WO2001058212A1 - Elektrisches heizelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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WO2001058212A1
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heating element
ceramic
electrical
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heating
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Lutz Ose
Eugen Wilde
Willi Essig
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E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH
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    • H05B2203/019—Heaters using heating elements having a negative temperature coefficient

Definitions

  • the invention has for its object to provide a heating element mentioned at the outset, which enables rapid heating and is easy to regulate and generally has good heating properties, in particular advantageous values for the thermal surface load or heat output radiation, and to provide a method for its production ,
  • the heating element can, on the one hand, consist of a semiconducting ceramic material that is at least partially or largely open and / or porous.
  • it can be foam-like or sponge-like, particularly preferably with cavities.
  • Foam-like is to be understood here primarily as a material shape in which the material has a large number of inclusions or chambers or pores, which are preferably empty.
  • foam-like ceramic material resembles a sponge or a foam.
  • a material which is also open-pored to the outside is considered advantageous in order to avoid outgassing problems and the like.
  • the porosity can be selected in a further range, a range between 10 and 50 ppi (pores per inch) is considered advantageous.
  • the ceramic material in a structured and branched manner in the form of branches which are connected to one another or hang together. This can result, for example, in a skeleton shape, the branches being thin compared to the recesses in between.
  • the heating conductor material can advantageously be constructed in the manner of three-dimensional meshes, in particular resembling a three-dimensional textile material.
  • structural ceramic (foam-like or skeleton-like) is used.
  • the specific weight of the heating element or the structural ceramic can be between 0.1 and 3 g / cm 3 for both basic designs, preferably about 0.6 g / cm 3 for 30 ppi for a foam ceramic. From this it can be seen that the proportion of pores or open sections can far exceed the proportion of the ceramic material, that is to say there are more pores or voids or gaps than ceramic material.
  • a solid ceramic material has a specific weight between 3 and 4 g / cm 3 . In part, the volume of the pores or cavities or open sections can be about ten to twenty times higher than that of the actual ceramic material itself. It should be noted in particular that by using a ceramic with a skeletal character or branches, the so-called porosity is even higher.
  • a major advantage of such a structural ceramic is that it has a very favorable ratio between the conductor cross section and the radiation surface. The heat generated can thus be given off very well. Furthermore, a very quick glowing or lighting up of the heating element is made possible.
  • Structural ceramics are advantageously formed in an elongated or rod shape.
  • the thermal surface load is advantageously around 12 W / cm 2 at 1,200 ° C and around 16 W / cm 2 at 1,300 ° C.
  • surface here, however, is the envelope of the surface of the Heating element meant, not the surface of the pure ceramic material.
  • the specific resistance at approx. 30 ppi can be approx. 0.25 Ohm * cm (cold) and approx. 0.4 Ohm * cm (at approx. 800 ° C).
  • the value for the heat capacity can be set to approx. 0.68 J / gK (cold) and approx. 1.15 J / gK (at approx. Analogous to the ppi information for the foam-like structural ceramic, the number of meshes per volume determines the cavity size or density in the skeleton-like structural ceramic.
  • the material of the heating element advantageously contains silicon, in particular it can contain silicon carbide.
  • silicon carbide Other options are SiSiC, RbSiC and SiN.
  • silicon aluminum oxide, zirconium oxide or AIN can be used.
  • a silicon-containing material can also be MoSi 2 , which is available under the trade name "Kanthai-Super", advantageously mixed with one of the aforementioned ceramics.
  • the material of the heating element or this itself is preferably sintered.
  • the surface of the material can be coated with silicon oxide for surface protection.
  • Doped silicon carbide which is advantageously doped with nitrogen, or alternatively reaction-bonded silicon carbide is particularly preferred. These processes can advantageously take place under an atmosphere with reactive gas.
  • the heating element can advantageously contain Ti or TiN, which is in particular the electrically active material.
  • the Ti Material is advantageously covered with a protective layer on the outside. This can be an oxide layer, for example SiO or ⁇ I 2 O 3 . Due to the mechanical properties of the connection or the TiN, it is preferably applied to a carrier. Al 2 0 3 can serve as the carrier material, since it has a similar thermal expansion coefficient.
  • a carrier or carrier framework can be designed as described above, for example skeletal or foam-like.
  • the heating element can be manufactured in a sandwich structure.
  • the heating layer made of TiN is applied to a carrier. This is provided with a protective layer to cover.
  • Such a sandwich heating element is preferably flat or flat, for example as a flat rod, possibly with several branches.
  • a further preferred possibility is the mixing of TiN with a matrix material which can be sintered well, for example Al 2 O 3 .
  • the specific electrical resistance of the mixture depends on the volume fraction of the TiN. It should be over 15%. Shares up to 50% or 60% are still possible, also with regard to processing.
  • Such ceramic mixtures with TiN also require a protective layer, for example A1 2 0 3 .
  • the heating element can have an elongated shape, in particular at least one rod-shaped section. For example, it can extend across a heating zone of a radiant heater of an electric cooker.
  • a zigzag or meandering design of an elongated heating element with a larger area to be covered or to be adjacent.
  • Alternative forms for a heating element provide a flat design, for example in a thin form and in the manner of a film or the like.
  • Ceramic fibers for example, are suitable for this purpose and can be inserted into the starting material prior to a sintering process for the ceramic.
  • the value for the specific power-to-weight ratio of a structural ceramic can be chosen to be less than approx. 5 g / kW, advantageously approx. 1.7 g / kW.
  • the effective cross section and / or the electrical resistance of the heating element can be set via the porosity of the foam ceramic and its pore size and number or the mesh size of a structural ceramic with a skeleton-like structure. The more or the larger pores or meshes are, the larger the surface per unit mass and thus the radiation.
  • mechanical stability and volume expansion of the heating element act as limiting factors here.
  • the heating element can be treated in such a way, in particular by doping or silicon infiltration, that its temperature coefficient of electrical resistance, especially when viewed over the operating temperature range, does not change its sign.
  • the operating temperature range can be well over 1,000 ° C, for example up to 1,300 ° C or even a maximum of 1,600 ° C.
  • the temperature coefficient should not change its sign in order to obtain a clear and easily controllable heating characteristic.
  • it can be a PTC characteristic, ie the electrical resistance increases with increasing temperature.
  • the heating element then dampens itself when it is heated.
  • the course of the temperature coefficient may vary depending on the respective temperature, in particular only increase significantly at high temperatures to avoid overheating.
  • the starting material of the ceramic is mixed with non-ceramic filler material according to the invention, the filler material being either insulating or burning during the sintering process and thus insulating spaces, preferably during the subsequent sintering of the ceramic Open spaces in which ceramics are created.
  • the starting material is insulated or becomes exposed to temperature or other influences dissolving filler admixed.
  • the packing material is mixed homogeneously with the starting material. During the subsequent sintering, they can dissolve due to the thermal effect and leave the pores. In this way, when the starting material is sintered to the ceramic, insulating spaces are created in the ceramic, the pores described above.
  • a temperature-dissolving material is advantageously a plastic, for example small polystyrene beads or the like can be used.
  • the size of the spheres corresponds essentially to the desired pore size, their proportion to the desired porosity.
  • the packing can be mixed homogeneously with the starting material.
  • Another possibility is the foaming of the ceramic starting material similar to a process for the production of foam or the like.
  • a suitable binder can be added to this. to be mixed. With such structures, a subsequent coating with TiN and a protective layer can be carried out.
  • a textile material that is three-dimensional and branched together can be impregnated with the liquid starting material for the ceramic.
  • the starting material envelops the individual threads or branches of the textile material and thus simulates its structure.
  • the textile material can thus form a kind of support for the ceramic.
  • the green body in which the starting material has preferably dried somewhat, is burned out.
  • the textile material disappears or burns, leaving the ceramic material, essentially in the form of the textile material, ie with the branches as structural ceramics.
  • the insulating spaces essentially correspond to the mesh size of the textile material.
  • a fabric formed from knotted threads with a considerable thickness or three-dimensional or spatial extent is advantageously used as the textile material; alternatively, a plurality of layers of a fabric connected to one another can be used. It is also possible to use other forms of open supports which form pores or meshes. As a further example, an open-pore foam can be used, the ceramic branches here less like skeletal branches, but rather like thin chamber walls or the like. will be available. Here, too, TiN and a protective layer can then be applied. Furthermore, a forming process of the textile material can also be included. On the one hand, the textile material can be shaped with ceramic material before soaking. On the other hand, the textile material can preferably be shaped after the impregnation, in order then to correspond to the heating element desired later.
  • the semiconducting ceramic can be doped with a doping material.
  • the porosity or openness can advantageously be used for the diffusion of gaseous
  • a binder can be contained in the ceramic starting material, which is preferably in liquid form, in particular in order to enable the subsequent mixing with filler bodies or the wetting or impregnation of textile material.
  • the ceramic can be annealed in an atmosphere which contains the doping material. Nitrogen can preferably be doped, and this can diffuse into the ceramic from the atmosphere under which the afterglow is continued, via the pores.
  • the nitrogen uptake of the ceramic can be adjusted via the duration of the afterglow or via the nitrogen content in the atmosphere. If a ceramic is assumed, in which the electrical conductivity or the temperature coefficient can be influenced by nitrogen absorption, advantageous and desired properties can be achieved the ceramic can be adjusted. In particular, a temperature coefficient mentioned above can thus be achieved without changing the sign over the operating temperature range.
  • the afterglow can take place, for example, at temperatures around 2,200 ° C.
  • an electrical heating device with a heating element described above can be created, the heating device having a temperature monitoring device assigned to the heating element and having control means for influencing the heating element.
  • the heating element can furthermore have a negative temperature coefficient of its electrical resistance, this temperature coefficient preferably being negative over a wide temperature range, for example a temperature range covering or exceeding the usual operating temperature of a heater. Since a temperature which exceeds the operating temperature of such a heater should be avoided as much as possible during operation, the behavior within this range essentially counts.
  • the maximum operating temperature of the heating element is well above 1,000 ° C, for example 1,300 ° C, preferably a maximum of 1,600 ° C, especially just below it. Within this operating temperature range, the temperature coefficient according to the invention should not become positive, preferably always remain in the negative range.
  • the advantage of a consistently negative temperature coefficient lies not only in the faster glow-up time achieved as well as the shorter heating-up phase, since the heating element is not "braked” towards higher temperatures.
  • the switch-on current is damped at the first moment, but then it can rise rapidly and possibly bring more heating devices connected with the heating element according to the invention to a higher heating power.
  • temperature monitoring means should be provided which protect the heating element from exceeding the operating temperature range or a maximum temperature.
  • the temperature monitoring means are advantageously designed to be very responsive. Overall, a very quickly responding and effective heating device can thus be created, which can also be easily regulated due to the essentially linear behavior of the heating element.
  • the material of the heating element advantageously contains silicon, in particular it can contain silicon carbide.
  • silicon carbide Other options are SiSiC, RbSiC and SiN.
  • silicon aluminum oxide, zirconium oxide or AIN can be used.
  • a silicon-containing material can also be MoSi 2 , which is available under the trade name "Kanthai-Super".
  • the material 'or the heating element itself is sintered this.
  • the surface of the material can be coated with silicon oxide for surface protection. Doped silicon carbide is particularly preferred, it being advantageously doped with nitrogen, or alternatively reaction-bonded silicon carbide.
  • Another preferred material is TiN, see above.
  • the heating element can have an elongated shape, in particular at least one rod-shaped section. For example, it can extend across a heating zone of a radiant heater of an electric cooker. Another possibility is a zigzag or meandering design of an elongated heating element, with a larger area to be covered or to be adjacent.
  • Alternative forms for a heating element provide a flat design, for example in a thin form and in the manner of a film or the like.
  • Ceramic fibers for example, are suitable for this purpose and can be inserted into the starting material prior to a sintering process for the ceramic.
