WO2012084710A1

WO2012084710A1 - Heizkörper sowie haushaltsgerät mit einem heizkörper und verfahren zum herstellen

Info

Publication number: WO2012084710A1
Application number: PCT/EP2011/073040
Authority: WO
Inventors: Frank JÖRDENS; Jürgen Salomon; Philipp Schaller; Gerhard Schmidmayer
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2013-06-22
Also published as: DE102010063934A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizkörper (2) für ein Haushaltsgerät mit mindestens einer aus einem ersten Material gebildeten Trägerschicht (4) und einem auf der Trägerschicht angeordneten Heizelement (6). Dabei ist das Heizelement als Heizschicht aus einem zweiten Material gebildet, das im Wesentlichen einen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das erste Material aufweist.

Description

Heizkörper sowie Haushaltsgerät mit einem Heizkörper

und Verfahren zum Herstellen

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizkörper für ein Haushaltsgerät mit mindestens einer aus einem ersten Material gebildeten Trägerschicht und einem auf der Trägerschicht angeordneten Heizelement.

Aus der DE 10 2006 017 695 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- Nanoröhrchen durch Zersetzung von Kohlenwasserstoffen an einem heterogenen Katalysator in einem Wirbelschichtreaktor bekannt, wobei der Reaktor absatzweise oder konti- nuierlich betrieben werden kann und im kontinuierlichen Betriebsfall der Austrag sichtend oder nicht sichtend erfolgen kann.

Aus der US 2006/0240238 A1 sind Metalloxid-Verbundwerkstoffe bekannt, die hoch dispergierte einwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthalten. Die Metalloxid-Verbund- Werkstoffe werden unter Verwendung von Sol-Gel-Verfahren hergestellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Heizkörper für ein Haushaltsgerät bereitzustellen. Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Heizkörper für ein Haushaltsgerät und ein Verfahren zum Herstellen eines Heizkörpers für ein Haushaltsgerät gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Haushaltsgerät, insbesondere Backofen mit einem erfindungsgemäßen Heizkörper. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen, welche einzeln oder in Kombination miteinander ein- gesetzt werden können.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Heizkörper für ein Haushaltsgerät mit mindestens einer aus einem ersten Material gebildeten Trägerschicht und einem auf der Trägerschicht angeordneten Heizelement. Dabei ist das Heizelement als Heizschicht aus einem zweiten Material gebildet, das im Wesentlichen eine gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das erste Material aufweist. Dadurch kann ein Heizkörper hergestellt werden, der insbesondere eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen kann. Dar- über hinaus kann die Außenschicht des Heizkörpers gute Oberflächeneigenschaften aufweisen, wobei sie beispielsweise direkt als Gebrauchsoberfläche benutzt werden kann.

Die aus einem ersten Material gebildete Trägerschicht und die aus einem zweiten Material gebildete Heizschicht bilden einen Mehrschichtaufbau bzw. einen Schichtverbund, die einen kompletten Heizkörper bilden. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist ein Kennwert, der das Verhalten eines Stoffes bezüglich Veränderungen seiner Abmessungen bei Temperaturveränderungen beschreibt und wird deswegen auch oft als thermischer Ausdehnungskoeffizient bezeichnet. Der hierfür verantwortliche Effekt ist die Wärmeausdehnung. Die Wärmeausdehnung ist abhängig vom verwendeten Stoff, es handelt sich also um eine stoffspezifische Materialkonstante. Da die Wärmeausdehnung bei vielen Stoffen nicht gleichmäßig über alle Temperaturbereiche erfolgt, ist auch der Wärmeausdehnungskoeffizient selbst temperaturabhängig und wird deshalb für eine bestimmte Bezugstemperatur oder einen bestimmten Temperaturbereich angegeben. Unter einem im Wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten soll verstanden werden, dass das durch einen ersten thermischen Längenausdehnungskoeffizienten CH eines ersten Materials und eines zweiten thermischen Längenausdehnungskoeffizienten a₂ eines zweiten Materials gebildete Verhältnis in einem Bereich von 0, 1 bis 1 ,0, bevorzugt von 0,5 bis 1 ,0 und besonders bevorzugt von 0,9 bis 1 ,0 liegt. Es ist zu beachten, dass das erste bzw. zweite Material beliebig für die Trägerschicht oder die Heizschicht verwendet werden kann. Das heißt, dass auch die Heizschicht aus einem ersten Material und die Trägerschicht aus einem zweiten Material gebildet werden kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Material der Trägerschicht und/oder der Heizschicht ein keramisches Material, insbesondere AL₂0₃ aufweist. Aufgrund der Verwendung von AL₂0₃ ist es möglich, einen kostengünstigen Heizkörper für ein Haushaltsgerät herzustellen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die elektrische Leitfähigkeit der Heizschicht durch Einbringen eines leitenden Materials in die Heizschicht erhöht ist. Dabei wird der elektri- sehe Wderstand durch ein Verfüllen mit Zuschlägen verringert, die eine hohe Leitfähigkeit aufweisen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Heizschicht des Heizkörpers abhängig von dem jeweiligen Verwendungszweck beheizbar eingestellt werden kann. Vorzugsweise weist das leitende Material Kohlenstoff, insbesondere Kohlenstoff- Nanoröhrchen auf. Dadurch können Heizkörper mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Heizschicht derart strukturiert ist, dass zwischen einzelnen Abschnitten der Heizschicht eine Isolationsschicht gebildet ist. Aufgrund der Strukturierung der Heizschicht kann eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht werden. Darüber hinaus lassen sich mit einer strukturierten Heizschicht beliebige Geometrien herstellen, welche beispielsweise an eine entsprechende Verwendung ange- passt sein können.

