EP1678985B1 - Heizelement für elektrische heizplatten und verfahren zur herstellung eines derartigen heizelements - Google Patents

Heizelement für elektrische heizplatten und verfahren zur herstellung eines derartigen heizelements Download PDF

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EP1678985B1
EP1678985B1 EP04761017A EP04761017A EP1678985B1 EP 1678985 B1 EP1678985 B1 EP 1678985B1 EP 04761017 A EP04761017 A EP 04761017A EP 04761017 A EP04761017 A EP 04761017A EP 1678985 B1 EP1678985 B1 EP 1678985B1
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EP
European Patent Office
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strip
height
heating element
gaps
lugs
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EP1678985A1 (de
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Christian Auradnik
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Electrovac AG
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Electrovac AG
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/24Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor being self-supporting
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • H05B3/748Resistive heating elements, i.e. heating elements exposed to the air, e.g. coil wire heater

Definitions

  • the invention relates to a heating element for electric heating plates, in particular for glass ceramic plates, which is formed as a band-shaped elongated strip with a length L R , a height h R and a thickness s R of electrically conductive material with a specific resistance ⁇ R and standing upright in the position of use is mounted on a thermally insulating pad, wherein the strip on the pad side facing tabs having a height h s and a width b s , which interlock via an engagement depth e of a portion of the height h s in the pad, between which Tabs gaps with a height h s and a width b F are formed, which form over the distance height h s minus engagement depth e ventilation gaps.
  • the invention further relates to a method for producing a heating element for electric heating plates, in particular glass ceramic plates, wherein a strip having a length L R and a height h R is cut out of a strip-shaped electrically conductive material having a specific resistance ⁇ R and a thickness S R , which has on one side tabs with a height h s and a width b s and therebetween gaps having a height h s and a width b F.
  • the specified heating elements are used in particular for kitchen appliances, wherein the band-shaped elongated strip is arranged spirally or meandering edgewise on a base, wherein in addition to the spiral or meandering arrangement, a corrugation of the strip is common to the corresponding length of the strip on the smallest possible To accommodate surface to optimally distribute the heat over the heating surface.
  • a current flow is forced through the strip, whereby it begins to glow with the emission of heat.
  • a transparent shield such as a glass ceramic plate, arranged on which the respective cooking vessel can be placed.
  • US 3 991 298 A describes a heating element which consists of a fabric-like heating element.
  • the strip at the facing the pad Side tabs and between the tabs ventilation gaps on. Through this ventilation, a minimization of the heat extraction is achieved by the support of the strip on the substrate.
  • US 5,477,031 A describes such a heating element with a plurality of spaced apart mounting tabs.
  • the strip must have a corresponding resistance.
  • This resistance depends on the specific resistance of the used electrically conductive material of the length, which is usually determined by the size of the hearth and is dependent on the cross section of the strip.
  • the specific resistance ⁇ R determined by the material of the strip
  • the aim of the present invention is to provide a heating element of the type specified above, which also has the most accurate tolerances of the material from which the strip is produced, resulting in a nominal resistance as accurate as possible in a desired nominal power, even in the reality occurring.
  • the heating element should be as simple and inexpensive to produce.
  • Another object of the present invention is to provide an above-mentioned method for producing a heating element with which the most accurate nominal resistance of the heating element and thus the highest possible nominal power can be achieved.
  • the method should be as simple and inexpensive to carry out.
  • is the resistance reduction factor taking into account the tabs.
  • the heating element according to the invention is thus characterized by a height of the strip, which is dependent on the actual conditions of the material from which the strip is made, which is the actual resistance, measured over a defined measuring length and the measured average thickness of the strip dependent becomes.
  • a fine adjustment of the desired resistance of the strip over changing the total length of the strip is not necessary. This would require a high additional manufacturing costs.
  • the relevant parameters for the total resistance are adapted to the real conditions, whereby manufacturing tolerances have no effect on the total resistance and thus the desired rated power of the heating element more.
  • the adjustment of the height h R of the strip can be effected in that the height h R 'of the strip above individual or in groups arranged gaps between the tabs is smaller than the height h R of the remaining strip. This will change the resulting resistance of the strip. For example, every second gap can be executed with a correspondingly smaller height h R '.