  • the value for the surface load of the heating element in a preferred embodiment is approximately 11.8 W / cm 2 in the range of approximately 1200 ° C, and approximately 16 W / cm 2 is approximately 1300 ° C.
  • the invention provides a method for producing an electrical heating element with an inherent negative temperature coefficient of the electrical resistance of the heating element, the heating element being designed in particular according to one of the possibilities described above.
  • the heating element consists of a semiconducting ceramic which is doped with a doping material to weaken the negative temperature coefficient, the starting material containing nanoparticles, by means of which a residual porosity of the ceramic can be set after a sintering process of the starting material.
  • the residual porosity serves for the diffusion of gaseous doping material and consequently for the doping of the material with a doping material.
  • the starting material can be compressed, preferably without pressure, up to a relative density of 80% to 95%, in particular approximately 90%.
  • a binder may already be contained in the starting material, which may be in powder form.
  • the porosity of the ceramic is created by the nanoparticles. Nanoscale carbon and / or submicron boron carbide, for example, which are added as sintering additives, can be used as nanoparticles.
  • the amount of porosity of the ceramic can be adjusted both with regard to pore density and pore size by the amount of the added sintering additives.
  • the ceramic is preferably annealed in an atmosphere that contains the doping material. It is preferably doped with nitrogen. It can Diffuse doping material from the atmosphere into the ceramic, especially into existing pores.
  • the nitrogen absorption of the ceramic can be adjusted over the duration of the afterglow. Since the nitrogen uptake of the ceramic influences the electrical conductivity or the temperature coefficient, the above-mentioned advantageous properties with regard to the temperature coefficient of the ceramic can thus be set.
  • the afterglow can take place, for example, at temperatures around 2200 ° C.
  • an electrical heating device with a heating element described above can be created, the heating device having a temperature monitoring device assigned to the heating element and having control means for influencing the heating element.
  • the heating device preferably has so-called radiant heaters under a hob, for example made of glass ceramic.
  • FIG. 1 is an oblique view of a porous heating element according to the invention, which is arranged as a heating rod in an insulating body,
  • FIG. 2 shows a rod-shaped heating element made of a foam ceramic in an enlarged close-up view
  • Fig. 5 is an oblique view of an inventive
  • Heating element which is arranged in a spoke shape in an insulating body
  • FIG. 6 shows a vertical section through a radiant heater similar to FIG. 5,
  • FIG. 7 shows a section through a ceramic hob with a film-like heating element according to the invention
  • 8 is a vertical section through an alternative radiant heater
  • Fig. 9 is an oblique view of a heating element including a molded edge with spacers and
  • FIG. 10 shows a variation of the radiant heater from FIG. 5 with different heating elements.
  • Fig. 1 shows schematically in an oblique view a radiant heater 11, which consists of a plate-shaped insulating support 12 with a pipe-shaped insulating edge 13. Insulating carrier 12 and insulating edge 13 can possibly be arranged in a carrier shell or the like, for example made of thin sheet metal.
  • a heating element 15 according to the invention is attached above the insulating support 12 and has a diameter above the round one
  • Radiant heater 11 runs.
  • the heating element 15 is shown in the form of a rod, although deviations from this shape can of course also be provided. Furthermore, for the sake of clarity, the heating element 15 is shown in isolation, it is advantageously possible to provide further heating devices. Further heating devices could, for example, be further heating elements such as the heating element 15, alternatively also other radiant heaters such as band radiant heaters or bright heaters, for example Halogen lamps. In the case of such combined heaters, the heating element 15 serves, inter alia, because of its very good short glow time as a signal that the hotplate has started operation and a very quick boil is possible. Other heating devices can provide a heating power distributed over the round surface of the radiant heater 11 and can be designed for a lower continued cooking power. Instead of a straight rod, curved shapes are also possible, for example S-shaped. The cross section is not necessarily round according to FIG. 1, flat and / or rectangular cross sections are also possible.
  • connection sections 16 have no porosity in the example shown. This is made possible by producing the heating element 15 both from the starting material provided with fillers and also without a filler. The starting material without a filler becomes
  • connection caps 17 have projecting connection pins 19, to which connection shoes 20 can be attached.
  • the connecting plug-in shoes 20 in turn have connecting cables 21 which lead to an electrical supply for the heating element 15.
  • Connection caps 17 can be attached directly to the heating element 15 or the connecting section 16, for example by ceramic soldering.
  • this effect can be achieved by different doping or mixing of the ceramic material of the heating element 15. As a result, a better introduction of current into the porous part of the heating element 15 working as a heater can also be achieved.
  • a rod-shaped sensor 25 of a temperature monitor 26 runs in a known manner.
  • the monitor 26 is arranged on the outside of the insulating edge 13.
  • the temperature monitor 26 switches off the electrical supply from the heating element 15 or at least partially reduces the power. In this way, the temperature of the radiant heater 11 can be regulated or overheating avoided.
  • Further possibilities are temperature sensors, which are connected to a controllable, preferably electronic, control for the energy supply to the radiant heater 11 are. In this way, automatic cooking programs or the like can be carried out.
  • the heating element 15 advantageously reaches high temperatures very quickly according to the invention, there is a requirement for the temperature monitor 26 to be able to quickly detect excess temperatures and to be able to switch off the heating element 15.
  • the arrangement of a plurality of heating devices or heating elements 15, possibly in combination with other heating devices, makes it possible for such a radiant heater 11 to switch off a part of the heating devices after a certain temperature, in particular a maximum temperature, has been reached. Subsequently, for example, heating can only be continued with individual or with a group of heating devices.
  • the thermal insulation, particularly towards the insulating support 12, is very good.
  • multilayer insulation materials are advantageous, for example with materials that are mechanically stable on the one hand and additionally mechanically weak, but that provide better thermal insulation.
  • a radiation shield below the heating element 15, is intended to both keep part of the heat radiated downward from the insulating support 12 and to reflect it upward into the heating zone 23.
  • Such a radiation shield can be formed in a known manner, preferably made of metal.
  • Edge of the heating element 15 are indicated, serve primarily the bracket and the introduction of current.
  • the area in between is the area that acts as a heater.
  • FIG. 3 shows a section of a heating element 31 consisting of a ceramic body with a skeleton-like structure, which in the present case has been achieved by a textile carrier material.
  • the structure consists of branches 32 which form loops 33. These meshes 33 in turn contain gaps 34 which form the non-conductive areas or correspond to the pores 29 in FIG. 2. It should be noted that no ramifications 32 end in nothing, but all ramifications (except when the ceramic body is damaged) are connected to the other and form stitches 33.
  • the size of the mesh 33 fluctuates. This is due to the fact that a textile carrier material which does not have an absolutely uniform mesh size was used in the production. Such a variation in the mesh size should be within a certain range.
  • FIG. 4 schematically shows a possible structure of a textile carrier material 36 for a ceramic body.
  • a strictly geometrical and uniform structure was selected here, in which essentially rectangular meshes 38 for the basic structure are formed by individual mesh pieces 37. The size of the mesh can be in the mm range and can reach up to 10 or 15 mm.
  • These rectangular meshes 38 in turn form parallelepiped-shaped cells 39, from which the three-dimensionally extended carrier material is formed from one another.
  • At least one oblique strut 40 runs within the cells 39, which increases the strength of the finished ceramic body. This strut 40 can, for example, run in a direction that is predetermined for the purpose of mechanical strength.
  • the individual mesh pieces 37 of the textile material 36 are connected to one another by a loop or a knot 41 at the knot points.
  • the structure in FIG. 4 essentially resembles several layers of nets which have been connected to one another. This enables the formation of correct mats that serve as a carrier material.
  • the finished textile body is impregnated with the liquid starting material for the ceramic, and after burning out, the resulting ceramic body has the structure of the textile material.
  • the structure chosen is exemplary and theoretical and is intended to illustrate how a strictly geometric and uniform structure is possible.
  • the branches can be far more numerous, even bridging several cells.
  • Submicron silicon carbide powders are to be assumed for the production of a described ceramic material from silicon carbide.
  • Nanoscale carbon and submicron boron carbide are used as sintering additives.
  • Silicon carbide powder is mixed homogeneously by means of colloidal processing with nanoscale carbon and boron carbide and processed into liquid suspensions. The further conditioning of these suspensions depends on the type of downstream molding method (processing into film casting compounds, direct use for slip casting, spray drying to press powder, soaking textile backing materials).
  • the green bodies are compressed to a relative density of 89 - 91% in a flowing argon atmosphere without pressure. Then they are sintered.
  • a compaction of the green body for a foam-like material can also be carried out in sections differently for a heating element 15, for example in the end regions more to produce the connection sections 16.
  • Packings in particular in the case of styrofoam beads, with the resulting smaller pore sizes can be counteracted by using firmer packing materials or larger packing bodies.
  • heating elements made of structural ceramics are preferably used in the form of rods or bends, flat radiators are also possible.
  • a heating element can also be designed as a flat heating plate. In particular, this is possible in applications where heat radiation is required not only in one direction, but in several directions or simply outwards into the surrounding space.
  • Another use for such open-pore structural ceramics is within liquid or gaseous media, which also best flow through the structural ceramics.
  • FIG. 5 schematically shows, in an oblique view, a radiant heater 111 which consists of a plate-shaped insulating support 112 with an insulating edge 113 in the form of a pipe socket.
  • Insulating carrier 112 and insulating edge 113 can possibly be arranged in a carrier shell or the like, for example made of thin sheet metal.
  • a spoke-shaped arrangement of heating rods 115, which converge in a central central part 116, is located on the insulating support 112.
  • the heating rods 115 consist of upright, rectangular long bars. They consist of a semiconducting ceramic material, for example doped silicon carbide. An electrical connection is made via the ends of the rods 115, thus in FIG.
  • connection lugs 118 protrude outwards through corresponding recesses in the insulating edge 113 or the insulating body 112.
  • the connector lugs 118 can be made of metal, for example, and can be attached to the heating rods 115 by means of ceramic soldering for electrical connection.
  • a connecting cable 119 extends from the central part 116.
  • a connecting cable 120 together with a plug socket 121, which overlaps the connecting pin 118, is connected. All heating rods 115 have connection cables with plug sockets of this type, but these connections are not shown here for the sake of clarity.
  • the heating rods 115 can consist essentially of homogeneous material.
  • the connection to a current-conducting central part made of metal can be made, for example, by ceramic soldering or the like.
  • a rod-shaped sensor 125 of a known temperature monitor 126 runs above the surface covered by the heating rods 115, that is to say in the region of a heating zone 123 formed in this way. It is arranged on the outside of the insulating edge 113. When a certain adjustable temperature in the heating zone 123 is exceeded, the temperature monitor 126 switches off the electrical supply from the heating rods 115 or at least partially reduces the power in order to regulate the temperature of the radiant heater or to avoid overheating. See also the description of FIG. 1.
  • FIG. 6 shows a vertical section through a radiant heater 111 similar to FIG. 5, the section plane being essentially perpendicular to the sensor 125. It can be seen here how the heating rods 115 form the diameter or radii of the insulating support 112 starting from the central part 116.
  • the middle part 116 can consist of a separate component into which the heating rods 115 are inserted, fixed and electrically contacted. It has a connection cable 119 which runs down through an opening in the insulating support.
  • a relatively uniform heating of the heating zone 123 can be achieved by the star-shaped arrangement of a plurality of heating rods 115 similar to FIG. 5.
  • a glass ceramic plate 128 of a hob is placed over this in FIG. 6 and is heated from below by means of the radiant heater 111.
  • Connector lug 118 protrudes over the insulating edge 113.
  • a plug socket 121 together with a connecting cable 120 is connected to such a connector plug 118. sen.
  • the right heating rod in FIG. 6 can be connected and operated to an operating voltage, in particular mains voltage, via the connecting cables 119 and 120.
  • a flat and flat heating device 132 which consists of a semiconducting ceramic material, preferably doped silicon carbide, is attached to the underside of the hotplate 130.
