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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Heizband gemäß Oberbegriff Patentanspruch
1, auf einen Heizer (auch Heizmodul) gemäß Oberbegriff Patentanspruch
12 sowie auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff
Patentanspruch 14.
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Elektrische
Heizer und dabei speziell auch solche zur Verwendung für elektrische
Heizplatten, insbesondere für
Glaskeramikplatten, sind in unterschiedlichsten Ausführungen
bekannt. Bekannt ist es dabei u.a. auch (
EP 0 590 315 ), als elektrisches mit dem
Heizstrom beaufschlagtes Heizelement ein flaches dünnes Heizband
zu verwenden, welches mit Hilfe von angeformten Befestigungslaschen
oder -elementen an einer Oberflächenseite
eines aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Material bestehenden
Trägers
oder Grundkörper
aufrecht stehend, d.h. mit den Ebenen des Bandes senkrecht oder
nahezu senkrecht zur Ebene der Oberflächenseite des Grundkörpers orientiert
an diesem befestigt ist. Das Heizband ist aus einem Ausgangsmaterial, welches
aus einem für
elektrische Heizelemente geeigneten dünnen bandförmigen Metallblech besteht, einstückig mit
den Befestigungselementen so hergestellt, dass diese über eine
gemeinsame Längsseite eines
sich über
die gesamte Heizbandlänge
erstreckenden bandförmigen
Widerstandsabschnitts des Heizbandes wegstehen. Die Herstellung
erfolgt durch entsprechendes Zuschneiden des bandförmigen Ausgangsmaterial
an einer Längsseite
in der Form, dass bei diesem Zuschneiden die Befestigungselemente
erhalten bzw. freigeschnitten werden. Danach erfolgt im bekannten
Fall eine bleibende Profilierung des Heizbandes in der Form, dass
dieses in seiner Längserstreckung
sinusförmig
gewellt ist. Ein Großteil
der im Verlauf des Heizbandes aufeinanderfolgenden Befestigungselemente
befindet sich dann jeweils an wenigsten einem Umkehrbereich dieser
Wellung und weist dadurch ein den Umkehrbereichen entsprechendes
Profil auf.
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Das
bekannte Heizband besitzt erhebliche Nachteile. So sind dessen Befestigungselemente
im Verlauf des Heizbandes in einem relativ großen Abstand voneinander vorgesehen,
um während
des Betriebes des Heizers durch elastische Verformung des Heizbandes
eine Kompensation von Spannungen zu ermöglichen, die sich durch unterschiedliche
Längenausdehnungen
des Materials des Grundkörpers und
des Heizbandes ergeben und die ohne eine solche Kompensation zur
Beschädigung
des Grundkörpers
sowie insbesondere auch zu einem Lösen der Verbindung zwischen
Heizband und Grundkörper führen können.
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Nachteilig
ist bei dem bekannten Heizband weiterhin, dass sich während des
Betriebes des Heizers entlang des Heizbandes aufeinander folgende Abschnitte
unterschiedlicher Temperatur ergeben, was u.a. zu einem sichtbaren
inhomogenen optischen Glühbild
des Heizbandes führt.
Weiterhin bedingen die Bereiche unterschiedlicher Temperatur zusätzliche
Spannungen im Heizband. Ferner tritt bei vorgegebener Heizleistung
an den Bereichen höherer
Temperatur eine erhöhte
Korrosion oder Oxidation auf, so dass insgesamt gesehen die Lebensdauer des
Heizers bzw. Heizmoduls stark beeinträchtigt ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizband aufzuzeigen,
welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere
während
des Betriebes des Heizers ein gleichmäßiges optisches Glühbild gewährleistet,
und zwar bei verbesserter Lebensdauer und bei Minimierung von durch
unterschiedliche thermische Ausdehnung bedingten thermischen Spannungen.
Zur Lösung
dieser Aufgabe ist ein Heizband entsprechend dem Patentanspruch
1 ausgebildet.
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Ein
Heizer oder Heizmodul ist Gegenstand des Patentanspruches 12. Ein
Verfahren zum Herstellen des Heizbandes ist Gegenstand des Patentanspruches
14.
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Das
erfindungsgemäße aus einem
dünnen metallischen
Flachmaterial (Metallblech) hergestellte Heizband ist zick-zag-förmig profiliert,
d.h. um in der Ebene des Flachmaterials liegende und quer oder senkrecht
zum Verlauf des Heizbandes orientierte Achsen vielfach zick-zag-förmig bleibend
abgewinkelt, und zwar mit planen oder im wesentlich planen Schenkelabschnitten
zwischen den Abwinklungen bzw. den Umkehrbereichen der zick-zag-förmigen Profilierung.