  • a change in the height of the strip may also be achieved by having the strip on the opposite side of the tabs with incisions of a different height than the remaining height h R of the strip.
  • the tabs and gaps have rounded corners.
  • the radius of curvature in turn has an influence on the total resistance and can therefore also be changed to compensate for manufacturing tolerances.
  • the strip is formed of a metal alloy.
  • the object of the invention is achieved by measuring the resistance R T related to a measuring length L m and / or the average thickness S m of the strip during the cutting process of the strip and, depending on this, the height h R of the strip Achieving a desired resistance R N corresponding to a desired rated power P N of the heating element is changed.
  • "in-line" with the cutting takes into account the real conditions and the manufacturing tolerances and makes a corresponding adjustment of the height of the strip.
  • the fine trimming of the heating element can be achieved to the desired rated power by changing the height h s of the tabs during the cutting process of the strip, whereby the effective height of the resistance of the strip is changed.
  • a change in the resulting resistance of the strip can also be achieved by changing the width b F of the gaps as a function of the resistance related to a measuring length L m and the mean thickness of the strip during the cutting process of the strip.
  • width b s of the tabs can also be changed during the strip cutting process.
  • trimming of the resulting resistor can also be accomplished by cutting it on the opposite side of the tabs during the strip removal process. These cuts alter the effective height of the resulting resistance of the strip.
  • the cuts can be made wave-shaped.
  • two or more identical strips are simultaneously cut out of a band-shaped material, with the tabs of one strip being complementary to the gaps of the adjacent strip, two or more heating elements can be made of a band-shaped material without substantial material waste be made quickly and inexpensively.
  • Another advantage of multiple use of a ribbon material is the elimination of ribbon guide tolerances and bandwidth tolerances in the cutting process, which can be achieved by severing a narrow strip of waste at the outer edges of the ribbon. The adjustment of the cutting position thus gives the entire tolerance width for the strip. Thus, a very narrow width tolerance can be achieved, which in turn can be dispensed with a preceding material thickness measurement to achieve a certain resistance R N.
  • Suitable methods for the production are the application of a plasma jet, water jet, laser beam or an electro-erosion process.
  • Fig. 1 shows a section of a band-shaped elongated strip 1, as it is used with a certain length L R for the production of a heating element with a predetermined nominal power P N.
  • the elongated strip consists of one area 2 with a height h R and tabs 3 arranged thereon with a height h s and a width b s , between which tabs 3 gaps 4 having a height h s and a width b F are formed, the engagement depth e being the proportion of the height h s , with which the tabs can interlock in a thermally insulating pad (not shown).
  • the desired nominal resistance R N can be calculated for a desired nominal power P N for a given nominal voltage U N.
  • the cross-sectional area and length of the heating conductor are designed according to the predetermined winding shape of the strip 1 and the predetermined electrical resistance R N.
  • the resistance R T and the average material thickness S m over the measured length L m of the strip 1 are determined over a defined measuring length L m and from this the actual cross-sectional area A T or the effective shape deviation or the effective height h T of the strip 1 correspondingly the following formulas are recalculated:
  • a T represents the actual cross section of the strip 1
  • L m the defined measuring length
  • R T the measured resistance over the measuring length
  • s m the measured average thickness of the strip 1.
  • the trim to the nominal cross section A R of the strip is effected by changing the height h R of the strip 1.
  • h RS is the nominal height of the strip 1
  • a R is the nominal cross section of the strip 1
  • s m is the measured thickness of the strip 1.
  • the tabs 3 and intervening gaps 4 affect the total resistance of the strip 1, which is taken into account by a reduction factor of the total resistance, which can be determined experimentally or computationally.
  • h RF is the nominal height of the strip 1 and the ⁇ occidentalsabminderungs tint due to the tabs. 3
  • FIG. 2 shows a variant of the strip 1 according to FIG. 1, with some gaps having a higher height h s ' than the height h s of the remaining gaps 4, whereby the effective resistance of the strip 1 can be influenced.
  • the correspondingly higher gaps 5 provide better ventilation of the heating element, since more air can flow through.
  • incisions 6 are arranged in a wave form on the side of the strip 1 opposite the tabs 3, whereby the height h R of the flexible region 2 of the strip 1 can be influenced.
