberfläche eines gegossenen bzw. gepreßten feuerfesten faserkeramischen Materials vorgeformten Aussparungen angeordnet. Zur Befestigung des Streifenelements an der abstützenden Grundlage wird von Klammern Gebrauch gemacht. In US-A-3 991 298 ist das leitfähige Streifenelement spiralförmig und sitzt lose in einer vorgeformten Spiralnut, die in einer starren Grundlage aus feuerbeständigem Mörtel vorgesehen ist.
In US-A-4 161 648 ist ein welliges Streifenelement in Spiralform mit integralen, sich nach unten erstreckenden Montagelaschen versehen, die in eine elektrisch isolierende Platte aus hohen Temperaturen gegenüber beständigem Plattenmaterial eindringen. Ist die aus dem Plattenmaterial bestehende Platte dünn, so werden die Montagelaschen an der Rückseite des Materials umgebogen. Die plattenförmige Isolierplatte mit dem darauf befindlichen Element wird dann auf einer in einem Tragbecken befindlichen Schicht aus mikroporösem, thermisch isolierendem Material angeordnet. Ist die aus dem Plattenmaterial bestehende Platte dick, so wird von einer härtbaren Substanz Gebrauch gemacht, und diese wird gehärtet, nachdem die Laschen in das Material eingepreßt wurden.
In US-A-4 292 504 wird ein Heizelement in der Form eines dünnen, folienartigen Streckmetallstreifens im wesentlichen entlang seiner gesamten Länge hochkant in einer schlängelnden Nut abgestützt, die in der oberen Oberfläche einer Keramikfaserplatte gebildet ist. Das Heizelement wird in der in der Platte gebildeten Nut einzementiert oder durch Reibung festgehalten. Es liegt auf der Hand, daß eine eine Nut enthaltende Oberfläche keine im wesentlichen kontinuierliche Oberfläche ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Heizstrahlers zu bieten, bei dem ein längliches, elektrisch leitfähiges Heizelement in der Form eines Streifens unmittelbar an einer Grundlage aus thermisch und elektrisch isolierendem Material befestigt ist.
Der vorliegenden Erfindung gemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizstrahlers geboten, das die folgenden Schritte umfaßt: Bereitstellung einer Grundlage aus verdichtetem mikroporösem, thermisch und elektrisch isolierendem Material mit einer im wesentlichen kontinuierlichen Oberfläche; Bereitstellung eines Heizelements in der Form eines länglichen, elektrisch leitfähigen Streifens; und Hochkanteinpressung des Streifens in die kontinuierliche Oberfläche der Grundlage aus verdichtetem mikroporösem, thermisch und elektrisch isolierendem Material, um den Streifen bis zu einer einem Teil von dessen Höhe entsprechenden Tiefe einzubetten und den Streifen entlang im wesentlichen der gesamten Streifenlänge hochkant in der Grundlage abzustützen.
Angesichts der teilchenförmigen Beschaffenheit des mikroporösen Isoliermaterials ist es überraschend, daß das Heizelement in dem in das Material eingepreßten Zustand bei späterem Betrieb des Heizgeräts sicher befestigt bleibt.
Der elektrisch leitfähige Streifen ist vorzugsweise seiner Länge nach gewellter Form (manchmal auch als schlängelnde, gewundene oder wellige Form bezeichnet).
Der Streifen wird vorzugsweise in einem solchen Maße eingebettet, daß ein erheblicher Anteil von dessen Höhe aus der Grundlage aus mikroporösem Isoliermaterial herausragt.
Die Grundlage aus mikroporösem Isoliermaterial wird zweckdienlicherweise als eine verdichtete Schicht innerhalb eines zweckdienlicherweise aus Metall bestehenden Tragbeckens vorgesehen.
Die Grundlage aus mikroporösem Isoliermaterial kann mit einer Oberfläche von im wesentlichen ebener Form gebildet sein, in die der Streifen eingepreßt wird.