  • the heating device 132 can be designed in the manner of a thin material, essentially a flat material similar to a film. The thickness can range from a few millimeters to less than one millimeter. In terms of shape, it can be designed in the manner of such known heating devices, for example thick-film heating devices.
  • the shape corresponds, for example, to a star or spoke shape, similar to a wheel. Furthermore, meandering designs or the like are possible.
  • two connection cables 134 and 135 are provided, which are routed to operating voltage, preferably mains voltage.
  • the hotplate 130 should consist of an insulating material or have such insulation.
  • One possibility is a ceramic insulating layer on its underside, on which the heating device 132 is applied.
  • a second, preferred possibility provides for the hotplate 130 likewise to be produced from a ceramic, which, however, must be insulating.
  • a Such a ceramic hotplate can be seen, for example, from EP 0 853 444, the content of which is hereby incorporated by reference into the content of the description.
  • Temperature monitoring should also be provided in the heating device 132, for example temperature sensors attached directly to the underside of the hotplate 130 or the heating device 132. These could preferably be mechanical expansion switches or electronically controlled thermocouples.
  • the radiant heater 137 is pressed under a glass ceramic pane 128 by means of an insulating mask 138. It consists of a sheet metal shell 139, which is lined with a multi-layer insulating edge 140 and an insulating base 141. In the middle of the insulating floor 141 rises
  • Hold-down dome 142 on which a temperature sensor (not shown) similar to that from FIG. 5 can be held.
  • a flat ceramic heating element 145 is arranged at a distance from the insulating base 141 via spacer rings 143.
  • the sectional drawing is intended to illustrate that the heating element 145 rotates around the hold-down dome 142 and does not penetrate.
  • a similarly shaped radiation shield 147 is arranged directly below the flat heating element 145 and is intended to both keep part of the heat radiated downward from the insulating floor and reflect it upward.
  • Such a radiation shield 147 can be formed in a known manner, preferably made of metal.
  • Another beam lungspin 148 is placed directly on the insulating base 141. Common materials as well as vacuum insulation from metal foils with filling can be used as insulation.
  • the heating element 145 here preferably has the shape of a circular ring, the hold-down dome 142 protruding through the central recess.
  • a shape can emanate from a circular ring, wherein, depending on the type of contacting, recesses should ensure a uniform current supply to the active parts of the heating element 145.
  • FIG. 9 shows a one-piece design of a heating element 150 together with outer ring 151 and frame rings 152.
  • Heating element 150 and outer ring 151 can be produced from a disk of ceramic starting material or a green body by embossing, the transition 153 between the flat, serving as heating element 150 Part and the thicker outer ring 151 should be relatively short.
  • the thickness of the heating element 150 is comparable to that of a thick film or the like. It can either be a substantially closed disc or be provided with recesses.
  • the upper spacer ring 152 in FIG. 9 and in the installed state has a projection 154.
  • the heating element 150 can be held at a greater distance from an insulation located underneath. In this way, higher temperatures can be reached.
  • Heating element 150 or outer ring 151 and the spacer rings 152 can be pressed in the unfinished state or as a green body for firm connection to a structural unit. This connection is further strengthened by the subsequent firing. The result is a heater with a stable installation frame. Since the outer ring 151 can advantageously be used to make electrical contact with the heating element 150, the non-conductive spacer rings 152 additionally form electrical insulation in the edge region.
  • FIG. 10 in turn shows a modification of the radiant heater from FIG. 5 with a large number of training options for the heating elements.
  • the spokes 156 are each alternately of different polarity, they can be connected similarly as in FIG. 5 via outwardly projecting tabs 118.
  • the six spokes 156 are held in the center by the insulating central dome 157 resting on the insulating base 112 and can be made of metal or the same ceramics.
  • heating element 158 in the form of annular segments, which become narrower towards the center due to the decreasing length for a constant electrical resistance.
  • Another possibility consists in two S-shaped heating elements 160.
  • the outer one is wider because of the constant electrical resistance.
  • the thickness of the heating elements 160 will, however, be greater than that of a heating element 158 for the same material, since they are longer.
  • the third One possibility is a heating element 162 in the form of an omega with an inward-facing stomach. As a result, the area between two spokes 156 can be used effectively.
  • Other shapes for heating elements are possible.
  • the heating conductor shape is cut out either in the unfired green state by punching or in the sintered state by laser cutting or the like.
  • thermal insulation systems Due to the very high operating temperatures of the ceramic heating elements, new types of thermal insulation systems should be used. On the one hand, multi-layer systems with under-insulation of the current mixture plus an additional high-temperature layer towards the heating element are possible. In addition, pressed mixtures with different proportions and materials are possible in one work step, as is a coating of ceramic material with a corresponding sintering point or a flame or plasma coating with ceramic. Another option is a radiation shield, for example a cast film made of A1 2 0 3 .
  • nanoscale carbon as a sintering additive lies essentially in the fact that the homogeneous distribution of the carbon in the green bodies results in a uniform compaction.
  • the fine pore necks on the surface of the sintered body can be closed and formed by oxidation such a self-protection mechanism of the ceramic body.
  • Due to the fine porosity and thus small diffusion paths, such Sic qualities can be doped with nitrogen by means of an annealing treatment after the sintering in a nitrogen-containing atmosphere at temperatures around 2200 ° C.
  • the nitrogen uptake and thus the electrical conductivity of the finished material can be adjusted via the afterglow duration in such a process, which means that with increasing duration more nitrogen is absorbed.

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Abstract

Durch die Erfindung wird ein elektrisches Heizelement (15, 31) sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung geschaffen, das aus halbleitender Keramik (28, 32) besteht. Durch die Porosität des Heizelementes (15, 31) wird eine erhöhte Abstrahlfläche erreicht.

Description

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AUFGÄBE UND LOSUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs erwähntes Heizelement zu schaffen, das ein schnelles Anheizen ermöglicht sowie gut regelbar ist und allgemein gute Heizei- genschaften, insbesondere vorteilhafte Werte für die thermische Oberflächenbelastung bzw. Heizleistungsabstrahlung, aufweist sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Heizelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 22 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und 26. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß kann das Heizelement einerseits aus einem halbleitenden Keramikmaterial bestehen, das zumindest teil- weise bzw. größtenteils offen und/oder porös ist. Insbesondere kann es gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform schaumartig oder schwammartig sein, besonders bevorzugt mit Hohlräumen. Unter schaumartig soll hier vor allem eine Materialform verstanden werden, bei der das Material eine große Anzahl von Einschlüssen bzw. Kammern oder Poren aufweist, die vorzugsweise leer sind. Insbesondere gleicht ein solches schaumartiges Keramikmaterial vom Erscheinungsbild her einem Schwamm oder einem Schaumstoff. Als vorteilhaft wird ein auch nach außen hin offenporiges Material angesehen, um so Ausgasungsprobleme und dgl. zu vermeiden. Zwar kann die Porosität in einem weiteren Bereich gewählt werden, als vorteilhaft wird ein Bereich zwischen 10 und 50 ppi (Poren pro Inch) angesehen. Das bedeutet, daß auf einer Linie durch das Material, die einen Inch lang ist, 10 bis 50 Poren geschnitten bzw. gestreift werden. Das ist in etwa 1 Pore pro mm. Als besonders vorteilhaft werden Werte um ca. 30 ppi angesehen. Somit ist das Material als relativ feinporig anzusehen.
Als weitere vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit ist es mög- lieh, das Keramikmaterial strukturiert und verästelt in Form von Verzweigungen vorzusehen, die miteinander verbunden sind bzw. aneinanderhängen. Es kann sich dadurch beispielsweise eine Skelettform ergeben, wobei die Verzweigungen dünn sein können im Vergleich zu den Ausnehmungen dazwischen. Vorteil- haft kann das Heizleitermaterial nach Art von dreidimensionalen Maschen aufgebaut sein, insbesondere einem dreidimensionalen textilen Material ähnelnd.
Um im folgenden beide Ausführungsformen unter einem Begriff benennen zu können, wird der Ausdruck Strukturkeramik (schaumartig oder skelettartig) verwendet.
Es ist von Vorteil, wenn im Verlauf der Längsausdehnung des Heizelements dessen elektrisch wirksamer Querschnitt im wesentlichen gleich bleibt. So werden bei gebogenen Heizleitern sogenannte heiße Pfade mit erhöhtem Stromfluß, insbeson- dere an der Innenseite einer Krümmung, vermieden. Das ist besonders vorteilhaft durch eine zuvor beschriebene skelett- artige Ausbildung zu erreichen, wobei die Verästelungen des Skeletts an solchen Innenseiten näher zusammenrücken, sich jedoch ihre jeweilige Länge bzw. der elektrisch wirksame Leiterquerschnitt nicht verändert .
Das spezifische Gewicht des Heizelementes bzw. der Struktur- keramik kann bei beiden Grundausführungen zwischen 0,1 und 3 g/cm3 liegen, vorzugsweise bei ca. 0,6 g/cm3 für 30 ppi für eine Schaumkeramik. Daraus ist zu erkennen, daß der Anteil der Poren bzw. offenen Abschnitte den Anteil des Keramik- ' materials weit übersteigen kann, also mehr Poren bzw. Hohl- oder Zwischenräume als Keramikmaterial vorhanden sind. Ein massives Keramikmaterial weist ein spezifisches Gewicht zwischen 3 und 4 g/cm3 auf. Zum Teil kann also das Volumen der Poren bzw. Hohlräume oder offenen Abschnitte ca. zehnmal bis zwanzigmal höher sein als das des eigentlichen Keramik- materials an sich. Es ist insbesondere zu beachten, daß durch Verwendung einer Keramik mit skelettartigem Charakter bzw. Verzweigungen die sogenannte Porosität noch höher liegt.
Ein wesentlicher Vorteil einer solchen Strukturkeramik besteht darin, daß sie ein sehr günstiges Verhältnis zwischen Leiterquerschnitt und Abstrahlungsoberflache auf eist. Somit kann die entstehende Wärme sehr gut abgegeben werden. Weiters wird ein sehr schnelles Aufglühen bzw. Aufleuchten des Heizelements ermöglicht. Vorteilhaft wird eine Strukturkeramik in länglicher bzw. Stabform ausgebildet.
Die thermische Oberflächenbelastung liegt vorteilhaft bei ca. 12 W/cm2 bei 1.200°C und bei ca. 16 W/cm2 bei 1.300 °C. Mit Oberfläche ist hier jedoch die Einhüllende der Oberfläche des Heizelements gemeint, nicht die Oberfläche des reinen Keramikmaterials.
Der spezifische Widerstand kann bei ca. 30 ppi etwa 0,25 Ohm * cm (kalt) und etwa 0,4 Ohm * cm (bei ca. 800°C) betragen. Als Wert für die Wärmekapazität kann bei einem Ausführungs- beispiel mit ca. 40 Masseprozent Silizium ca. 0,68 J/gK (kalt) und ca. 1,15 J/gK (bei ca. 1.000°C) eingestellt werden. Analog zu den ppi-Angaben für die schaumartige Strukturkeramik bestimmt bei der skelettartigen Strukturkera- mik die Maschenanzahl pro Volumen die Hohlraumgröße oder - dichte.
Das Material des Heizelements ist vorteilhaft siliziumhaltig, insbesondere kann es Siliziumcarbid enthalten. Weitere Möglichkeiten sind SiSiC, RbSiC sowie SiN. Alternativ zu Silizium kann Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder AIN verwendet werden. Ein siliziumhaltiges Material kann auch MoSi2 sein, das unter dem Handelsnamen "Kanthai-Super" erhältlich ist, vorteilhaft vermischt mit einer der vorgenannten Keramiken. Bevorzugt ist das Material des Heizelements bzw. dieses selber gesintert. Das Material kann zum Oberflächenschutz an seiner Oberfläche mit Siliziumoxid überzogen sein. Besonders bevorzugt wird dotiertes Siliziumcarbid, das vorteilhaft mit Stickstoff dotiert ist, oder alternativ reaktionsgebundenes Siliziumcarbid. Diese Vorgänge können vorteilhaft unter einer Atmosphäre mit reaktivem Gas stattfinden.