  • 6 changes in the current density caused by the wave-shaped incisions, which lead to a change in the annealing behavior and thus the luminous behavior of the band.
  • Fig. 4 shows schematically the production of two strips 1, 1 'of a single band 7, wherein the tabs 3 and the gaps 4 of the bands 1, 1' are designed correspondingly complementary.
  • the width b BT of the band 7 corresponds to twice the height h R of the strips 1, 1 'and the height h s of the tabs 3.
  • b B is the width of the belt 7 and s R is the thickness of the belt material.
  • the band resistance with respect to the gauge length R BM ⁇ R ⁇ L m A B ,
  • the desired height h R or h s of the strips 1, 1 ' can be determined from the resistances measured during production over the measuring length and the measured mean strip thickness s BM .
  • a RF is the nominal cross section of the belt and s BM is the average thickness of the belt.
  • the present invention shows an efficient method for adapting the resistance of heating elements for electric heating plates, in particular for glass ceramic plates, to the desired rated power taking into account manufacturing tolerances.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Heizelement für elektrische Heizplatten, insbesondere für Glaskeramikplatten, welches als bandförmiger länglicher Streifen mit einer Länge LR, einer Höhe hR und einer Dicke sR aus elektrisch leitfähigem Material mit einem spezifischen Widerstand ρR ausgebildet und in der Gebrauchslage hochkant stehend auf einer thermisch isolierenden Unterlage angebracht ist, wobei der Streifen an der der Unterlage zugewandten Seite Laschen mit einer Höhe hs und einer Breite bs aufweist, welche sich über eine Eingriffstiefe e von einem Anteil der Höhe hs in die Unterlage verzahnen, zwischen welchen Laschen Lücken mit einer Höhe hs und einer Breite bF gebildet sind, welche über den Abstand Höhe hs minus Eingriffstiefe e Durchlüftungslücken bilden.
  • Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelements für elektrische Heizplatten, insbesondere Glaskeramikplatten, wobei aus einem bandförmigen elektrisch leitfähigen Material mit einem spezifischen Widerstand ρR und einer Dicke SR ein Streifen mit einer Länge LR und einer Höhe hR ausgeschnitten wird, welcher auf einer Seite Laschen mit einer Höhe hs und einer Breite bs und dazwischen Lücken mit einer Höhe hs und einer Breite bF aufweist.
  • Die angegebenen Heizelemente werden insbesondere für Küchengeräte verwendet, wobei der bandförmige längliche Streifen spiral- oder mäanderförmig hochkant auf einer Unterlage angeordnet ist, wobei zusätzlich zur spiralförmigen bzw. mäanderförmigen Anordnung eine Wellung des Streifens üblich ist, um die entsprechende Länge des Streifens auf einer möglichst kleinen Fläche unterzubringen, um die Wärme über die Heizfläche optimal zu verteilen. Durch Anschluss des Heizelements an die Versorgungsspannung wird ein Stromfluss durch den Streifen erzwungen, wodurch dieser unter Abstrahlung von Wärme zum Glühen beginnt. Oberhalb des Heizelements ist vorzugsweise eine durchsichtige Abschirmung, beispielsweise eine Glaskeramikplatte, angeordnet, auf die das jeweilige Kochgefäß gestellt werden kann.
  • Beispielsweise beschreibt die US 3 991 298 A ein Heizelement, welches aus einem gewebeartigen Heizelement besteht.
  • Üblicherweise weist der Streifen an der der Unterlage zugewandten Seite Laschen und zwischen den Laschen Durchlüftungslücken auf. Durch diese Belüftung wird eine Minimierung des Wärmeentzuges durch die Abstützung des Streifens auf der Unterlage erzielt. Beispielsweise beschreibt die US 5 477 031 A ein derartiges Heizelement mit einer Mehrzahl voneinander beabstandeten Montagelaschen.
