EP0210575B1 - Corps de chauffe électrique à radiation pour réchauffer des plaques chauffantes ainsi que procédé et dispositif pour sa fabrication - Google Patents

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EP0210575B1 EP86110033A EP86110033A EP0210575B1 EP 0210575 B1 EP0210575 B1 EP 0210575B1 EP 86110033 A EP86110033 A EP 86110033A EP 86110033 A EP86110033 A EP 86110033A EP 0210575 B1 EP0210575 B1 EP 0210575B1
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heating
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/688—Fabrication of the plates
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • H05B3/748—Resistive heating elements, i.e. heating elements exposed to the air, e.g. coil wire heater

Definitions

  • the invention relates to an electric radiant heater for heating heating surfaces and a method and a device for its production.
  • a radiant heater has become known in which heating coils with a circular cross section are embedded in the surface of an insulating body which contains fibrous material by being pressed in and thereby fixed. It is also mentioned there that the heating coils can have an oval shape, namely lying flat, i.e. with its smallest extension, i.e. the small axis towards the heating plate. This serves to save overall height.
  • a radiant heater has become known in which a resistance wire bent in the form of a sinus curve band is embedded with the apexes of one side of the curve in an initially plastic, hardenable material.
  • This arrangement requires an absolutely rigid fixation in hardened ceramic material, otherwise the band could tip to the side and cause short circuits with neighboring bands. This makes the radiator very thermally and mechanically sensitive and unsuitable for thin resistance wires.
  • the embedding of an approximately oval wire helix on one of its narrow sides has several advantages: Given the width of the helix in the direction of the surface, that is, depending on the usable area unit, the oval shape of the wire length is somewhat longer than that of the circular helix and much larger than in the case of lying oval shape. Furthermore, the coil is fixed much better when embedding a certain fraction of its total wire length, because a much larger arc piece is held. For example, when embedding a 180 ° bend make up, for example, only a third or a quarter of the total winding circumference, so that sufficient radiation area remains.
  • the helix pitch ie the proportion of the gaps between the individual turns, can also be greater, so that penetration into the embedding material is promoted.
  • the penetration of the more curved side surface into the material is easier to make, and when pressed in, even thin wires do not tend to deform or fall over in the longitudinal direction of the coil and lie flat.
  • This also contributes to the fact that the helix can be guided in a groove when inserted over two thirds or three quarters of its circumference and the pressure acting on the free apex presses the flatter sides of the oval against the groove walls and thereby stiffens the helix, which in the Transverse direction also has a large section modulus.
  • the radiant heater 11 shown in Fig. 1 is used to heat a glass ceramic heating surface 12 or other heating surfaces made of ceramic. Although it is preferably intended for heating one of several hotplates on a coherent cooking surface, it can also be used for single hotplates etc.
  • the radiant heater 11 contains a sheet metal carrier shell 13, in which a plate-like insulating body 14 with a round bottom 15 and a peripheral edge 16 is arranged like the carrier shell.
  • this mechanically quite firm and manageable insulating body 14 can be underlaid by an insulating layer 17, which is less mechanically strong but has excellent thermal insulation, for example made of pyrogenic silica.
  • the insulating body is pressed with the upper end face of the edge 16 onto the underside of the cooking surface 12 by spring elements, not shown. It preferably consists of a fibrous, high-temperature-resistant insulating material, for example an aluminum oxide fiber, which is commercially available under the name "Fiberfrax". Other mineral fibers or other compressible insulating materials, such as vermiculite, can also be used.
  • Heating coils 20 made of wire-shaped electrical resistance material 21 are partially pressed and fixed into the substantially flat surface 18 of the bottom 15 of the insulating body 14.
  • Each turn 60 of the heating coil 20 has an approximately oval shape, which can be seen in particular in FIG. 3, which consists of two approximately semicircular arches on the narrow sides of the oval and two connecting them, essentially rectilinear or slightly outward or inward (dash-dotted line in Fig. 3) there are curved sides 24, 25.
  • the more curved narrow sides 22, 23 can, in deviation from the semicircular shape, be slightly more curved in the area of their apex 26.