Die Bereitstellung der verdichteten Schicht kann auf Wunsch in mehr als einer Verfahrensstufe durchgeführt werden. In einer ersten Stufe kann die Grundlage durch Verdichten der Schicht aus mikroporösem Isoliermaterial in dem Becken auf weniger als dessen gewünschte endgültige Verdichtungsdichte gebildet werden; und in einer zweiten Stufe während bzw. nach dem Einpressen des Streifens in die Grundlage kann dann weitere Verdichtung des mikroporösen Isoliermaterials bewirkt werden, um die gewünschte endgültige Verdichtungsdichte der Grundlage zu erzielen.
Der Streifen kann ein Metall oder eine Metallegierung wie z.B. eine Eisen-Chrom-Aluminiumlegierung umfassen.
Geeignete mikroporöse, thermisch und elektrisch isolierende Materialien sind in der Technik gut bekannt, z.B. aus GB-A-1 580 909, wobei sich eine typische Masse aus folgenden Bestandteilen zusammensetzt:
Mikroporöses pyrogenes Siliciumoxid 49 bis 97 Gew.%
Keramikfaserverstärkung 0,5 bis 20 Gew.%
Trübungsmittel 2 bis 50 Gew.%
Aluminiumoxid bis 12 Gew.%
Der Anteil an Aluminiumoxid beträgt vorzugsweise von 0,5 bis 12 Gewichtsprozent.
Die Erfindung wird nun beispielhafterweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Heizelements ist, das einen elektrisch leitfähigen Streifen zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren umfaßt;
Fig. 2 eine Grundrißansicht einer zur Aufnahme des in Fig. 1 dargestellten Heizelements dienenden Grundlage eines elektrischen Heizstrahlers für erfindungsgemäße Verwendung ist;
Fig. 3 eine Grundrißansicht eines elektrischen Heizstrahlers ist, der die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten und im Einklang mit dem erfindungsgemaßen Verfahren gefertigten Bauelemente umfaßt; und
Fig. 4 eine Querschnittsansicht des in Fig. 3 dargestellten elektrischen Heizstrahlers ist.
Es wird ein Heizstrahler hergestellt, der ein Metallbecken 1 umfaßt, das eine Grundschicht 2 aus verdichtetem mikroporösem, thermisch und elektrisch isolierendem Material enthält, wobei die besagte Grundschicht eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweist und eine Zusammensetzung der in GB-A-1 580 909 beschriebenen Art hat.
Es wird ein Heizelement 4 aus einem länglichen Streifen 5 aus einem Metall oder einer Metallegierung wie z.B. einer Eisen-Chrom- Aluminiumlegierung bereitgestellt, dessen Dicke zum Beispiel 0,05 bis 0,2 mm und dessen Höhe h zum Beispiel 3 bis 6 mm beträgt. Auf Wunsch kann die Kante des länglichen Streifens 5 jedoch profiliert oder mit Laschen zum Einbetten in die Grundschicht 2 aus verdichtetem mikroporösem, thermisch und elektrisch isolierendem Material versehen sein. Der Streifen 5 an sich wird in gewellter Form (manchmal auch als schlängelnde, gewundene oder wellige Form bezeichnet) vorgesehen und nach in der Technik gut bekannten Methoden zu der gewünschten Form des He,izelements, siehe Fig. 1, gebogen. Man beachte jedoch, daß sich die vorstehend angeführten Maße der Streifendicke auf den Streifen beziehen, bevor dieser in die gewellte Form gebracht wird. Das erzielte Heizelement 4 wird in Kontakt mit der Oberfläche der Grundlage 2 aus mikroporösem, thermisch und elektrisch isolierendem Material angeordnet, und auf das Heizelement 4 wird gleichmäßig Druck ausgeübt, um dessen Streifenmaterial 5 hochkant in die Grundlage 2 einzupressen und dadurch zu bewirken, daß das Heizelement 4 sicher bis zu einer einem Teil der Höhe h des Streifens 5 entsprechenden Tiefe in der Grundlage 2 eingebettet wird. Das Heizelement 4 wird vorzugsweise bis zu höchstens 50 Prozent der Höhe h des Streifens 5 in der Grundlage 2 aus mikroporösem Isoliermaterial eingebettet. Für den Betrieb des Heizelements wird ein Anschluß 6 vorgesehen, dessen Aufgabe darin besteht, das Heizelement 4 elektrisch mit einer Stromquelle zu verbinden.