  • Entsprechend der gewünschten Nennleistung des Heizelements muss der Streifen einen entsprechenden Widerstand aufweisen. Dieser Widerstand hängt vom spezifischen Widerstand des verwendeten elektrisch leitfähigen Materials der Länge ab, welche meist durch die Größe der Herdstelle vorgegeben ist sowie vom Querschnitt des Streifens abhängig ist. Somit kann bei festgelegter Länge des Streifens sowie bei dem durch das Material des Streifens festgelegten spezifischen Widerstand ρR der für eine bestimmte Nennleistung erforderliche Querschnitt des Streifens und somit bei vorgegebener Dicke des Streifens die Höhe desselben ermittelt werden und ein solcher Streifen entsprechend hergestellt werden. Aufgrund von Fertigungstoleranzen und Toleran-zen der Dicke des Streifens stimmt der resultierende elektrische Widerstand nicht unbedingt mit dem gewünschten elektrischen Widerstand überein, wodurch Abweichungen von der gewünschten Heizleistung auftreten.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Heizelement der oben angegebenen Art zu schaffen, welches auch bei den in der Realität auftretenden Toleranzen des Materials, aus dem der Streifen hergestellt wird, einen möglichst genauen Nennwiderstand resultierend in einer gewünschten Nennleistung aufweist. Das Heizelement soll möglichst einfach und kostengünstig herstellbar sein.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines oben erwähnten Verfahrens zur Herstellung eines Heizelements, mit dem ein möglichst genauer Nennwiderstand des Heizelements und somit eine möglichst genaue Nennleistung erzielt werden kann. Das Verfahren soll möglichst einfach und kostengünstig durchführbar sein.
  • Die erste erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Höhe hR des Streifens gemäß dem Zusammenhang hRR*Lm/(sm*RT)*ε entsprechend dem auf eine definierte Messlänge Lm bezogenen Widerstand RT und/oder entsprechend der mittleren Dicke sm des Streifens zur Erzielung eines vorgegebenen Widerstands RN entsprechend einer gewünschten Nennleistung PN des Heizelements bemessen ist, wobei ε der die Laschen berücksichtigende Widerstandsabminderungsfaktor ist. Bei der Vorgabe entsprechend enger Breitentoleranzen des Bandmaterials, aus welchem die Streifen hergestellt werden, besteht auch die Möglichkeit, die Materialstärke über die Widerstandsmessung rückzurechnen. Damit kann auf eine Materialstärkenmessung verzichtet werden, ohne vorgegebene Fehlergrenzen zu überschreiten. Das erfindungsgemäße Heizelement zeichnet sich somit durch eine Höhe des Streifens aus, der in Abhängigkeit von den tatsächlichen Verhältnissen des Materials, aus den der Streifen hergestellt wird, das ist der tatsächliche Widerstand, gemessen über eine definierte Messlänge sowie die gemessene mittlere Dicke des Streifens abhängig gestaltet wird. Eine Feineinstellung des gewünschten Widerstands des Streifens über Änderung der Gesamtlänge des Streifens wird dadurch nicht notwendig. Dies würde einen hohen zusätzlichen Fertigungsaufwand bedingen. Beim erfindungsgemäßen Heizelement werden die für den Gesamtwiderstand relevanten Parameter an die realen Bedingungen angepasst, wodurch Fertigungstoleranzen keinen Einfluss auf den Gesamtwiderstand und somit die gewünschte Nennleistung des Heizelements mehr haben.
  • Dabei kann die Anpassung der Höhe hR des Streifens dadurch erfolgen, dass die Höhe hR' des Streifens oberhalb einzelner oder in Gruppen angeordneter Lücken zwischen den Laschen kleiner als die Höhe hR des übrigen Streifens ist. Dadurch wird der resultierende Widerstand des Streifens verändert. Beispielsweise kann jede zweite Lücke mit einer entsprechend kleineren Höhe hR' ausgeführt sein.
  • Eine Veränderung der Höhe des Streifens kann auch dadurch erzielt werden, dass der Streifen an der gegenüberliegenden Seite der Laschen Einschnitte mit veränderter Höhe als die übrige Höhe hR des Streifens aufweist.
  • Diese Einschnitte können beispielsweise wellenförmige Gestalt aufweisen. Abgesehen von der genauen Einstellung des Widerstands des Streifens durch diese Einschnitte wird auch ein verändertes Glühverhalten durch unterschiedliche Stromdichten an der Oberkante des Streifens erreicht.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Laschen und Lücken abgerundete Ecken aufweisen. Der Rundungsradius wiederum hat Einfluss auf den Gesamtwiderstand und kann daher auch zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen verändert werden.