Vorteilhaft kann das Heizelement Ti bzw. TiN enthalten, das inbesondere das elektrisch aktive Material ist. Das Ti- Material ist vorteilhaft nach außen mit einer Schutzschicht bedeckt. Diese kann eine Oxidschicht sein, beispielsweise SiO oder ΑI2O3. Aufgrund der mechanischen Eigenschaften der Verbindung bzw. der TiN wird es vorzugsweise auf einen Träger aufgebracht. Als Trägermaterial kann Al203 dienen, da dieses einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Ein Träger bzw. Trägergerüst kann wie vorstehend beschrieben ausgeführt sein, beispielsweise skelett- oder schaumartig. Alternativ kann das Heizelement im Sandwichauf- bau gefertigt werden. Auf einem Träger wird die Heizschicht aus TiN aufgebracht. Diese wird mit mit einer Schutzschicht zur Abdeckung versehen. Ein solches Sandwich-Heizelement ist bevorzugt flächig bzw. flach, beispielsweise als flacher Stab, eventuell mit mehreren Ästen.
Eine weitere bevorzugte Möglichkeit ist die Vermischung von TiN mit einem gut sinterfähigen Matrixmaterial, beispielsweise AI2O3. Der spezifische elektrische Widerstand der Mischung hängt vom Volumenanteil der TiN ab. Er sollte über 15% liegen. Anteile bis zu 50% oder 60% sind noch möglich, auch bezüglich der Verarbeitung. Auch solche Keramikmischungen mit TiN benötigen eine Schutzschicht, beispielsweise A1203.
Eine weitere Möglichkeit sieht ein schaumartiges oder skelettartig verzweigt strukturiertes Material vor, das eine siliziumhaltige Beschichtung aufweist. Eine solche Strukturkeramik, insbesondere aus SiC, weist ein sehr günstiges Verhältnis zwischen Leiterquerschnitt und Oberfläche auf. Das Heizelement kann eine längliche Form aufweisen, insbesondere wenigstens einen stabförmigen Abschnitt. Beispielsweise kann es sich quer über eine Heizzone eines Strahlheizkörpers eines Elektroherdes erstrecken. Eine weitere Möglichkeit ist eine Zickzack- oder mäanderförmige Ausbildung eines länglichen Heizelementes, wobei eine größere Fläche überdeckt werden bzw. benachbart sein soll. Alternative Formen für ein Heizelement sehen eine flächige Ausbildung vor, beispielsweise in dünner Form und nach Art einer Folie oder der- gleichen.
Zur mechanischen Verstärkung des Heizelementes kann es faserverstärkt sein. Hierfür bieten sich beispielsweise Keramikfasern an, die in das Ausgangsmaterial vor einem Sinterprozeß zur Keramik eingelegt werden können.
Der Wert für das spezifische Leistungsgewicht einer Strukturkeramik kann niedriger als ca. 5 g/kW gewählt werden, vorteilhaft zu ca. 1,7 g/kW.
Über die Porosität der Schaumkeramik und deren Porengrδße und -Anzahl bzw. die Maschenweite einer Strukturkeramik mit Skelettartigem Aufbau kann der wirksame Querschnitt und/oder der elektrische Widerstand des Heizelements eingestellt werden. Je mehr bzw. je größere Poren oder Maschen vorhanden sind, um so größer ist die Oberfläche pro Masseeinheit und damit die Abstrahlung. Allerdings wirken hier mechanische Stabilität sowie Volumenausdehnung des Heizelements als limitierende Faktoren. Des weiteren kann das Heizelement derart behandelt werden, insbesondere durch Dotierung bzw. Siliziuminfiltration, daß sein Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes, insbesondere über den Betriebstemperaturbereich gesehen, sein Vorzeichen nicht wechselt. Der Betriebs-Temperaturbereich kann weit über 1.000°C, beispielsweise bis 1.300°C oder sogar maximal 1.600°C reichen. Innerhalb dieses Betriebs- Temperaturbereiches soll der Temperaturkoeffizient sein Vorzeichen nicht wechseln um eine eindeutige und gut be- herrschbare Aufheizcharakteristik zu bekommen. Beispielsweise kann es sich um eine PTC-Charakteristik handeln, d.h. der elektrische Widerstand nimmt mit ansteigender Temperatur zu. Das Heizelement bedämpft sich dann beim Anheizen selber. Dabei kann der Verlauf des Temperaturkoeffizienten in Ab- hängigkeit von der jeweiligen Temperatur unterschiedlich sein, insbesondere erst bei hohen Temperaturen signifikant ansteigen zur Vermeidung einer Überhitzung.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelementes, das aus einer halbleitenden Keramik besteht, wird erfindungsgemäß das Ausgangsmaterial der Keramik mit nicht- keramischem Füllmaterial vermengt, wobei das Füllmaterial entweder isolierend ist oder beim Sintervorgang verbrennt und so beim anschließenden Sintern der Keramik isolierende Zwischenräume, vorzugsweise Freiräume, in der Keramik entste- hen.
Zur Herstellung beispielsweise einer zuvor beschriebenen Schaumkeramik werden dem Ausgangsmaterial isolierende bzw. sich durch Temperatureinwirkung oder sonstige Einwirkung auflösende Füllkörper zugemischt. Die Füllkörper werden mit dem Ausgangsmaterial homogen vermischt, beim anschließenden Sintern können sie sich durch die thermische Einwirkung auflösen und die Poren hinterlassen. Auf diese Weise ent- stehen beim Sintern des Ausgangsmaterials zur Keramik isolierende Zwischenräume in der Keramik, die oben bezeichneten Poren.
Ein sich durch Temperatur auflösendes Material ist vorteilhaft ein Kunststoff, beispielsweise können kleine Styropor- kügelchen o. dgl. verwendet werden. Die Größe der Kügelchen entspricht im wesentlichen der gewünschten Porengröße, ihr Anteil der gewünschten Porosität .
Im wesentlichen können die Füllkörper homogen mit dem Aus- gangsmaterial vermischt werden. Es ist jedoch auch möglich, zur Ausbildung von mechanisch verstärkten und/oder thermisch weniger belasteten Abschnitten in diesen Bereichen weniger oder, kleinere Füllkörper zuzugeben, wobei hierzu ein gewisser Aufwand beim Befüllen der Form für den Heizkörper zu betreiben ist. Ebenso ist es denkbar, in solchen Abschnitten geringerer Porosität das Keramik-Füllkörper-Gemisch zu verdichten unter Hinzugabe weiteren Keramikmaterials, was durch elastische Füllkδrper (ergibt kleinere Poren) ohne weiteres möglich ist.
Eine weitere Möglichkeit ist das Aufschäumen des Keramik- Ausgangsmaterials ähnlich einem Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff o. dgl.. Dazu kann ein geeigneter Binder beige- mischt werden. Bei solchen Strukturen kann eine nachträgliche Beschichtung mit TiN und einer Schutzschicht erfolgen.
Zur Herstellung einer zuvor beschriebenen Strukturkeramik mit skelettartigen Verzweigungen kann ein textiles Material, das dreidimensional ausgebildet und miteinander verzweigt verbunden ist, mit dem flüssigen Ausgangsmaterial für die Keramik getränkt werden. Dabei umhüllt das Ausgangsmaterial die einzelnen Fäden bzw. Verästelungen des Textilmaterials und bildet so dessen Struktur nach. Das Textilmaterial kann so eine Art Träger für die Keramik bilden. Nach dem Tränken wird der Grünkörper, bei dem das Ausgangsmaterial vorzugsweise etwas getrocknet ist, ausgebrannt. Dabei verschwindet bzw. verbrennt das Textilmaterial, zurück bleibt das Keramikmaterial, und zwar im wesentlichen in der Form des Textil- materials, also mit den Verzweigungen als Strukturkeramik. Die isolierenden Zwischenräume entsprechen im wesentlichen der Maschenweite des Textilmaterials. Als Textilmaterial wird vorteilhaft ein aus verknoteten Fäden gebildetes Gewebe mit erheblicher Dicke bzw. dreidimensionaler oder räumlicher Ausdehnung verwendet, alternativ können mehrere miteinander verbundene Lagen eines Gewebes verwendet werden. Ebenso ist es möglich, andere Formen offener und Poren oder Maschen bildender Träger zu verwenden. Als weiteres Beispiel kann ein offenporiger Schaumstoff verwendet werden, wobei hier die keramischen Verzweigungen weniger als skelettartige Verästelungen, sondern eher als dünne Kammerwände o.dgl. vorliegen werden. Auch hier kann anschließend TiN und eine Schutzschicht aufgebracht werden. Des weiteren kann noch ein Umformvorgang des Textilmaterials umfaßt sein. Einerseits kann das Textilmaterial vor dem Tränken mit Keramikmaterial in Form gebracht werden. Andererseits kann bevorzugt das Textilmaterial nach dem Tränken geformt werden, um dann dem später gewünschten Heizelement zu entsprechen.
Zur Abschwächung eines Temperaturkoeffizienten des Keramikmaterials kann die halbleitende Keramik mit einem Dotiermaterial dotiert werden. Beispielsweise kann hierzu die Porosität bzw. Offenheit vorteilhaft zur Diffusion von gasförmigem
Dotiermaterial und demzufolge zur Dotierung verwendet werden.
In dem keramischen Ausgangsmaterial, das bevorzugt in flüssiger Form vorliegt, kann ein Binder enthalten sein, insbesondere um das anschließende Vermischen mit Füllkδrpern oder das Benetzen bzw. Durchtränken von Textilmaterial zu ermöglichen.
Als weitere Möglichkeit kann nach dem Sinterprozeß die Keramik in einer Atmosphäre nachgeglüht werden, die das Dotiermaterial enthält. Dotiert werden kann vorzugsweise mit Stickstoff, wobei dieser aus der Atmosphäre, unter der nachgeglüht wird, über die Poren in die Keramik eindiffundieren kann. Über die Dauer des Nachglühens oder über den Stickstoffanteil in der Atmosphäre kann die Stickstoffaufnahme der Keramik eingestellt werden. Wird von einer Keramik ausgegangen, bei der durch Stickstoffaufnahme die elektrische Leitfähigkeit bzw. der Temperaturkoeffizient beeinflußt werden kann, können vorteilhafte und gewünschte Eigenschaften der Keramik eingestellt werden. Insbesondere kann somit ein oben erwähnter Temperaturkoeffizient ohne Wechsel des Vorzeichens über den Betriebs-Temperaturbereich erreicht werden. Das Nachglühen kann beispielsweise bei Temperaturen um 2.200°C stattfinden.
Des weiteren kann erfindungsgemäß eine elektrische Heizeinrichtung mit einem vorstehend beschriebenen Heizelement geschaffen werden, wobei die Heizeinrichtung eine dem Heizelement zugeordnete Temperatur-Überwachungseinrichtung mit Steuermitteln für die Beeinflussung des Heizelements aufweist.