An der Seite des Beckens 1 liegt eine periphere Wand 3 aus thermisch isolierendem Material an, wie z.B. aus einem aus Aluminiumsilicatfasern gefertigten Keramikfasermaterial oder wahlweise aus einem mikroporösen Isoliermaterial.
Es ist eine Wärmeausschaltvorrichtung 7 gut bekannter Art vorgesehen, die sich über das Heizelement 4 erstreckt, um das Heizelement im Falle von Überhitzung der glaskeramischen Kochplatte auszuschalten, wenn das Heizgerät in einem Kochherd mit einer solchen glaskeramischen Kochplatte installiert ist und betrieben wird.
Die Bereitstellung der verdichteten Schicht kann auf Wunsch in mehr als einer Verfahrensstufe durchgeführt werden. In einer ersten Stufe kann die Grundlage 2 durch Verdichten der Schicht aus mikroporösem Isoliermaterial in dem Becken 1 auf weniger als dessen gewünschte endgültige ye,rdichtungsdichte gebildet werden; und in einer zweiten Stufe während bzw. nach dem Einpressen des Streifens 5 in die Grundlage kann dann weitere Verdichtung des mikroporösen Isoliermaterials bewirkt werden, um die gewünschte endgültige Verdichtungsdichte der Grundlage 2 zu erzielen.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizstrahlers, das die folgenden Schritte umfaßt: Bereitstellung einer Grundlage (2) aus verdichtetem mikroporösem, thermisch und elektrisch isolierendem Material mit einer im wesentlichen kontinuierlichen Oberfläche; Bereitstellung eines Heizelements (4) in der Form eines länglichen, elektrisch leitfähigen Streifens (5); und Hochkanteinpressung des Streifens (5) in die kontinuierliche Oberfläche der Grundlage (2) aus verdichtetem mikroporösem, thermisch und elektrisch isolierendem Material, um den Streifen bis zu einer einem Teil von dessen Höhe (h) entsprechenden Tiefe einzubetten und den Streifen (5) entlang im wesentlichen der gesamten Streifenlänge hochkant in der Grundlage abzustützen.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Streifen (5) in seiner Länge nach gewellter Form vorgesehen wird.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (5) so eingebettet wird, daß ein erheblicher Anteil der Höhe (h) des besagten Streifens aus der Grundlage aus mikroporösem Isoliermaterial herausragt.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundlage aus mikroporösem Isoliermaterial als eine innerhalb eines Tragbeckens (1) verdichtete Schicht vorgesehen wird.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe die Grundlage (2) durch Verdichten der Schicht aus mikroporösem Isoliermaterial in dem Becken (1) auf weniger als eine gewünschte endgültige Verdichtungsdichte gebildet wird; und in einer zweiten Stufe während bzw. nach dem Einpressen des Streifens (5) in die Grundlage (2) dann weitere Verdichtung des mikroporösen Isoliermaterials bewirkt wird, um die gewünschte endgültige Verdichtungsdichte zu erzielen.

6. Ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundlage (2) aus mikroporösem Isoliermaterial mit einer Oberfläche von im wesentlichen ebener Form gebildet ist, in die der Streifen eingepreßt wird.

7. Ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (5) ein Metall oder eine Metallegierung umfaßt.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung eine Eisen-Chrom- Aluminiumlegierung umfaßt.