  • Vorzugsweise ist der Streifen aus einer Metalllegierung gebildet.
  • In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass während des Ausschneideprozesses des Streifens der auf eine Messlänge Lm bezogene Widerstand RT und/oder die mittlere Dicke Sm des Streifens gemessen wird und in Abhängigkeit davon die Höhe hR des Streifens zur Erzielung eines gewünschten Widerstands RN entsprechend einer gewünschten Nennleistung PN des Heizelements verändert wird. Somit wird während der Herstellung des Heizelements also sozusagen "in-line" mit dem Ausschneiden Rücksicht auf die realen Verhältnisse und auf die Fertigungstoleranzen genommen und eine entsprechende Anpassung der Höhe des Streifens vorgenommen.
  • Dabei kann die Feintrimmung des Heizelements an die gewünschte Nennleistung durch Veränderung der Höhe hs der Laschen während des Ausschneidprozesses des Streifens erzielt werden, wodurch die effektive Höhe des Widerstands des Streifens verändert wird.
  • Eine Änderung des resultierenden Widerstands des Streifens kann auch durch Veränderung der Breite bF der Lücken in Abhängigkeit des auf eine Messlänge Lm bezogenen Widerstands und der mittleren Dicke des Streifens während des Ausschneidprozesses des Streifens erreicht werden.
  • Weiters können auch vereinzelt Lücken mit größerer Höhe hs' als die Höhe hs der übrigen Lücken während des Ausschneidprozesses des Streifens angeordnet werden.
  • Weiters kann auch die Breite bs der Laschen während des Ausschneidprozesses des Streifens verändert werden.
  • Schließlich kann eine Trimmung des resultierenden Widerstands auch dadurch erfolgen, dass während des Ausschneidprozesses des Streifens dieser an der gegenüberliegenden Seite der Laschen eingeschnitten wird. Durch diese Einschnitte wird die effektive Höhe des resultierenden Widerstands des Streifens verändert.
  • Dabei können die Einschnitte wellenförmig gestaltet werden.
  • Wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zwei oder mehrere identische Streifen gleichzeitig aus einem bandförmigen Material ausgeschnitten werden, wobei die Laschen eines Streifens komplementär zu den Lücken des daneben angeordneten Streifens gestaltet sind, können zwei oder mehrere Heizelemente ohne wesentlichen Materialverschnitt aus einem bandförmigen Material rasch und kostengünstig hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil der Mehrfachnutzung eines bandförmigen Materials ist eine Eliminierung der Bandführungstoleranzen und Bandbreitentoleranzen beim Schneidvorgang, die dadurch erreicht werden kann, dass an den Außenkanten des Bandes ein schmaler Abfallstreifen abgetrennt wird. Die Justage der Schneideposition ergibt somit die gesamte Toleranzbreite für den Streifen. Damit kann eine sehr enge Breitentoleranz erreicht werden, wodurch wiederum auf eine vorangehende Materialstärkenmessung zur Erzielung eines bestimmten Widerstands RN verzichtet werden kann.
  • Geeignete Methoden zur Herstellung sind die Anwendung eines Plasmastrahls, Wasserstrahls, Laserstrahls oder eines Elektroerosionsverfahrens.
  • Natürlich sind Kombinationen der oben genannten Möglichkeiten der Veränderungen der Streifenparameter in Abhängigkeit des auf eine Messlänge Lm bezogenen Widerstands RT und der mittleren Dicke sm des Streifens möglich.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Darin zeigen:
    • Fig. 1 einen Teilabschnitt eines bandförmigen länglichen Streifens zur Bildung eines Heizelements für elektrische Heizplatten;
    • Fig. 2 einen Ausschnitt eines Streifens gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    • Fig. 3 ein Ausschnitt eines Streifens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
    • Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens, bei dem zwei identische Streifen aus einem bandförmigen Material ausgeschnitten werden;
    • Fig. 5a die relative Querschnittsänderung in Abhängigkeit der fertigungsbedingten Materialdickenabweichung des Streifens;
    • Fig. 5b die relative Widerstandsänderung in Abhängigkeit der Materialstärkenabweichung des Streifens; und
    • Fig. 5c die relative Heizleistungsänderung in Abhängigkeit der Materialstärkenabweichung eines Streifens.
  • Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines bandförmigen länglichen Streifens 1, wie er mit einer gewissen Länge LR für die Herstellung eines Heizelements mit einer vorgegebenen Nennleistung PN verwendet wird. Der längliche Streifen besteht aus einem Bereich 2 mit einer Höhe hR und daran angeordneten Laschen 3 mit einer Höhe hs und einer Breite bs, zwischen welchen Laschen 3 Lücken 4 mit einer Höhe hs und einer Breite bF gebildet sind, wobei die Eingriffstiefe e den Anteil der Höhe hs darstellt, mit der die Laschen in einer thermisch isolierenden Unterlage verzahnen können (nicht dargestellt). Abhängig von der Dicke des Streifens 1 und dem verwendeten Material und somit dem jeweiligen spezifischen Widerstand ρR kann für eine gewünschte Nennleistung PN bei vorgegebener Nennspannung UN der gewünschte Nennwiderstand RN berechnet werden. Beispielsweise beträgt der Nennwiderstand RN bei einer gewünschten Nennleistung von 1200 W und einer Nennspannung von 230 V gemäß der Formel R N = U N I N = U N 2 P N = 44 , 083 Ω
    Figure imgb0001
    Die Querschnittsfläche und Länge des Heizleiters werden entsprechend der festgelegten Windungsform des Streifens 1 und dem vorgegebenen elektrischen Widerstand RN ausgelegt. Nachdem der Widerstand RN durch den Zusammenhang R N = ρ R L N A R
    Figure imgb0002
    gekennzeichnet ist, wobei ρR der spezifische Widerstand, LR die Länge des Streifens 1 und AR der Querschnitt des Streifens 1 ist, und AR=hR.SR, wobei hR die Höhe des Streifens und sR die Dicke des Streifens 1 angibt. Bei einer festgelegten Länge LR=4,7 m und einer Dicke sR von 0,038 mm ergibt sich gemäß dem vorliegenden Beispiel eine Querschnittsfläche AR=0,133 mm2 bzw. eine Höhe hR des Streifens 1 von 3,507 mm.
  • Aufgrund der Fertigungstoleranzen der Höhe hR und der Toleranzen der Dicke sR des Streifens 1 im Anlieferzustand variiert somit die Querschnittsfläche AR des Streifens 1. Entsprechend dieser Querschnittsabweichungen ändert sich der elektrische Widerstand RN des Streifens und somit die unter der Annahme konstanter Versorgungsspannung UN erzielte Heizleistung. Beispiele für die relative Querschnittsänderung, die relative Widerstandsänderung und die relative Heizleistungsänderung in Abhängigkeit der Materialstärkenabweichung ΔsR sind in den Fig. 5a-5c dargestellt.