  • the insulating body 14 is produced according to the following method: from a slurry of the insulating fibers in water, to which inorganic or organic binders of the usual type are also added, the fibers are sucked in by a suction mold which has a negative in the thickness of the insulating body, but with a free lower one Bottom 29 forms. A resulting thickening on the bottom 29 is cut off and, if necessary after a pre-pressing, the soft, moist insulating body 14 '(FIG. 5) is introduced into a mold 30.
  • the prepared oval heating coils are inserted over their entire length into grooves 33 in the area of non-distorted ends after welding of connecting pins 28, the shape of which corresponds to the oval shape of the heating coils 20, but has a smaller depth.
  • the oval heating coils are thus inserted into the grooves 33 with an upright cross section and project with about a third to a quarter of their larger cross sectional dimensions a (FIG. 3) over a pressing surface 34 of the punch 32 carrying the grooves.
  • the width of the grooves is such that the heating coils can be inserted well, but are guided as precisely as possible.
  • the grooves 33 run in the case of circular radiators mostly spirally, in single or multi-course spirals or also a double spiral, which has a reversal point in the middle and can consist of one or more spiral sections, each of which is provided with electrical connection pins 28, which are provided with the insulator 14 lead wires 61 are welded.
  • the insertion die 32 and the mold 30 are moved relatively towards each other in the direction of the arrows 34 and 35 and the insertion die presses the still plastically deformable insulating body preform 14 'into its final shape 14, which can be seen in FIG. 6.
  • the heating coils 20 with their Narrow sides 22 pressed or pressed into the surface 18 and thus the material of the insulating body and fixed.
  • the heating coils consist of very thin resistance material in the order of magnitude between 0.15 and 0.25 mm, this would hardly be possible with round coils. Due to the oval shape and the good guidance in the grooves 33, even greater compressions of the insulating body and thus a good fixing can be achieved. Due to the good guidance, the helixes do not tend to buckle laterally and cannot fall over in the longitudinal direction of the helix because the pressure on the curved section 22 of the helix spreads the sides 24 and 25 somewhat apart and clamps them on the groove inner wall (FIG. 6). A good definition also contributes to the fact that the helix pitch h (FIG.
  • the embedding can be more or less complete and deep and the depressions 43 can also be completely closed, in particular if a less elastic and fibrous material is used.
  • Fig. 3 it can be seen that the embedding of the coil on the outer edge of each turn is slightly higher than on the inner edge, so that a flat channel forms in the area of the heating coil, which favors the fixing. Above all, however, it can be seen that it is possible to keep the majority of the interior 45 of the insulating material free, so that no heat accumulation can form there, which could lead to premature mechanical and thermal wear of the heating coils.
  • the insertion die 32 and the mold 30 are removed from one another again, the heating coils remaining in the insulating body. They can be easily pulled out of the grooves 33 because they spring back a little when the punch is relieved and have play with the groove walls.
  • the now pressed, but still moist insulating body 14 is now brought into its relatively solid final state by drying or other hardening measures.
  • the invention makes it possible to accommodate large lengths of wire on a given unit area, so that even radiators in a multi-cycle circuit with small ones Partial services can be produced.
  • the relatively large ratio between the possible helix pitch h to the wire diameter d of the resistance material 21, preferably h / d 2 to 10, also contributes to the radiation and ventilation conditions being good. Since, in addition to the extension of the wire diameter for a given width, the oval shape also improves the fixability, it is possible to arrange the spirals in relatively closely spaced spiral paths, so that this also increases the wire length to be accommodated per unit area and enables very uniform heating.
  • the preferred uniform fixing of the heating coils over their entire length also avoids creeping movements of the coil and creates short-circuit protection even at a short distance.
  • a value of more than 1.5, preferably approximately 2 has proven to be the preferred ratio between the length of the large axis a of the oval helical cross section directed towards the heating surface 12 and away from the insulating body, in the direction of the small oval axis 51.
  • the large axis 50 (FIG. 3) is approximately perpendicular to the surface of the insulating body 18.
  • the good guidance and stability of the heating coil and the "cutting effect" of the relatively thin usable wires also make it possible to press-fit into insulating materials whose resistance to penetration is relatively high and can be used after pressing without hardening or drying process. This includes, in particular, granular insulation materials.