Erfindungsgemäß kann desweiteren das Heizelement einen negativen Temperaturkoeffizienten seines elektrischen Widerstandes aufweisen, wobei dieser Temperaturkoeffizient vor- zugsweise über einen weiten Temperaturbereich, beispielsweise einen die übliche Betriebstemperatur eines Heizers abdeckenden bzw. übersteigenden Temperaturbereich, negativ ist. Da eine die Betriebstemperatur eines solchen Heizers deutlich übersteigende Temperatur im Betrieb möglichst vermieden werden sollte, zählt im wesentlichen das Verhalten innerhalb dieses Bereichs. Die maximale Betriebstemperatur des Heiz- , elements liegt weit über 1.000° C, beispielsweise bei 1.300° C, vorzugsweise bei maximal 1.600° C, insbesondere knapp darunter. Innerhalb dieses Betriebs-Temperaturbereiches soll der Temperaturkoeffizient erfindungsgemäß nicht positiv werden, vorzugsweise stets im negativen Bereich bleiben. Der Vorteil eines durchgängig negativen Temperaturkoeffizienten liegt nicht nur in der dadurch erreichten schnelleren Aufglühzeit sowie kürzeren Anheizphase, da zu höheren Temperaturen hin kein "Abbremsen" des Heizelements erfolgt . Insbesondere wird der Anschaltstrom zwar im ersten Moment gedämpft, danach kann er jedoch schnell ansteigen und eventuell weitere mit dem erfindungsgemäßen Heizelement zusammengeschaltete Heizeinrichtungen zu stärkerer Heizleistung bringen. Zur Regelung eines erfindungsgemäßen, "sehr schnellen" Heizelements sollten Temperaturuberwachungsmittel vorgesehen sein, die das Heizelement vor Überschreiten des Betriebs- Temperaturbereiches bzw. einer Maximaltemperatur bewahren. Vorteilhaft sind die Temperaturuberwachungsmittel als sehr reaktionsschnell ausgebildet. Insgesamt kann damit eine sehr schnell ansprechende und wirkende Heizeinrichtung geschaffen werden, die auch aufgrund des im wesentlichen geradlinigen Verhaltens des Heizelementes gut regelbar ist.
Das Material des Heizelements ist vorteilhaft siliziumhaltig, insbesondere kann es Siliziumcarbid enthalten. Weitere Möglichkeiten sind SiSiC, RbSiC sowie SiN. Alternativ zur Verwendung von Silizium kann Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder AIN verwendet werden. Ein siliziumhaltiges Material kann auch MoSi2 sein, das unter dem Handelsnamen "Kanthai-Super" erhältlich ist. Bevorzugt ist das Material' des Heizelements bzw. dieses selber gesintert. Das Material kann zum Oberflächenschutz an seiner Oberfläche mit Siliziumoxid überzogen sein. Besonders bevorzugt wird dotiertes Siliziumcarbid, wobei es vorteilhaft mit Stickstoff dotiert ist, oder alternativ reaktionsgebundenes Siliziumcarbid.
Ein weiteres bevorzugtes Material ist TiN, siehe dazu weiter oben.
Das Heizelement kann eine längliche Form aufweisen, insbesondere wenigstens einen stabfδrmigen Abschnitt. Beispielsweise kann es sich über eine Heizzone eines Strahlheizkδrpers eines Elektroherdes quer erstrecken. Eine weitere Möglichkeit ist eine Zickzack- oder mäanderförmige Ausbildung eines länglichen Heizelementes, wobei eine größere Fläche überdeckt werden bzw. benachbart sein soll.
Alternative Formen für ein Heizelement sehen eine flächige Ausbildung vor, beispielsweise in dünner Form und nach Art einer Folie oder dergleichen.
Zur mechanischen Verstärkung des Heizelementes kann es faserverstärkt sein. Hierfür bieten sich beispielsweise Keramikfasern an, die in das Ausgangsmaterial vor einem Sinterprozeß zur Keramik eingelegt werden können.
Der Wert für die Oberflächenbelastung des Heizelementes liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform bei ca. 11,8 W/cm2 im Bereich von etwa 1.200°C, und bei ca. 16 W/cm2 bei etwa 1.300°C. Des weiteren wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelementes mit einem inhärenten negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands des Heizelementes geschaffen, wobei das Heizelement insbesondere nach einer der vorstehend beschriebenen Möglichkeiten ausgebildet ist. Erfindungsgemäß besteht das Heizelement aus einer halbleitenden Keramik, die zur Abschwächung des negativen Temperaturkoeffizienten mit einem Dotiermaterial dotiert wird, wobei in dem Ausgangsmaterial Nanoteilchen enthalten sind, durch die eine Restporosität der Keramik nach einem Sinterprozeß des Ausgangsmaterials einstellbar ist. Die Restporosität dient zur Diffusion von gasförmigem Dotiermaterial und demzufolge zur Dotierung des Materials mit einem Dotiermaterial .
Insbesondere kann das Ausgangsmaterial verdichtet werden, vorzugsweise drucklos bis zur einer relativen Dichte von 80 % bis 95 %, insbesondere ca. 90 %. In dem Ausgangsmaterial, das in Pulverform vorliegen kann, kann bereits ein Binder enthalten sein. Bei einem nachfolgenden Sinterprozeß entsteht die Porosität der Keramik durch die Nanoteilchen. Als Nanoteilchen können beispielsweise nanoskaliger Kohlenstoff und/oder submikrones Borcarbid verwendet werden, die als Sinteradditive beigefügt sind. Somit ist durch die Menge der beigefügten Sinteradditive das Maß der Porosität der Keramik sowohl hinsichtlich Porendichte als auch Porengrδße einstellbar.
Nach dem Sinterprozeß wird die Keramik bevorzugt in einer Atmosphäre nachgeglüht, die das Dotiermaterial enthält. Dotiert wird vorzugsweise mit Stickstoff. Dabei kann das Dotiermaterial aus der Atmosphäre in die Keramik eindiffundieren, insbesondere in vorhandene Poren. Über die Dauer des Nachglühens kann die Stickstoffaufnähme der Keramik eingestellt werden. Da die Stickstoffaufnähme der Keramik die elektrische Leitfähigkeit bzw. den Temperaturkoeffizienten beeinflußt, können somit die oben erwähnten, vorteilhaften Eigenschaften bezüglich des Temperaturkoeffizienten der Keramik eingestellt werden. Das Nachglühen kann beispielsweise bei Temperaturen um die 2200° C stattfinden.
Des weiteren kann erfindungsgemäß eine elektrische Heizeinrichtung mit einem vorstehend beschriebenen Heizelement geschaffen werden, wobei die Heizeinrichtung eine dem Heizelement zugeordnete Temperatur- Überwachungseinrichtung mit Steuermitteln für die Beeinflussung des Heizelements auf- weist. Die Heizeinrichtung weist vorzugsweise sogenannte Strahlheizkδrper unter einem Kochfeld, beispielsweise aus Glaskeramik auf .
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus den Beschreibungen und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen porösen Heizelements, das als Heizstab in einem Isolierkörper angeordnet ist,
Fig. 2 ein stabförmiges Heizelement aus einer Schaumkeramik in vergrößerter Nahansicht,
Fig. 3 ein vergrößerte Nahansicht einer skelettartigen Strukturkeramik,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer streng ausgerichteten Struktur eines textilen Trägermaterials ,
Fig. 5 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen
Heizelements, das speichenförmig in einem Isolierkörper angeordnet ist,
Fig. 6 einen vertikalen Schnitt durch einen Strahlheizkörper ähnlich Fig. 5,
Fig. 7 einen Schnitt durch eine Keramikkochplat.te mit einem erfindungsgemäßen folienartigen Heizelement, Fig. 8 einen vertikalen Schnitt durch einen alternativen Strahlheizkörper,
Fig. 9 eine Schrägansicht eines Heizelementes samt angeformtem Rand mit Abstandshalter und
Fig. 10 eine Variation des Strahlheizkörpers aus Fig. 5 mit unterschiedlichen Heizelementen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFUHRUNGSBEISPIELE
Die Fig. 1 zeigt schematisch in Schrägansicht einen Strahlheizkorper 11, der aus einem tellerförmigen Isolierträger 12 mit einem rohrstutzenformigen Isolierrand 13 besteht. Isolierträger 12 und Isolierrand 13 können evtl. in einer Trägerschale o. dgl., beispielsweise aus dünnem Blech, angeordnet sein.
Über dem Isolierträger 12 ist ein erfindungsgemäßes Heizele- ment 15 angebracht, das als Durchmesser über den runden
Strahlheizkorper 11 läuft. Das Heizelement 15 ist stabformig dargestellt, wobei selbstverständlich auch Abweichungen von dieser Form vorgesehen sein können. Des weiteren ist hier lediglich der Anschaulichkeit halber das Heizelement 15 in Alleinstellung dargestellt, es ist vorteilhaft möglich, weitere Heizungseinrichtungen vorzusehen. Weitere Heizungs- einrichtungen könnten beispielsweise weitere Heizstäbe wie das Heizelement 15 sein, alternativ auch andere Strahlheizkörper wie Bandstrahlheizkδrper oder Hellstrahler, z.B. Halogenlampen. Bei solchen kombinierten Heizungen dient das Heizelement 15 vor allem infolge seiner sehr guten da kurzen Aufglühzeit unter anderem als Signalisierung, daß die Kochstelle den Betrieb aufgenommen hat und ein sehr schnelles Ankochen möglich ist. Weitere Heizeinrichtungen können eine auf die runde Fläche des Strahlheizkδrpers 11 verteilte Heizleistung erbringen sowie für eine niedrigere Fortkochleistung ausgelegt sein. Anstelle eines geraden Stabes sind auch gebogene Formen möglich, beispielsweise S-förmig. Der Querschnitt ist nicht notwendigerweise rund gemäß Fig. 1, auch flache und/oder rechteckige Querschnitte sind möglich.
Der elektrische Anschluß an das Heizelement 15 erfolgt an den Enden mittels metallischer Anschlußkappen 17, die über Anschlußabschnitte 16 des Heizelements geführt sind und mit diesem mechanisch und elektrisch verbunden sind. Wie deutlich zu erkennen ist, weisen die Anschlußabschnitte 16 in dem dargestellten Beispiel keine Porosität auf. Dies wird ermöglicht durch Herstellen des Heizelements 15 sowohl aus mit Füllkörpern versehenem Ausgangsmaterial als auch einem ohne Füllkδrper. Das Ausgangsmaterial ohne Füllkδrper wird zur
Ausbildung der Enden des Heizelements 15 bzw. der Anschlußabschnitte 16 verwendet. Eine solche Ausbildung der Enden bzw. Anschlußabschnitte des Heizelements 15 hat den Zweck, daß hier der elektrische Widerstand erheblich verringert werden soll um eine übermäßige Erwärmung dieser Abschnitte zu vermeiden, da sie schließlich die Isolierung des Strahlheizkδrpers 11 nach außen durchstoßen. Weiterhin wäre ein elektrischer Anschluß daran bei hohen Temperaturen erschwert wäre . Die Anschlußkappen 17 weisen abstehende Anschlußsteckfahnen 19 auf, an die Anschlußsteckschuhe 20 aufgesteckt werden können. Die Anschlußsteckschuhe 20 wiederum weisen Anschlußkabel 21 auf, die zu einer elektrischen Versorgung des Heizelements 15 geführt sind. Als Alternative zu solchen
Anschlußkappen 17 können Anschlußkabel oder Anschlußsteckfahnen direkt an das Heizelement 15 bzw. den Anschlußabschnitt 16 angebracht werden, beispielsweise durch Keramiklδtung.
Anstelle einer erhöhten Leitfähigkeit durch Weglassen der Füllkδrper bzw. mehr Materialstärke in den Anschlußabschnitten 16 kann dieser Effekt durch eine unterschiedliche Dotierung bzw. Mischung des Keramikmaterials des Heizelements 15 erreicht werden. Dadurch kann auch eine bessere Stromeinleitung in den porösen und als Heizung arbeitenden Teil des Heizelements 15 erzielt werden.