  • Somit kommt es aufgrund der Querschnittsabweichungen ΔAR zu Abweichungen der Nennleistung Δ P Δ s R Δ h R = U N 2 R N + Δ R Δ s R Δ h R - P N
    Figure imgb0003
  • Zur Beibehaltung der geforderten Heizleistung PN trotz der material- und fertigungsbedingten Abweichungen der Querschnittsfläche ΔAR muss der Streifen 1 entsprechend nachgetrimmt werden. Dies könnte durch Änderung der Gesamtlänge LR des Streifens 1 durchgeführt werden, was jedoch einen hohen zusätzlichen Fertigungsaufwand bedingt. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt diese Nachtrimmung durch Änderung der Höhe hR des Streifens 1. Durch eine derartige Veränderung der Höhe hR des Streifens 1 können sowohl die Breitentoleranz als auch die Materialstärkentoleranz des Streifens 1 ausgeglichen werden. Dazu wird über eine definierte Messlänge Lm der Widerstand RT sowie die mittlere Materialstärke Sm über die Messlänge Lm des Streifens 1 ermittelt und daraus die tatsächliche Querschnittsfläche AT bzw. die effektive Formabweichung bzw. die effektive Höhe hT des Streifens 1 entsprechend den folgenden Formeln rückgerechnet: A T = L m ρ R R T
    Figure imgb0004
    h T = A T s m ,
    Figure imgb0005
    wobei AT der tatsächliche Querschnitt des Streifens 1, Lm die definierte Messlänge, RT der gemessene Widerstand über die Messlänge und sm die gemessene mittlere Dicke des Streifens 1 darstellen. Die Trimmung auf den Sollquerschnitt AR des Streifens erfolgt durch Änderung der Höhe hR des Streifens 1. Die entsprechende Höhe hRS errechnet sich aus dem Querschnitt AR und der Materialstärke sm gemäß h RS = A R s m ,
    Figure imgb0006
    wobei hRS die Sollhöhe des Streifens 1, AR der Sollquerschnitt des Streifens 1 und sm die gemessene Dicke des Streifens 1 ist. Die Laschen 3 und dazwischen angeordneten Lücken 4 beeinflussen den Gesamtwiderstand des Streifens 1, was durch einen Abminderungsfaktor des Gesamtwiderstands, der experimentell bzw. rechnerisch ermittelt werden kann, berücksichtigt wird. Der Querschnitt des Streifens unter Berücksichtigung der Laschen 3 rechnet sich entsprechend A RF = L R ρ R R N ϵ und h RF = A RF s R ,
    Figure imgb0007
    wobei ARF der Sollquerschnitt des Streifens 1, hRF die Sollhöhe des Streifens 1 und ε der Widerstandsabminderungsfaktor aufgrund der Laschen 3 ist.
  • Fig. 2 zeigt eine Variante gegenüber dem Streifen 1 gemäß Fig. 1, wobei manche Lücken mit einer höheren Höhe hs' als die Höhe hs der übrigen Lücken 4 ausgebildet ist, wodurch der effektive Widerstand des Streifens 1 beeinflusst werden kann. Zudem bieten die entsprechend höheren Lücken 5 eine bessere Durchlüftung des Heizelements, da mehr Luft durchströmen kann.
  • Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 sind an der den Laschen 3 gegenüberliegenden Seite des Streifens 1 Einschnitte 6 in Wellenform angeordnet, wodurch die Höhe hR des biegsamen Bereichs 2 des Streifens 1 beeinflusst werden kann. Zudem werden durch die wellenförmigen Einschnitte 6 Veränderungen in der Stromdichte bewirkt, welche zu einer Änderung des Glühverhaltens und somit des Leuchtverhaltens des Bandes führen.
  • Fig. 4 zeigt schematisch die Herstellung zweier Streifen 1, 1' aus einem einzigen Band 7, wobei die Laschen 3 und die Lücken 4 der Bänder 1, 1' entsprechend komplementär gestaltet sind. Die Breite bBT des Bandes 7 entspricht der zweifachen Höhe hR der Streifen 1, 1' sowie der Höhe hs der Laschen 3. Die Querschnittsfläche des Bandes 7 beträgt A B = b B s R ,
    Figure imgb0008
    wobei bB die Breite des Bandes 7 und sR die Dicke des Bandmaterials sind. Der Widerstand des Bandes 7 bezogen auf die gewünschte Länge LR der Streifen 1, 1' beträgt R BR = ρ R L R A B ,
    Figure imgb0009
    und der Bandwiderstand bezogen auf die Messlänge R BM = ρ R L m A B .
    Figure imgb0010
  • Aus den während der Fertigung gemessenen Widerständen über die Messlänge und der gemessenen mittleren Banddicke sBM kann die gewünschte Höhe hR bzw. hs der Streifen 1, 1' ermittelt werden. Die erforderliche Höhe hRerf der Streifen 1, 1' beträgt h Rerf = A RF s BM ,
    Figure imgb0011
    wobei ARF der Sollquerschnitt des Bandes und sBM die mittlere Stärke des Bandes ist. Rückgerechnet betragen der Widerstand des Bandes und die Heizleistung bezogen auf die gesamte Länge LR gleich R = ρ R L R h Rerf s BM ϵ .
    Figure imgb0012
  • Die vorliegende Erfindung zeigt ein effizientes Verfahren zur Anpassung des Widerstands von Heizelementen für elektrische Heizplatten, insbesondere für Glaskeramikplatten, an die gewünschte Nennleistung unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen.

