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Elektrisch beheizte Geräte In elektrisch beheizten Geräten für Haushalt,
Laboratorium und Industrie sind die Heizleiter im allgemeinen in einem isolierenden
Hohlkörper, der beispielsweise aus Asbest, Glimmer oder einem keramischen Werkstoff
besteht, angeordnet; um diesen ist getrennt ein metallisches Gehäuse der verschiedensten
Gestalt angebracht, das die Wärme in vielen Fällen nach außen überträgt.
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Die meisten elektrisch beheizten Geräte werden bei verhältnismäßig
niedrigen Gebrauchstemperaturen verwendet; da der Wärmeübergang von dem Isoliermaterial
auf das zu erwärmende Gehäuse aber nicht besonders gut ist, muß man -die Heizdrähte
über die gesamte zu beheizende Oberfläche verteilen und entsprechend lang wählen,
so daß der Draht selbst nicht besonders hoch erhitzt wird. Es ergibt sich so für
die Herstellung der Nachteil, daß der Heizleiter sowie der Träger einen großen Raum
und viel Material :beanspruchen. Weiterhin ist die Aufgabe des Einlegens des Heizdrahtes
in den bekannten Anordnungen nicht in einfacher Weise gelöst. So wird bei der Herstellung
eines elektrischen Bügeleisens ein Heizleiterband auf eine der Form des Bügeleisens
angepaßte Glimmer-oder Asbestplatte aufgewickelt und dann zwischen zwei feuerfeste
Isolierplatten gepreßt; darüber ist ein ebenso gestalteter Metallkörper angeordnet,
der durch Druck den Wärmeübergang an den äußeren Körper verbessert. Bei den kleinen
Tauchheizgeräten ist eine Heizspirale in eine hitzebeständige, nichtgasende pulverförmige
Masse eingebettet und das Ganze in einen Metallkörper, vorzugsweise ein
Metallrohr,eingepreßt.,hs
ergibt sich ohne weiteres, daß eine Reparatur der beschriebenen kleinen Heiz-, geräte
bei der Zerstörung eines Heizleiters nicht ()der nur schwer durchzuführen ist.
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Die vorliegende Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, die elektrisch
beheizten Geräte so zu gestalten, daß die beschriebenen Nachteile vermieden werden.
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1?rlindungsgemäß wird bei den elektrisch beheizten Geräten der Hohlkörper,
in dem der Heizleiter angeordnet ist, aus einem hochschmelzenden Isolationsinaterial,
insbesondere einem hochschmelzenden Glas mit hohem Siliciumdioxydgehalt, hergestellt
und von einem festhaftenden -Metallguß, beispielsweise aus Grauguß, Aluminium, einer
Aluininitinilegierung, Kupfer, Bronze oder Silber, umschlossen. X'orzugsweise wird
der Heizleiterträger aus Siliciumdioxyd, insbesondere aus Quarzgut, hergestellt
und von einem festhaftenden Metallguß umschlossen. Besonders bewährt hat es sich,
den llohlkörper, der den Heizleiter enthält, als Rohr auszubilden, das derForm desGerätes
entsprechend gebogen ist. Bei der bevorzugten Verwendung von Quarzgut wird das Rohr
nach den bekannten Verfahren, beispielsweise durch Widerstandserhitzung oder nach
den Schleudergußverfahren oder nach einem Sinterverfahren, gewonnen. In das Rohr
läßt sich dann die Heizspirale ohne weiteres ausw-echselhar einschieben.
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Die neue Anordnung vermeidet die eingangs beschriebenen Nachteile
der bisher benutzten elektrisch beheizten Geräte: Die isolierende Hülle um den Heizleiter
ist in einfacher Weise mit dem zu beheizenden Körper aus Metall unmittelbar verschmolzen.
Durch diese innige Berührung des isolierenden Werkstoffs mit dein umschließenden
Metallguß wird die bestmögliche \\'ä rtneüliertragung in die zu beheizende Körperinasse
erreicht; infolgedessen läßt sich der Heizdraht kürzer gestalten und auf höhere
Temperaturen erhitzen. Hiermit ist der weitere Vorteil verbunden, daß der Aufbau
besonders einfach wird, \vie aus den weiter unten gegebenen Ausführungsbeispielen
besonders deutlich wird. Schließlich ist es für die Praxis von größter Bedeutung,
daß der IIeizdi-alit nach einer Zerstörung ohne weiteres atisge« ecliselt werden
kann, ohne daß das Gerät im übrigen auseinandergenommen und der Heizleiterträger
erneuert werden muß.