Oberhalb der von den Heizstäben 15 bedeckten Fläche, also im Bereich einer auf diese Weise gebildeten Heizzone 23, verläuft ein stabförmiger Fühler 25 eines Temperaturwächters 26 nach bekannter Art. Der Wächter 26 ist an der Außenseite des Isolierrandes 13 angeordnet. Bei Überschreiten einer gewissen einstellbaren Temperatur in der Heizzone 23 über dem Heizelement 15 schaltet der Temperaturwächter 26 die elektrische Versorgung von dem Heizelement 15 ab bzw. die Leistung zumindest teilweise zurück. So kann die Temperatur des Strahlheizkδrpers 11 geregelt bzw. eine Überhitzung vermieden werden. Weitere Möglichkeiten sind Temperaturfühler, die mit einer beeinflußbaren, vorzugsweise elektronischen, Steuerung für die Energiezufuhr zu dem Strahlheizkörper 11 verbunden sind. Auf diese Weise können Automatik-Kochprogramme o. dgl. durchgeführt werden. Da das Heizelement 15 erfindungsgemäß vorteilhaft sehr schnell hohe Temperaturen erreicht, besteht die Anforderung an den Temperaturwächter 26, Übertemperaturen schnell erkennen und das Heizelement 15 abschalten zu können. Durch die Anordnung mehrerer Heizeinrichtungen bzw. Heizelemente 15, eventuell in Kombination mit anderen Heizeinrichtungen, ist es bei einem solchen Strahlheizkorper 11 möglich, nach Erreichen einer gewissen Temperatur, insbesondere einer Maximaltemperatur, einen Teil der Heizeinrichtungen abzuschalten. Anschließend kann beispielsweise nur mit einzelnen oder mit einer Gruppe von Heizeinrichtungen weitergeheizt werden.
Sind Isolierträger 12 und Isolierrand 13 in einem metalli- sehen Träger o. dgl. angeordnet, so ist auf Einhaltung elektrischer Isolationsvorschriften zwischen den elektrischen Anschlüssen für die Heizstäbe 15 und dem metallischen Träger zu achten. Wichtig ist bei einem solchen Strahlheizkörper 11, daß die thermische Isolierung, insbesondere zu dem Isolier- träger 12 hin, sehr gut ist. Hier sind zum einen mehrlagige Isoliermaterialien vorteilhaft, beispielsweise mit einerseits mechanisch stabilen und zusätzlich mechanisch schwachen, dafür thermisch besser isolierenden Materialien möglich. Eine weitere Möglichkeit ist, ein Strahlungsschirm unterhalb des Heizelements 15, der einen Teil der nach unten abgestrahlten Wärme sowohl von dem Isolierträger 12 abhalten als auch nach oben in die Heizzone 23 hieinreflektieren soll. Ein solcher Strahlungsschirm kann auf bekannte Weise ausgebildet sein, bevorzugt aus Metall . Vorteilhaft kann er direkt auf den t tO μ» H
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Rand des Heizelements 15 angedeutet sind, dienen vor allem der Halterung und der Stromeinleitung. Der Bereich dazwischen ist der als Heizung wirksame Bereich.
Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt eines Heizelements 31 bestehend aus einem Keramikkδrper mit einer skelettartigen Struktur, die im vorliegenden Fall durch ein textiles Trägermaterial erreicht worden ist . Die Struktur besteht aus Verästelungen 32, welche Maschen 33 bilden. Diese Maschen 33 wiederum enthalten Zwischenräume 34, die die nichtleitenden Bereiche bilden bzw. den Poren 29 der Fig. 2 entsprechen. Es ist zu beachten, daß keine Verästelung 32 im Nichts endet, sondern alle Verästelungen (außer bei Beschädigungen des Keramikörpers) mit den anderen Verbunden sind und Maschen 33 bilden.
Dabei fällt auf, daß die Größe der Maschen 33 schwankt. Das ist darauf zurückzuführen, daß hier bei der Herstellung ein textiles Trägermaterial verwendet worden ist, das keine absolut gleichmäßige Maschenweite aufweist. Eine solche Variation der Maschenweite sollte sich in einem gewissen Bereich bewegen.
Die Fig. 4 zeigt schematisch einen möglichen Aufbau eines textilen Trägermaterials 36 für einen Keramikkörper. Im Gegensatz zu der Darstellung in Fig. 3 wurde hier ein streng geometrischer und gleichmäßiger Aufbau gewählt, bei dem durch einzelne Maschenstücke 37 im wesentlichen rechteckige Maschen 38 für das Grundgerüst gebildet werden. Die Größe der Maschen kann im mm-Bereich liegen und bis zu 10 oder 15 mm erreichen. Diese rechteckigen Maschen 38 wiederum bilden quaderförmige Zellen 39, aus deren Aneinanderreihung das dreidimensional erstreckte Trägermaterial gebildet ist. Innerhalb der Zellen 39 verläuft wenigstens eine schräge Verstrebung 40, die die Festigkeit des fertigen Keramikkörpers erhöht. Diese Verstrebung 40 kann beispielsweise in einer Richtung verlaufe, die zwecks der mechanischen Festigkeit vorgegeben ist. Ebenso kann sie sich an der späteren Stromflußrichtung orientieren oder eine optimale Wärmeabstrahlung bewirken. An den Knoten- punkten sind die einzelnen Maschenstücke 37 des Textilmaterials 36 durch eine Verschlingung bzw. einen Knoten 41 miteinander verbunden. Im wesentlichen ähnelt der Aufbau in Fig. 4 mehreren Lagen von Netzen, die miteinander verbunden worden sind. So ist die Bildung richtiger Matten möglich, die als Trägermaterial dienen.
Der fertige Textilkδrper wird mit dem flüssigen Ausgangsmaterial für die Keramik getränkt, und nach dem Ausbrennen weist der entstehende Keramikkδrper die Struktur des Textilmaterials auf.
Der gewählte Aufbau ist beispielhaft und theoretisch und soll veranschaulichen, wie ein streng geometrischer und gleichmäßiger Aufbau möglich ist. Die Verästelungen können weitaus zahlreicher sein, auch mehrere Zelle überbrücken. Des weiteren ist es möglich, sechseckige Maschen auszubilden nach Art von Bienenwaben, ebenso sehr komplexe Maschen- bzw. Zellenformen. Es ist von Vorteil, wenn alle Maschenstücke und Verästelungen im Betrieb als Heizelement die gleiche Wärmeentwicklung aufweisen, wozu Stärke und Länge in etwa gleich bleiben sollte. Bei Variation beispielsweise der Länge kann dies wiederum durch entsprechenden Ausgleich in der Stärke kompensiert werden, so daß der elektrische Widerstand jedes Maschenstücks gleich ist.
Hierin liegt einer der großen Vorteile der Verwendung eines textilen Trägermaterials. Durch den Einsatz moderner Webautomaten ist es möglich, die Trägerstruktur von vorneherein festzulegen, je nach Verwendungszweck bzw. gewünschten Eigenschaften, beispielsweise extrem gerichtet. Auch gebogene Formen sind denkbar. Als textile Materialien sind beispielsweise Polymer- oder Naturmaterialien geeignet.
Zur Herstellung eines beschriebenen Keramikmaterials aus Siliziumcarbid soll von submikronen Siliziumcarbid-Pulvern ausgegangen werden. Nanoskaliger Kohlenstoff und submikrones Borcarbid werden als Sinteradditive verwendet. Siliziumcar- bid-Pulver wird über kolloidale Verarbeitung mit nanoskaligem Kohlenstoff und Borcarbid homogen vermischt und zu flüssigen Suspensionen verarbeitet. Die weitere Konditionierung dieser Suspensionen hängt von der Art der nachgeschalteten Formge- bungsmethode ab (Verarbeitung zu Foliengießmassen, direkter Einsatz zum Schlickergießen, Sprühtrocknung zum Presspulver, Tränken textiler Trägermaterialien) . Für die Herstellung der elektrisch leitenden Siliziumcarbid-Qualitäten werden die Grünkörper gezielt bis zu einer relativen Dichte von 89 - 91 % in fließender Argon-Atmosphäre drucklos verdichtet. Danach werden sie gesintert. Eine Verdichtung des Grünkδrpers für ein schaumartiges Material kann auch abschnittsweise unterschiedlich für ein Heizelement 15 durchgeführt werden, beispielsweise in den Endbereichen stärker zur Erzeugung der Anschlußabschnitte 16. Einer bei der Verdichtung erfolgende Verkleinerung der
Füllkδrper, insbesondere bei Styroporkügelchen, mit daraus resultierenden geringeren Porengrδßen kann durch Verwendung festerer Füllkδrpermaterialien oder größerer Füllkδrper entgegengewirkt werden.
Obwohl Heizelemente aus Strukturkeramik bevorzugt in Stabform oder gebogener Form Verwendung finden, sind auch flächige Heizkörper durchaus möglich. So kann ein Heizelement auch als flache Heizplatte ausgeführt sein. Insbesondere ist dies bei Anwendungen möglich, wo eine Wärmeabstrahlung nicht nur in hauptsächlich eine Richtung gefordert wird, sondern in mehrere Richtungen bzw. einfach nach außen weg in den umgebenden Raum. Eine weitere Verwendung für derartige offenporige Strukturkeramiken ist innerhalb flüssiger oder gasförmiger Medien, die die Strukturkeramik am besten auch noch durchströmen.
Die Fig. 5 zeigt schematisch in Schrägansicht einen Strahl- heizkörper 111, der aus einem tellerförmigen Isolierträger 112 mit einem rohrstutzenformigen Isolierrand 113 besteht. Isolierträger 112 und Isolierrand 113 können eventuell in einer Trägerschale oder dergleichen, beispielsweise aus dünnem Blech, angeordnet sein. Auf dem Isolierträger 112 befindet sich eine speichenförmige Anordnung von Heizstäben 115, die in einem zentralen Mittelteil 116 zusammenlaufen. Die Heizstäbe 115 bestehen aus hochkant angeordneten, rechteckfδrmig profilierten langen Stäben. Sie bestehen aus einem halbleitenden Keramikmaterial, beispielsweise dotiertem Siliziumcarbid. Ein elektrischer Anschluß erfolgt über die Enden der Stäbe 115, in der Fig. 5 somit einerseits über das zentrale Mittelteil 116 sowie andererseits über eine Anschlußsteckfahne 118 am anderen Ende. Durch entsprechende Ausnehmungen in dem Isolierrand 113 bzw. dem Isolierkörper 112 ragen die Anschlußfahnen 118 nach außen. Die Anschlußsteckfahnen 118 können beispielsweise aus Metall sein und mittels einer Keramiklötung an den Heizstäben 115 befestigt sein zum elektrischen Anschluß. Von dem Mittel- teil 116 geht ein Anschlußkabel 119 ab. An dem nach rechts weisenden Heizstab 115 ist ein Anschlußkabel 120 samt Steckerbuchse 121, welche die Anschlußsteckfahne 118 übergreift, angeschlossen. Sämtliche Heizstäbe 115 weisen Anschlußkabel mit Steckerbuchsen dieser Art auf, diese Anschlüsse sind jedoch der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellt.
Die Heizstäbe 115 können im wesentlichen aus homogenem Material bestehen. Der Anschluß an ein stromleitendes Mittelteil aus Metall kann beispielsweise über Keramiklöten oder dergleichen erfolgen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, den Heizstab 115 durch Änderung seines
Materials, insbesondere durch unterschiedliche Dotierung der Enden im Vergleich zu dem Mittelteil des Stabes 115, stärker leitfähig zu machen für einen verbesserten Anschluß bzw. bessere Stromeinleitung. Oberhalb der von den Heizstäben 115 bedeckten Fläche, also im Bereich einer auf diese Weise gebildeten Heizzone 123, verläuft ein stabförmiger Fühler 125 eines bekannten Temperaturwächters 126. Er ist an der Außenseite des Isolierrandes 113 angeordnet . Bei Überschreiten einer gewissen einstellbaren Temperatur in der Heizzone 123 schaltet der Temperaturwächter 126 die elektrische Versorgung von den Heizstäben 115 ab bzw. die Leistung zumindest teilweise zurück, um so die Temperatur des Strahlheizköpers zu regeln bzw. eine Überhitzung zu vermeiden. Siehe hierzu auch die Beschreibung von Fig. 1.