Claims (18)

  1. Heizelement für elektrische Heizplatten, insbesondere für Glaskeramikplatten, welches als bandförmiger länglicher Streifen (1) mit einer Länge LR, einer Höhe hR und einer Dicke sR aus elektrisch leitfähigem Material mit einem spezifischen Widerstand ρR ausgebildet und in der Gebrauchslage hochkant stehend auf einer thermisch isolierenden Unterlage angebracht ist, wobei der Streifen (1) an der der Unterlage zugewandten Seite Laschen (3) mit einer Höhe hs und einer Breite bs aufweist, welche sich über eine Eingriffstiefe e von einem Anteil der Höhe hs in die Unterlage verzahnen, zwischen welchen Laschen (3) Lücken (4) mit einer Höhe hs und einer Breite bF gebildet sind, welche über den Abstand Höhe hs minus Eingriffstiefe e Durchlüftungslücken bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe hR des Streifens (1) gemäß dem Zusammenhang h R = ρ R L m s m R T ϵ
    Figure imgb0013
    entsprechend dem auf eine definierte Messlänge Lm bezogenen Widerstand RT und/oder entsprechend der mittleren Dicke sm des Streifens (1) zur Erzielung eines vorgegebenen Widerstands RN entsprechend einer gewünschten Nennleistung PN des Heizelements bemessen ist, wobei ε der die Laschen (3) berücksichtigende Widerstandsabminderungsfaktor ist.
  2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe hR' des Streifens (1) oberhalb einzelner oder in Gruppen angeordneter Lücken (5) zwischen den Laschen (3) kleiner als die Höhe hR des übrigen Streifens (1) ist.
  3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen (1) an der gegenüberliegenden Seite der Laschen (3) Einschnitte (6) mit veränderter Höhe als die übrige Höhe hR des Streifens (1) aufweist.
  4. Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte (6) wellenförmige Gestalt aufweisen.
  5. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (3) und Lücken (4) abgerundete Ecken aufweisen.
  6. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen (1) aus einer Metalllegierung gebildet ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements für elektrische Heizplatten, insbesondere Glaskeramikplatten, wobei aus einem bandförmigen elektrisch leitfähigen Material mit einem spezifischen Widerstand ρA und einer Dicke sR ein Streifen (1) mit einer Länge LR und einer Höhe hR ausgeschnitten wird, welcher auf einer Seite Laschen (3) mit einer Höhe hs und einer Breite bs und dazwischen Lücken (4) mit einer Höhe hs und einer Breite bF aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ausschneidprozesses des Streifens (1) der auf eine Messlänge Lm bezogene Widerstand Rr und/oder die mittlere Dicke sm des Streifens (1) gemessen wird und in Abhängigkeit davon die Höhe hR des Streifens (1) zur Erzielung eines gewünschten Widerstands RN entsprechend einer gewünschten Nennleistung PN des Heizelements verändert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ausschneidprozesses des Streifens (1) die Höhe hs der Laschen (3) verändert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ausschneidprozesses des Streifens (1) die Breite bF der Lücken (4) verändert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ausschneidprozesses des Streifens (1) vereinzelt Lücken (5) mit größerer Höhe hs' als die Höhe hs der übrigen Lücken (4) angeordnet werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ausschneidprozesses des Streifens (1) die Breite bs der Laschen (3) verändert wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 1.1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ausschneidprozesses des Streifens (1) dieser an der gegenüberliegenden Seite der Laschen (3) eingeschnitten wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ausschneidprozesses des Streifens (1) dieser wellenförmig eingeschnitten wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere identische Streifen (1, 1') gleichzeitig aus einem bandförmigen Material ausgeschnitten werden, wobei die Laschen (3) eines Streifens (1, 1') komplementär zu den Lücken (4) des daneben angeordneten Streifens (1', 1)gestaltet sind.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen (1) mittels eines Plasmastrahls ausgeschnitten wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen (1) mittels eines Wasserstrahls ausgeschnitten wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen (1) mittels eines Laserstrahls ausgeschnitten wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen (1) mittels eines Elektroerosionsverfahrens ausgeschnitten wird.
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