Vorzugsweise weist die Isolationsschicht zumindest teilweise das Material der Trägerschicht und/oder der Heizschicht auf. Dadurch kann eine kostengünstige Herstellung eines Heizkörpers ermöglicht werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Träger- und/oder Heizschicht aus einer Folie gebildet sind. Ein mit wenigstens einer Folie gebildeter Heizkörper weist im Gegensatz zu einem herkömmlichen Heizkörper eine geringere Masse auf. Aufgrund dieser Einsparung an thermischer Masse ergibt sich ein geringerer Energiebedarf, um den Heizkörper selbst zu erwärmen. Dadurch kann eine kürzere Aufheizzeit und eine verbesserte Energieeffizienz erreicht werden.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Trägerschicht als Deckschicht, insbesondere als Gebrauchsoberfläche gebildet ist. Die Trägerschicht weist beispielsweise eine hohe Kratzfestigkeit sowie eine hohe chemische Beständigkeit auf, wodurch sie gegen mechanische Einwirkungen wie z. B. bei einem Abstellen eines Gargutbehälters geschützt ist. Darüber hinaus kann die als Gebrauchsoberfläche gebildete Deckschicht eine ansprechende bzw. verbesserte Optik aufweisen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass ein Verbund aus Träger- und Heizschicht während eines Herstellungsprozesses, insbesondere während einer Coextrusion oder einem Walzen gebildet ist. Dadurch kann eine kostengünstige Herstellung eines Heizkörpers ermöglicht werden. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass ein Verbund aus Träger- und Heizschicht während eines Brennens, insbesondere während eines Sinterns gebildet ist. Dadurch ist es ebenfalls möglich, einen Heizkörper kostengünstig herzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Haushaltsgerät, insbesondere Backofen mit einem erfindungsgemäßen Heizkörper.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Heizkörpers für ein Haushaltsgerät. Dabei wird mindestens eine Trägerschicht aus einem ersten Material hergestellt. Es wird eine Heizschicht aus einem zweiten Material hergestellt, das im Wesentlichen einen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das erste Material aufweist, wobei die elektrische Leitfähigkeit durch Einbringen eines leitenden Materials, insbesondere von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in die Heizschicht erhöht wird. Die Trägerund die Heizschicht werden von Coextrusion, Walzen oder Sintern verbunden. In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Herstellung des Heizkörpers durch einen Folien- guss mit anschließendem Laminieren. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, Heizbzw. Trägerschichten mit geringen Schichtdicken herzustellen. Trotz geringer Schichtdicken ist es möglich, einen stabilen Heizkörper zu erzeugen. Darüber kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Heizkörper mit einer hohen Kratzfestigkeit, hohen chemischen Beständigkeit und einer verbesserten Optik herstellt werden.

Vorzugsweise weist das Verfahren zum Herstellen eines Heizkörpers für ein Haushaltsgerät ferner den Schritt auf, dass die Heizschicht nach dem Herstellen der Heizschicht strukturiert wird. Mittels einer strukturierten Heizschicht kann eine gleichmäßigere Wärmeverteilung des Heizkörpers erreicht werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Darin zeigen schematisch:

Figur 1 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizkörpers; Figur 2 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizkörpers;

Figur 3 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizkörpers;

Figur 4 eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizkörpers.

Bei der nachfolgenden Figurenbeschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Bauteile.