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Pie Erfindung gestattet, die hohe Druckfestigkeit der siliciumdioxydhalligen
Gläser, insbesondere des Quarzgutes, auszunutzen. Es ist zu beachten, daß Quarzgut
zwar hohe Druckfestigkeit, aber geringe Festigkeit gegen Zug und Schlag aufweist.
Durch die Einbettung des Quarzgutes in einen Metallguß wird nun die isolierende
Hülle mechanisch so widerstandsfähig, daß sie zu Boden fallen kann, ohne <laß
der Körper nach innen aussplittert. Für die Durchführung der Erfindung ist die hohe
Teinperaturwec'hselbeständigkeit des Siliciumdioxyds besonders wertvoll, weil sich
das Metall uni den I-lohlkörper aus diesem Stoff gießen läßt, ohne daß beim Anheizen
oder Abkühlen so große Sprünge oder andere Zerstörungen zu befürchten sind, daß
der Metallguß in das Innere des Hohlkörpers eindringen kann. Überraschenderweise
wirkt sich der im Vergleich zu den meisten Metallen geringe thermischeAusdehnungskoeffizient
des Siliciumdioxyds bei der Erfindung nicht nachteilig aus. Der eingeschniolzene
Siliciumdioxydkörper steht nachdem Erkalten und auch noch bei sehr hohen Temperaturen
bis zu etwa 120o° unter sehr hohen Kontraktionskräften, wodurch ein guter Wärmeübergang
selbst bei hohen Temperaturen gesichert ist. Nachlängerem Gebrauch und wiederholtem
Auf- und Abheizen ändert sich hieran überraschenderweise wenig. Es kann zwar vorkommen,
daß durch die Wärmedehnung des Metallgusses die Spannungen im Silicium-dioxydrohr
zu feinen Rissen führen; die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß solche Risse nicht
zum Ausspliitern von Quarzteilchen nach innen führen, wodurch der Berührungsschutz
zwischen Heizleiter und dem umschließenden Metall nicht mehr vorhanden wäre. Selbst
bei Metallgüssen von größerem Ausdehnungskoeffizienten als Grauguß, beispielsweise
Kupfer, Bronze oder Silber, sind die dabei auftretenden noch größeren Dehnungsunterschiede
für die Isolationseigenschaft des Siliciumdioxydrohres völlig unbedenklich. Bei
Aluminium und Aluminiumlegierungen, wie der unter dem Namen Silumin bekannten Legierung,
scheint, wie die Erfahrung gezeigt hat, die Wirkung der großen Ausdehnungsunterschiede
durch eine plastische Verformbarkeit des den Isolierkörper umschließenden Metallmantels
unschädlich gemacht zu werden. Für besondere Fälle besteht die Möglichkeit, Schutzmaterialien
zu verwenden, die selbst einen geringen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, beispielsweise
Nickel-Eisen-Güsse.
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Weiterhin läßt sich durch das Zwischenschalten von Pufferschichten
zwischen das hochschmelzende Isolationsmaterial und den Metallguß die Wirkung der
Ausdehnungsunterschiede unschädlich machen. Man verwendet hierfür kompressible Schichten
aus einem hochh-itzel>eständigen Stoff. Die Pufferschicht darf vor allem nicht finit
dein Isolationsmaterial, also beispielsweise dein Siliciumdioxyd, derart reagieren,
daß die Temperaturwechselbes t, ändi -keit , und die mechanische Festigkeit
leiden.
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Als solche Pufferschichten kommen beispielsweise aufgedampfte Siliciumdioxydschichten,
Schichten aus Quarzglasgespinst, Silichunkarbid- oder Graphitschic'liten in Betracht.