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Claims (11)

  1. Corps de chauffage électrique à rayonnement pour le chauffage de surfaces chauffantes (12), notamment de plaques de cuisson en vitrocéramique, comprenant un corps isolateur (14) réalisé en une matière électriquement et thermiquement isolante, à la surface (18) de laquelle une résistance chauffante (20) au moins, constituée d'un filament incurvé selon un rayon de courbure non uniforme, est partiellement scellée au niveau d'une partie ayant une courbure plus forte, l'extension diamétrale la plus grande de la résistance chauffante (20) étant orientée dans un sens qui s'éloigne de la surface (18) du corps isolateur (14), caractérisé en ce que la résistance chauffante (20) est constituée par une spirale chauffante comprenant de nombreuses spires d'un matériau (21) de résistance électrique, espacées les unes des autres, la section des spires de cette spirale étant essentiellement ovoïde, comprenant un axe plus long et un axe plus court (50, 51), les côtés opposés (22, 23; 24, 25) de chaque spire décrivant respectivement une courbure plus forte et une courbure moins forte voire même, le cas échéant, une ligne droite, et en ce que les parties scellées (42) du filament s'étendent à peu près transversalement au sens de l'extension longitudinale de la résistance chauffante (20), et en ce que le corps isolateur (14) est constitué principalement de fibres (44) liées en un corps relativement rigide, le matériau (21) de résistance situé au niveau des parties scellées (42) des spires étant de préférence prisonnier des fibres (44) du corps isolateur (14) pénétrant vers l'intérieur de la spire, alors que le restant de la zone intérieure (45) de la spire est, dans l'ensemble, dégagé du matériau isolateur.
  2. Corps de chauffage électrique à rayonnement, pour le chauffage de surfaces chauffantes (12), notamment de plaques de cuisson en vitrocéramique, comprenant un corps isolateur (14) réalisé en une matière électriquement et thermiquement isolante, à la surface (18) de laquelle une résistance chauffante (20) au moins, constituée d'un filament incurvé selon un rayon de courbure non uniforme, est scellée au niveau d'une partie ayant une courbure plus forte, l'extension diamétrale la plus grande de la résistance chauffante (20) étant orientée dans un sens qui s'éloigne de la surface (18) du corps isolateur (14), caractérisé en ce que la résistance chauffante (20) est constituée par une spirale chauffante comprenant de nombreuses spires d'un matériau (21) de résistance électrique, espacées les unes des autres, la section des spires de cette spirale étant essentiellement ovoïde, comprenant un axe plus long et un axe plus court (50, 51), les côtés opposés (22, 23; 24, 25) de chaque spire décrivant respectivement une courbure plus forte et une courbure moins forte voire même, le cas échéant, une ligne droite, et en ce que les parties scellées (42) du filament s'étendent à peu près transversalement au sens de l'extension longitudinale de la résistance chauffante (20), et en ce que le corps isolateur (14) est constitué d'un matériau isolant granuleux utilisable sans opération de durcissement après l'application de la pression, le matériau (21) de résistance situé au niveau des parties scellées (42) des spires étant de préférence prisonnier des parties du corps isolant (14) qui pénètrent partiellement à l'intérieur de la spire, alors que le restant de la zone intérieure (45) de la spire est, dans l'ensemble, dégagé du matériau isolateur.
  3. Corps de chauffage à rayonnement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la section ovoïde des spires comporte deux côtés (22, 23) de forme à peu près semi-circulaire, incurvés plus fortement de préférence au niveau de leur crête, et des côtés latéraux (24, 25) du matériau (21) de résistance chauffante, raccordant les deux premiers l'un à l'autre et s'étendant essentiellement en ligne droite, la partie scellée située sur les côtés externes de la spirale chauffante (20) s'étendant de préférence jusqu'aux côtés (24, 25), étendus essentiellement en ligne droite, du matériau isolateur (21).
  4. Corps de chauffage à rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le scellement est réalisé de façon essentiellement uni forme pour chacune des spires (60), sur toute la longueur de la spirale chauffante (20), mais n'occupe qu'une partie (42) représentant une fraction de la circonférence de la spire.
  5. Corps de chauffage à rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie scellée (42) est logée dans des renfoncements (43) obtenus par pression, qui s'étendent dans le sens de l'enroulement des spires et sont partiellement ouverts vers la surface (18) du corps isolateur (14), et/ou en ce que le matériau du corps isolateur (14) englobe les spires (60) du matériau (21) de résistance dans une plus grande mesure sur leurs surfaces externes que sur les surfaces internes (45) des spires.
  6. Corps de chauffage à rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs spirales différentes (20) sont scellées dans un corps isolateur (14) dans des rainures spiroïdales.
  7. Corps de chauffage à rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport entre le grand axe et le petit axe (50, 51) de la section ovoïde de la spire est supérieur à 1,5, et est de préférence de l'ordre de 2, et/ou en ce que le rapport entre le pas (h) des spires et le diamètre (d) du matériau (21) de résistance est supérieur à 2, et est situé de préférence entre 4 et 8.
  8. Procédé de fabrication d'un corps chauffant électrique à rayonnement, lors duquel une résistance chauffante ayant des parties incurvées est enfoncée dans la surface (18) d'un corps isolateur (14) déformable de façon plastique, caractérisé en ce que la résistance chauffante est une spirale chauffante (20) ayant une section globalement ovoïde, dont le côté étroit (22) est enfoncé dans le corps isolateur, et en ce qu'à cette fin, une spirale circulaire est déformée sous une pression latérale, pour donner aux spires leur forme ovoïde, est étirée axialement, et est maintenue sur plus de la moitié de la circonférence des spires, la section des spires étant orientée verticalement, et est enfonée, par sa partie libre non maintenue, dans la surface (18) du corps isolateur (14) composé principalement de fibres ou d'un matériau granuleux non durci, voire non séché après cette opération.
  9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'insertion sous pression de la spirale s'effectue dans le corps isolateur (14) humide, constitué principalement de fibres isolantes mélangées avec des agents liants, et en ce qu'en particulier le corps isolateur (14) est durci, le cas échéant, par séchage, après l'insertion de la spirale chauffante (20).
  10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que, lors de l'insertion sous pression de la spirale chauffante (20), le corps isolateur (14) est mis en forme sous pression afin de lui donner sa forme définitive.
  11. Dispositif de fabrication d'un corps de chauffage électrique, caractérisé par une étampe (32) d'insertion, qui comporte au moins une rainure (33) ayant de préférence une forme spiroïdale, pour recevoir une spirale chauffante (20) ovale ayant des spires dont la section est orientée verticalement, cette rainure étant si profonde qu'elle maintient les spires sur plus de la moitié, de préférence sur 60 % de la cote (a) des spires, dans le sens du plus grand axe (50) de l'ovale, et guide les spires sur leurs côtés.
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