Die Fig. 6 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Strahlheizkörper 111 ähnlich Fig. 5, wobei die Schnittebene im wesentlichen senkrecht zu dem Fühler 125 verläuft. Hier ist zu erkennen, wie die Heizstäbe 115 von dem Mittelteil 116 ausgehend Durchmesser bzw. Radien des Isolierträgers 112 bilden. Der Mittelteil 116 kann aus einem separaten Bauteil bestehen, in welches die Heizstäbe 115 eingeführt, fixiert und elektrisch kontaktiert werden. Es weist ein Anschlußkabel 119 auf, das durch eine Öffnung in dem Isolierträger nach unten verläuft. Durch die sternförmige Anordnung mehrerer Heizstäbe 115 ähnlich Fig. 5 kann eine relativ gleichmäßige Beheizung der Heizzone 123 erzielt werden. Darüber ist in Fig. 6 eine Glaskeramikplatte 128 eines Kochfeldes gelegt, die von unten mittels des Strahlheizkörpers 111 beheizt wird.
Links ist in der Fig. 6 zu sehen, wie eine unbestückte
Anschlußsteckfahne 118 über den Isolierrand 113 übersteht. Rechts in der Fig. 6 ist an eine solche Anschlußsteckfahne 118 eine Steckerbuchse 121 samt Anschlußkabel 120 angeschlos- sen. Über die Anschlußkabel 119 und 120 kann der in Fig. 6 rechte Heizstab an eine Betriebsspannung, insbesondere Netzspannung, angeschlossen und betrieben werden.
Die Fig. 7 zeigt als vorteilhafte alternative Ausführung der Erfindung eine Kochplatte 130, die in eine Öffnung eines Kochfeldes 131 eingesetzt ist. An der Unterseite der Kochplatte 130 ist eine flache und flächige Heizungseinrichtung 132 angebracht, die aus einem halbleitendem Keramikmaterial, vorzugsweise dotiertem Siliziumcarbid, besteht. Die Heizungs- einrichtung 132 kann nach Art eines dünnen Materials, im wesentlichen ein Flachmaterial ähnlich einer Folie, ausgebildet sein. Die Dicke kann wenige Millimeter bis zu unter einem Millimeter betragen. Von der Form her kann sie nach Art solcher bekannter Heizeinrichtungen ausgebildet sein, bei- spielsweise Dickschichtheizeinrichtungen. Die Form entspricht beispielsweise einer Stern- oder Speichenform, ähnlich einem Rad. Des weiteren sind mäanderfδrmige Ausbildungen oder dergleichen möglich. Für den elektrischen Anschluß sind zwei Anschlußkabel 134 und 135 vorgesehen, die an Betriebs- Spannung, vorzugsweise Netzspannung, geführt sind.
Da die Heizungseinrichtung 132 unter Spannung steht, insbesondere Netzspannung, sollte die Kochplatte 130 aus einem isolierenden Material bestehen oder eine solche Isolierung aufweisen. Eine Möglichkeit ist eine keramische Isolier- schicht an ihrer Unterseite, auf der die Heizungseinrichtung 132 aufgebracht ist. Eine zweite, bevorzugte Möglichkeit sieht vor, die Kochplatte 130 ebenfalls aus einer Keramik herzustellen, welche allerdings isolierend sein muß. Eine solche Keramikkochplatte geht beispielsweise aus der EP 0 853 444 hervor, deren Inhalt durch ausdrückliche Bezugnahme hiermit zum Inhalt der Beschreibung genommen wird.
Auch in der Heizeinrichtung 132 sollte eine Temperaturüberwa- chung vorgesehen werden, beispielsweise an die Unterseite der Kochplatte 130 oder die Heizeinrichtung 132 direkt angebrachte Temperaturfühler. Bevorzugt könnten dies mechanische Ausdehnungsschalter oder elektronisch angesteuerte Thermoelemente sein.
Die Fig. 8 zeigt im Schnitt einen weiteren Strahlheizkörper 137. Unter einer Glaskeramikscheibe 128 ist der Strahlheizkörper 137 mittels einer isolierenden Maske 138 angedrückt. Er besteht aus einer Blechschale 139, die mit einem mehrlagigen Isolierrand 140 und einem Isolierboden 141 ausgekleidet ist. In der Mitte des Isolierbodens 141 erhebt sich ein
Niederhaltedom 142, an dem ein nicht dargestellter Temperaturfühler ähnlich dem aus Fig. 5 gehaltert werden kann.
Über Distanzringe 143 ist ein flaches keramisches Heizelement 145 mit Abstand zu dem Isolierboden 141 angeordnet. Die SchnittZeichnung soll veranschaulichen, daß das Heizelement 145 den Niederhaltedom 142 umläuft und nicht durchstößt. Direkt unterhalb des flächigen Heizelements 145 ist ein ähnlich geformter Strahlungsschirm 147 angeordnet, der einen Teil der nach unten abgestrahlten Hitze sowohl von dem Isolierboden abhalten als auch nach oben reflektieren soll. Ein solcher Strahlungsschirm 147 kann auf bekannte Weise ausgebildet sein, bevorzugt aus Metall. Ein weiterer Strah- lungsschirm 148 ist direkt auf den Isolierboden 141 gelegt. Als Isolationen kommen übliche Materialien sowie eine Vakuumisolation aus Metallfolien mit Füllung in Frage.
Das Heizelement 145 weist hier bevorzugt die Form eines Kreisringes auf, wobei durch die mittlere Ausnehmung der Niederhaltedom 142 ragt . Insbesondere kann eine Form von einem Kreisring ausgehen, wobei durch Ausnehmungen abhängig von der Kontaktierungsart eine gleichmäßige Bestromung der aktiven Teile des Heizelementes 145 gewährleistet sein sollte.
Die Fig. 9 zeigt eine einstückige Ausbildung eines Heizelementes 150 samt Außenring 151 sowie Rahmenringen 152. Heizelement 150 und Außenring 151 können aus einer Scheibe keramischen Ausgangsmaterials bzw. eines Grünkörpers durch Prägen hergestellt werden, wobei der Übergang 153 zwischen dem flachen, als Heizelement 150 dienenden Teil und dem dickeren Außenring 151 relativ kurz sein sollte. Das Heizelement 150 ist dabei von der Dicke her mit einer dicken Folie o. dgl. vergleichbar. Es kann entweder eine im wesentlichen geschlossene Scheibe sein oder mit Ausnehmungen versehen sein.
Der in Fig. 9 obere und im eingebauten Zustand untere Distanzring 152 weist einen Vorsprung 154 auf. Mittels dieses umlaufenden Vorsprungs 154 kann das Heizelement 150 in grδße- rer Distanz zu einer darunterliegenden Isolierung gehalten werden. So können höhere Temperaturen erreicht werden. Heizelement 150 bzw. Außenring 151 und die Distanzringe 152 können im unfertigen Zustand bzw. als Grünkörper verpreßt werden zur festen Verbindung zu einer Baueinheit . Durch das anschließende Brennen wird diese Verbindung weiter ver- festigt. Als Ergebnis erhält man eine Heizung samt stabilem Einbaurahmen. Da vorteilhaft der Außenring 151 zur elektrischen Kontaktierung des Heizelements 150 verwendet werden kann, bilden die nichtleitenden Distanzringe 152 zusätzlich eine elektrische Isolierung im Randbereich.
Die Fig. 10 wiederum zeigt eine Abwandlung des Strahlheizkörpers aus Fig. 5 mit einer Vielzahl von Ausbildungsmδglichkei- ten für die Heizelemente. Dabei sind die Speichen 156 jeweils abwechselnd von unterschiedlicher Polarität, angeschlossen werden können sie ähnlich wie in Fig. 5 über nach außen ragende Steckfahnen 118. Die sechs Speichen 156 werden mittig von dem auf dem Isolierboden 112 ruhenden isolierenden Mitteldom 157 gehaltert und können aus Metall oder derselben Keramik bestehen.
Dargestellt sind als erste Möglichkeit kreisringsegmentfδr- mige Heizelemente 158, die zur Mitte hin aufgrund der abnehmenden Länge schmaler werden für einen konstant bleibenden elektrischen Widerstand.
Eine weitere Möglichkeit besteht in zwei S-förmig gebogenen Heizelementen 160. Auch hier ist das äußere breiter wegen des konstanten elektrischen Widerstands. Die Dicke der Heizelemente 160 wird aber bei gleichem Material größer sein als die eines Heizelementes 158, da sie länger sind. Als dritte Möglichkeit ist ein Heizelement 162 in Form eines Omega dargestellt mit nach innen weisendem Bauch. Dadurch kann die Fläche zwischen zwei Speichen 156 gut ausgenutzt werden. Weitere Formen für Heizelemente sind möglich. Das Ausschnei- den der Heizleiterform erfolgt entweder im ungebrannten grünen Zustand durch Stanzen oder im gesinterten Zustand durch Laserschneiden o. dgl.
Aufgrund der sehr hohen Betriebstemperaturen der keramischen Heizelemente sollten neuartige thermische Isoliersysteme verwendet werden. Möglich sind einerseits Mehrschichtsysteme mit einer Unterisolierung derzeitiger Mischung plus zusätzlicher Hochtemperaturschicht zum Heizelement hin. Weiters sind in einem Arbeitsgang verpreßte Mischungen mit unterschiedlichen Anteilen und Materialien möglich, ebenso eine Beschichtung aus keramischem Material mit entsprechendem Sinterpunkt oder eine Flamm- oder Plasmabeschichtung mit Keramik. Eine weitere Möglichkeit ist ein Strahlungsschirm, z.B. eine Gießfolie aus A1203.
Der Vorteil von nanoskaligem Kohlenstoff als Sinteradditiv liegt im wesentlichen darin, daß durch die homogene Verteilung des Kohlenstoffs in den Grünkörpern eine gleichmäßige Verdichtung erzielt wird. Daraus resultieren Sinterkörper mit homogen verteilten Poren, wobei die Porengröße zwischen insgesamt 1 und 5 μm liegt, die mittleren Werte liegen zwischen 1,5 und 2 /m. Diese Poren sollten nicht mit den Poren einer zuvor beschriebenen Schaumkeramik verwechselt werden. Die feinen Porenhälse auf der Oberfläche der Sinterkörper können durch Oxidation geschlossen werden und bilden so einen Selbstschutzmechanismus des Keramikkörpers. Aufgrund der feinen Porosität und damit kleinen Diffusionswegen lassen sich derartige Sic-Qualitäten durch eine dem Sintern nachgeschaltete Glühbehandlung in stickstoffhaltiger Atmosphäre bei Temperaturen um 2200° C mit Stickstoff dotieren. Über die Nachglühdauer bei einem solchen Prozeß kann die Stickstoffaufnahme und damit die elektrische Leitfähigkeit des fertigen Materials eingestellt werden, das bedeutet, mit zunehmender Dauer wird mehr Stickstoff aufgenommen.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Elektrisches Heizelement (15, 31) , insbesondere für einen Strahlheizkörper (11) eines Elektroherdes, das aus halbleitender Keramik besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das halbleitende Keramikmaterial zumindest teilweise Hohlräume (29, 34) aufweist und/oder porös ist.
2. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Offenheit bzw. Porosität des Keramikmaterials zwischen 10 ppi und 50 ppi liegt, insbesondere bei ca. 30 ppi (Poren oder pro Inch) .
3. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Heizelements (15, 31) siliziumhaltig ist, wobei es vorzugsweise Siliziumcarbid enthält und insbesondere Stickstoffdotiert ist.
4. Elektrisches Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (15, 31) eine Strukturkeramik ist, insbesondere zumindest teilweise länglich und/oder in Form eines Stabes.
5. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturkeramik siliziuminfiltriert ist.
6. Elektrisches Heizelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder 4 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement TiN enthält, insbesondere als überwiegend elektrisch aktives Material .
7. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (15, 31) bzw. das TiN-Material nach außen mit einer Schutzschicht bedeckt ist, vorzugsweise einer Oxidschicht, insbesondere, SiO oder A1 03.
8. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das TiN auf einen Träger aufgebracht und/oder zugegeben wird, wobei als Trägermaterial vorzugsweise A1203 verwendet wird, inbesondere in Form eines Trägergerüsts.
9. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (15, 31) im wesentlichen im Sandwichaufbau gefertigt ist, wobei auf einem Träger eine Schicht TiN aufgebracht ist und darauf wiederum eine Schutzschicht, wobei vorzugsweise der Sandwichaufbau flächig ist.
10. Elektrisches Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Anzahl der Hohlräume (29, 34) bzw. die Porosität der Strukturkeramik, insbesondere die Porengröße, der wirksame Heizquerschnitt und/oder der elektrische Widerstand des Heizelementes (15, 31) einstellbar ist.
11. Elektrisches Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement
(15, 31) als offene Struktur der Strukturkeramik eine Skelettform aufweist mit jeweils aneinanderhängenden, vorzugsweise in drei Richtungen laufenden Verzweigungen (28, 32) wobei insbesondere die Hohlräume (29, 34) zwischen den einzelnen Verzweigungen größer sind als die Verzweigungen selber und vorzugsweise im Verlauf einer Längenausdehnung des Heizelements der wirksame Quer- schnitt des Heizelements im wesentlichen gleich bleibt.
12. Elektrisches Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient des Keramikmaterials, insbesondere über den Betriebs-Temperaturbereich gesehen, sein Vorzeichen nicht wechselt, wobei er vorzugsweise eine PTC-Charakte- ristik aufweist.
13. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelements, insbesondere eines Heizelements (15, 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einer halbleitenden Keramik, wobei das Ausgangsmaterial der
Keramik mit nichtkeramischem Füllmaterial vermengt wird, wobei das Füllmaterial entweder isolierend ist oder beim Sintervorgang verbrennt und so beim anschließenden Sintern der Keramik isolierende Zwischenräume (29, 34) , vorzugsweise Freiräume, in der Keramik entstehen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial Füllkδrper sind und die Füllkörper aus einem Material bestehen, welches beim Sintern aufgelöst wird, insbesondere aus einem Kunststoff, wobei vorzugsweise Styroporkügelchen verwendet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich- net, daß die Füllkδrper im wesentlichen homogen mit dem keramischen Ausgangsmaterial vermischt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllkörper bzw. Trägermaterial ein textiles Material (36) aus Fäden (37) o . dgl . verwendet wird, das im wesentlichen räumlich aufgebaut ist und mit dem Ausgangsmaterial der Keramik getränkt wird, wobei beim Sintern der Keramik das Textilmaterial verbrennt und nach dem Sintern entlang der ausgebrannten Textilfäden dünne, miteinander verbundene Keramik-Verzweigungen (32) bzw. Stränge ausgebildet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren des weiteren den Schritt des Formens des noch nicht gesinterten Heizelements umfaßt, wobei dieser Schritt vorzugsweise nach dem Tränken des Textilmate- rials (36) mit dem keramischen Ausgangsmaterial, insbesondere vor dem Ausbrennen des Ausgangsmaterials, vorgenommen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein solches räumlich strukturier- tes Trägermaterial TiN aufgebracht wird als elek- trisch aktives Material und dieses abschließend mit einer Schutzschicht bedeckt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Sintern die Keramik nachge- glüht wird und dotiert wird, wobei in dem keramischen
Ausgangsmaterial Nanoteilchen enthalten sind, durch die die Dotierung mit einem Dotiermaterial möglich ist, wobei während des Dotierungsvorgangs Teilchen, insbesondere Stickstoff, aus der Atmosphäre, unter der der Nachglühprozeß abläuft, in die Keramik eindiffundieren.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß über die Nachglühdauer die Aufnahme des Dotiermaterials und damit die elektrische Leitfähigkeit der Keramik einstellbar ist.
21. Elektrische Heizeinrichtung mit einem elektrischen Heizelement (15, 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement aus einer Strukturkeramik besteht und wobei die Heizeinrichtung eine dem Heizelement zugeordnete Temperatur-Überwachungsein- richtung (25, 26) mit Steuermitteln für die Beeinflussung des Heizelementes aufweist.
22. Elektrisches Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60 , 62), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20 hergestellt, wobei das Heizelement aus halbleitender Keramik besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) einen negativen Temperaturkoeffizienten seines elektrischen Widerstandes aufweist.
23. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient, insbesondere über den Betriebs-Temperaturbereich gesehen, durchgehend negativ ist.
24. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Heizelements (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) siliziumhaltig ist, wobei es vorzugsweise Siliziumcarbid enthält.
25. Elektrisches Heizelement nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (15, 58, 60, 32) länglich ist, insbesondere wenigstens einen stabförmigen Abschnitt aufweist, wobei es vorzugsweise flach ist .
26. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelements (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) mit einem inhären- ten negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands des Heizelements (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62), insbesondere ein Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, bestehend aus einer halbleitenden Keramik, die zur Abschwächung des negativen Temperaturkoeffizienten mit einem Dotiermaterial dotiert wird, wobei in dem Ausgangsmaterial Nanoteilchen enthalten sind, durch die eine Restporosität der Keramik nach einem Sinterprozeß des Ausgangsmaterials einstellbar ist, wobei die Restporosität zur Diffusion bzw. Dotierung mit einem Dotiermaterial dient.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial verdichtet wird, insbesondere drucklos bis zu einer relativen Dichte von 80% bis 95% verdichtet wird, wobei in dem Ausgangsmaterial Binder enthalten ist und wobei die Porosität der Keramik bei dem nachfolgenden Sinterprozeß entsteht.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Sinterprozeß die Keramik nachgeglüht wird und Teilchen des Dotiermaterials, insbesondere Stickstoff, aus der Atmosphäre, unter der der Nachglüh- prozeß abläuft, in die Keramik eindiffundieren, wobei vorzugsweise über die Nachglühdauer die Stickstoffaufnahme der Keramik und damit die elektrische Leitfähigkeit der Keramik einstellbar ist.
29. Elektrische Heizeinrichtung (11) mit einem elektrischen Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) nach einem der
Ansprüche 22 bis 25 oder hergestellt nach einem der Ansprüche 26 bis 28, das einen negativen Temperaturkoeffizienten seines elektrischen Widerstandes aufweist, wobei die Heizeiürichtung eine dem Heizelement (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) zugeordnete Temperatur-Überwachungs- einrichtung (25, 26) mit Steuermitteln für die Beein- flussung des Heizelementes (15, 32, 45, 50, 58, 60, 62) auf eist .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004024044A1 (de) * 2004-05-07 2005-11-24 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Elektrischer Heizleiter aus Keramik und Verfahren zu seiner Herstellung sowie Heizeinrichtung
DE102008036836A1 (de) * 2008-08-07 2010-02-11 Epcos Ag Formkörper, Heizungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers
US9363851B2 (en) 2008-08-07 2016-06-07 Epcos Ag Heating device and method for manufacturing the heating device

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19956767A1 (de) * 1999-11-25 2001-05-31 Nanogate Gmbh Siliziumcarbid-Element
DE20019210U1 (de) * 2000-11-11 2001-01-25 Schott Glas, 55122 Mainz Kochfeld
DE10343011A1 (de) * 2003-08-06 2005-03-03 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Vorrichtung zum Erwärmen von Speisen mittels Induktion und Vorrichtung zur Übertragung von Energie
CN101978475B (zh) * 2008-03-21 2013-09-25 应用材料公司 屏蔽性盖加热器组件
US8020314B2 (en) * 2008-10-31 2011-09-20 Corning Incorporated Methods and apparatus for drying ceramic green bodies with microwaves
US10249470B2 (en) 2012-07-20 2019-04-02 Applied Materials, Inc. Symmetrical inductively coupled plasma source with coaxial RF feed and coaxial shielding
US9449794B2 (en) 2012-07-20 2016-09-20 Applied Materials, Inc. Symmetrical inductively coupled plasma source with side RF feeds and spiral coil antenna
US9745663B2 (en) 2012-07-20 2017-08-29 Applied Materials, Inc. Symmetrical inductively coupled plasma source with symmetrical flow chamber
US9082590B2 (en) 2012-07-20 2015-07-14 Applied Materials, Inc. Symmetrical inductively coupled plasma source with side RF feeds and RF distribution plates
US10170279B2 (en) 2012-07-20 2019-01-01 Applied Materials, Inc. Multiple coil inductively coupled plasma source with offset frequencies and double-walled shielding
US9928987B2 (en) 2012-07-20 2018-03-27 Applied Materials, Inc. Inductively coupled plasma source with symmetrical RF feed
US10163606B2 (en) 2013-03-15 2018-12-25 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with highly symmetrical four-fold gas injection
EP2842738B1 (de) * 2013-08-26 2020-06-24 FCT Ingenieurkeramik GmbH Verfahren zur Herstellung eines keramischen Heizelements
DE102016125042A1 (de) * 2015-12-28 2017-06-29 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Infrarotspiegel mit einer thermisch stabilen Schicht
CN111904766B (zh) * 2018-07-19 2022-06-21 李学忠 一种妇产科用分娩辅助装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4633069A (en) * 1985-10-21 1986-12-30 Texas Instruments Incorporated Heat-exchanger
GB2307385A (en) * 1995-11-17 1997-05-21 Ceramaspeed Ltd Radiant heater having resistance heating element with dynamic TCR

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4020896A (en) * 1974-07-25 1977-05-03 Owens-Illinois, Inc. Ceramic structural material
JPS63101063A (ja) * 1986-10-16 1988-05-06 Nabeya:Kk 流体透過性製品及びその製造法
US5073689A (en) * 1988-02-06 1991-12-17 Shinagawa Shirorenga Kabushiki Kaisha Zirconia refractory heating element
JPH01289558A (ja) * 1988-05-13 1989-11-21 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐摩耗用金属セラミックス複合材およびその製造方法
US4973566A (en) * 1989-05-16 1990-11-27 Coors Ceramics Company Cordierite material useful in a heat source retainer and process for making the same
US5225662A (en) * 1992-01-13 1993-07-06 Husky Injection Molding Systems, Ltd. Flexible heating element for a hot runner housing including method of manufacture and method of installation
JP3401648B2 (ja) * 1993-07-23 2003-04-28 日本特殊陶業株式会社 酸素センサ用棒状セラミックヒータ及びその製造方法
US6284314B1 (en) * 1993-12-09 2001-09-04 Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry Porous ceramic thin film and method for production thereof
US5511974A (en) * 1994-10-21 1996-04-30 Burnham Properties Corporation Ceramic foam low emissions burner for natural gas-fired residential appliances
JPH09162004A (ja) * 1995-12-13 1997-06-20 Murata Mfg Co Ltd 正特性サーミスタ素子
JPH09303940A (ja) * 1996-05-13 1997-11-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷蔵庫
GB2324694B (en) * 1997-04-25 2001-03-14 Ceramaspeed Ltd Electric heater
AU7291398A (en) * 1997-05-06 1998-11-27 Thermoceramix, L.L.C. Deposited resistive coatings
US5963709A (en) * 1997-05-13 1999-10-05 Micropyretics Heaters International, Inc. Hot air blower having two porous materials and gap therebetween

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4633069A (en) * 1985-10-21 1986-12-30 Texas Instruments Incorporated Heat-exchanger
GB2307385A (en) * 1995-11-17 1997-05-21 Ceramaspeed Ltd Radiant heater having resistance heating element with dynamic TCR

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004024044A1 (de) * 2004-05-07 2005-11-24 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Elektrischer Heizleiter aus Keramik und Verfahren zu seiner Herstellung sowie Heizeinrichtung
DE102008036836A1 (de) * 2008-08-07 2010-02-11 Epcos Ag Formkörper, Heizungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers
US9321689B2 (en) 2008-08-07 2016-04-26 Epcos Ag Molded object, heating device and method for producing a molded object
US9363851B2 (en) 2008-08-07 2016-06-07 Epcos Ag Heating device and method for manufacturing the heating device

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US6448539B2 (en) 2002-09-10
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