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Die neue Anordnung hat sich beispielsweise bewährt bei Haushaltsgeräten,
wie Heizplatten, Bügeleisen, Waffeleisen, Tauchsiedern, Wärmeplatten, unmittelbar
beheizten Kochgeräten, bei Laboratoriumsgeräten,. wie Bauelementen für Trockenschränke,
Brutschränke, Sandbäder und Thermostaten aller Art, sowie schließlich bei Industrieheizgeräten,
wie Heizungen für Destilliergeräte, Wärmeaustauscher und Ofen aller Art.
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Die Erfindung ist somit auf alle Gebiete anwendbar, bei denen bisher
schon elektrische Heizeng benutzt wurde. Die folgenden Ausführungsbeispiele sollen
nun zeigen, wie sich bei der Durchführung
der Erfindung auch die
Konstruktion gegenüber den bisher bekannten Geräten vereinfacht.
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:\llli. i zeigt eine Heizplatte der Erfindung in Grund- und :\ufriß.
Uni den aus Ouarzgut bestelenden Ring /3 ist die Graugußplatte C gegossen. Die beiden
Enden des Rohrringes sind nach der der Gelii-ailchsseite abgewandten Fläche abgekröpft
und schließen finit ihr bündig ab. Die Heizspirale A wird nachträglich in den Quarzgutring
B eingeschoben. In an sich bekannter Weise wird dann an der Unterseite oder ain
Rand ein Anschlußstecker oder eine Liisterklenime angebracht.
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In Abb. 2 ist ein lieisleiel für die Gestaltung eines elektrischen
liiigeleisens gegeben. Ein U-förmig gebogenes Quarzgutrolir finit aus der Ebene
abgekröpften linden und einem solchen Schenkelabstand, daß eine gleichmäßige Aufheizung
der NIetallinasse C erfolgt, wird in einfacher Weise an den initeinzugießenden Halteschrauben
für den Bügel befestigt und damit eingeformt. Der Heizdraht A wird wie Teei dein
vorhergehenden Beispiel in das Ouarzgutrohr eingeschohen.Uni vorzugsweise eine Iieheizung
der Sohle als der Arbeitsfläche zu erhalten, wird das Quarzgutrohr l3 so dicht wie
möglich an diese herangebracht. Eine Abschirmung des \\'ärnieflusses nach oben läßt
sich auch durch .=\lxdeckting der oberen Hälfte des Quarzrohres mit einem hochfeuerfesten
Gespinst oder einem anderen Isoliermaterial erreichen.
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Alls -1l>1>.3 ist die .@\riwendung der Erfindung auf eire einfaches
\\'affeleisen zu ersehen. In Ober-und Unterteil ist je ein kreisförmig gebogenes
Siliciuindioxydrohr R in die Wülste D, die auf dein zweiteiligen \\'affeleisen ('
sitzen, eingegossen. 1)ie I leizsleirale A ist in das Siliciumdioxydrohr ß eiiigefü'hrt.
Die Heizspiralen A sind in der gleichen \\'eise, « ie oben erwähnt, in die Quarzrohre
eingeführt und finit entsprechenden Anschlüssen T verbunden. Die auf den Teeiden
Eisenhälften C aufgeschmolzenen, sich allmählich verbreiternden \\'ülste D dienen
der guten Wärnieühertragung in die Gebrauchsflächen.
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Abb..I zeigt einen Tauchsieder aus Siliciumdioxyd l3, der niit einer
dünnen 1\Tetallschicht, beispielsweise einer plastisch verformbaren korrosionsfesten
Altiniinitinilegierung C, umgossen ist. Zur @'ernieidung einer starken Wärmeableitung
nach den :\rischlußenden ist an diesen Stellen die Schichtdicke auf ein Minimum
herabgesetzt. Die beiden Schenkel sind gegeneinander durch einen dazwischengegossenen
Steg F versteift. Wie in den vorigen Ausführungsbeispielen wird die Heizspirale
A in das Siliciumdioxydrohr eingeschoben.
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Die Hohlkörper, in denen die Heizleiter enthalten sind, brauchen nicht,
wie in den verschiedenen Beispielen, die Form von Rohren aufzuweisen, sondern können
beliebige Gestalt haben, wie sie nach einem:Sinterverfaliren ohne weiteres zu erhalten
ist.