Figur 1 zeigt einen Heizkörper 2 mit einer Trägerschicht 4 und einer auf der Trägerschicht 4 angeordneten Heizschicht 6. Die Heizschicht 6 besteht aus dem gleichen Grundmaterial wie die Trägerschicht 4. Die Heizschicht 6 ist jedoch im Gegensatz zur Trägerschicht 4 elektrisch beheizbar. Die elektrische Leitfähigkeit der Heizschicht 6 ist durch Einbringen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in die Heizschicht erhöht. Aufgrund der Verwendung des gleichen Grundmaterials für die Trägerschicht 4 und die Heizschicht 6 kann der Heizkörper 2 auch für beispielsweise Backöfen mit einer Pyrolysefunktion verwendet werden, wo bei einer Reinigung bis zu 500°Celsius erreicht werden. In diesem Fall bestehen sowohl die Trägerschicht 4 als auch die Heizschicht 6 aus Aluminiumnitrit.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizkörpers. Der in Figur 2 gezeigte Heizkörper 2 weist im Gegensatz zu dem in Figur 1 gezeigten Heizkörper 2 eine zusätzliche Trägerschicht 4 auf, die auf der Heizschicht 6 angeordnet ist. Diese Trägerschicht 4 ist als Gebrauchsoberfläche gebildet und weist eine hohe mechanische Widerstandsfähigkeit, insbesondere eine hohe Kratzfestigkeit und eine hohe chemische Beständigkeit auf. Dadurch kann auf dieser Gebrauchsoberfläche beispielsweise ein Gargutbehälter (nicht gezeigt) abgestellt werden, ohne dass die als Gebrauchsoberfläche gebildete Trägerschicht 4 beschädigt wird.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Heizkörpers 2, welcher aus einer Trägerschicht 4 sowie Abschnitten 6a bis 6g besteht. Die einzelnen Abschnitte 6a bis 6g bilden eine strukturierte leitfähige beheizbare Heizschicht 6. Der in Figur 4 gezeigte Heiz- körper 2 weist im Vergleich zu dem in Figur 3 gezeigten Heizkörper 2 zusätzlich eine auf den einzelnen Abschnitten 6a bis 6g angeordnete Trägerschicht 4 auf. Zwischen den einzelnen Abschnitten 6a bis 6g der Heizschicht 6 ist jeweils eine Isolationsschicht 8 gebildet. Die zwischen den einzelnen Abschnitten 6a bis 6g befindliche Isolationsschicht 8 ist aus dem gleichen Material wie die Trägerschicht 4 gebildet. Analog zu dem in Figur 2 ge- zeigten Heizkörper 2 weist die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform eine als Gebrauchsoberfläche gebildete Trägerschicht 4 auf.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Heizkörper (2) für ein Haushaltsgerät mit mindestens einer aus einem ersten Material gebildeten Trägerschicht (4) und einem auf der Trägerschicht angeordneten Heizele- ment (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement als Heizschicht (6) aus einem zweiten Material gebildet ist, das im Wesentlichen einen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das erste Material aufweist.

2. Heizkörper (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Trä- gerschicht (4) und/oder der Heizschicht (6) ein keramisches Material, insbesondere

Al₂0₃ aufweist.

3. Heizkörper (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit der Heizschicht (6) durch Einbringen eines leitenden Materials in die Heizschicht erhöht ist.

4. Heizkörper (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Material Kohlenstoff, insbesondere Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweist.

5. Heizkörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (6) derart strukturiert ist, dass zwischen einzelnen Abschnitten (6a, 6b, 6c) der Heizschicht (6) eine Isolationsschicht (8) gebildet ist.

6. Heizkörper (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das die Isolationsschicht (8) zumindest teilweise das Material der Trägerschicht und/oder der Heizschicht aufweist.

7. Heizkörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger- (4) und/oder Heizschicht (6) aus einer Folie gebildet sind.

8. Heizkörper (2) nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (4) als Deckschicht, insbesondere als Gebrauchsoberfläche gebildet ist.

9. Heizkörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbund aus Träger- (4) und Heizschicht (6) während eines Herstellungsprozesses, insbesondere während einer Coextrusion oder einem Walzen gebildet ist.

10. Heizkörper (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbund aus Träger- (4) und Heizschicht (6) während eines Brennens, insbesondere während eines Sinterns gebildet ist.

11. Haushaltsgerät, insbesondere Backofen, mit einem Heizkörper (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

12. Verfahren zum Herstellen eines Heizkörpers für ein Haushaltsgerät, aufweisend die Schritte:

-Herstellen mindestens einer Trägerschicht (4) aus einem ersten Material,

- Herstellen einer Heizschicht (6) aus einem zweiten Material, das im Wesentlichen einen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das erste Material aufweist, wobei die elektrische Leitfähigkeit durch Einbringen eines leitenden Materials, insbesondere von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in die Heizschicht erhöht wird,

- Verbinden der Träger- (4) und der Heizschicht (6) durch Coextrusion, Walzen oder Sintern.

13. Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner den Schritt aufweist:

- Strukturieren der Heizschicht (6) nach dem Herstellen der Heizschicht.