Die Materialdicke des metallischen Flachmaterials bzw. des Heizbandes
liegt beispielsweise im Bereich von 0,04mm bis 0,1 mm.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im
Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 in
sehr vereinfachter schematischer Teildarstellung einen Heizer gemäß der Erfindung, zusammen
mit einer über
dem Heizer angeordneten Glas-Keramik-Platte;
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2 in
vergrößerter Darstellung
eine Draufsicht auf eine Teillänge
des Heizbandes des Heizers der 1;
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3 einen
Schnitt durch das Heizbandes entsprechend der Linie I – I der 2;
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4 in
schematischer Darstellung eine Teillänge des Heizbandes der 2 und 3 bei dessen
Herstellung;
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5 in
schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Herstellen des Heizbandes
der 2 und 3.
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Der
in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete elektrische
Heizer besteht in an sich bekannter Weise aus einem napfartigen,
an der Oberseite offenen Grundkörper 2 sowie
aus einem Heizband 3, welches hochkant am Boden 4.1 der
Ausnehmung 4 des Grundkörpers 2 angeordnet
ist, und zwar in einem Verlauf mit einer Vielzahl von Windungen,
so dass sich das Heizband 3 möglichst gleichmäßig über die
gesamte Fläche
des beispielsweise kreisförmigen
Bodens 4.1 erstreckt und während des Betriebes des Heizers 1 über die
wirksame Heizfläche
eine möglichst
gleichmäßige Verteilung
der Heizleistung erreicht ist. An der Oberseite ist der Grundkörper 2 durch
eine das Kochfeld eines Elektroherdes bildende Platte 5 aus
einem hitzebeständigen
elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Glaskeramik
verschlossen.
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Im
Detail besteht der Grundkörper 2 aus
einem inneren, napfförmigen
und die Ausnehmung 4 bildenden Träger oder Grundkörperelement 6,
welches aus einem elektrisch sowie auch thermisch isolierenden Material
mit ausreichend hoher thermischer Festigkeit gefertigt ist, sowie
aus einem äußeren Gehäuse oder
Grundkörperelement 7 aus
Metall, mit welchem das Heizmodul 1 an einer nicht dargestellten
Tragkonstruktion eines Elektroherdes befestigbar ist.
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Das
Heizband 3 ist aus einem für derartige Heizbänder geeigneten
dünnen
metallischen Flachmaterial (Metallblech) so gefertigt, dass dieses
Heizband 3, wie in den 2 und 3 deutlich
dargestellt ist, um Achsen senkrecht zu seiner Längserstreckung zick-zack-förmig bleibend
bzw. rückfederfrei gebogen
bzw. profiliert ist, und zwar mit jeweils im Wesentlichen geradlinig
verlaufenden oder im Wesentlichen planen Bandabschnitten 8 jeweils
zwischen zwei außenliegenden
gerundeten Umkehrbereichen 9 und 10 der zick-zack-förmigen Profilierung.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist das Heizband 3 in der Mitte jedes Schenkelabschnitts 8,
d.h. jeweils mit gleichem Abstand von den angrenzenden Umkehrbereichen 9 und 10 einstückig mit über einen
gemeinsamen Längsrand
oder eine gemeinsame Längskante 11 wegstehenden
laschenartigen Befestigungselementen 12 versehen, von denen
jedes ebenso wie der zugehörige
Schenkelabschnitt 8 plan ausgebildet ist. Das Heizband
bildet somit einen durchgehenden bandartigen Widerstandsabschnitt 13 mit
der Längskante 11 und
einen Befestigungsabschnittbestehend aus einer Vielzahl von Befestigungselementen 12.
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Mit
den Befestigungselementen 12, die ausschließlich an
den Schenkelabschnitte 8 vorgesehen sind, ist das Heizband 3 im
Boden 4.1 hochkant stehend derart befestigt, dass die Ebenen
der Schenkelabschnitte 8 senkrecht oder im Wesentlichen
senkrecht zur Ebene des Bodens 4.1 orientiert sind. Die Befestigungselemente 12 greifen
hierfür
in das Material des Grundkörperelements 6 ein
und sind dort in geeigneter Weise verankert, und zwar derart, dass die
Längskante 11 in
der Ebene des Bodens 4.1 liegt, oder aber dass die Längskante 11 von
der Ebene des Bodens 4.1 geringfügig beabstandet ist, oder aber dass
der Widerstandsabschnitt 13 des Heizbandes 3 entlang
der Längskante 11 geringfügig in das
Material des Grundkörperelementes 6 eingebettet
ist.
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Senkrecht
zum Verlauf des Heizbandes 3 besitzt der Widerstandsabschnitt 13 eine
Breite bzw. Höhe
H und die Befestigungselemente 12 eine Länge L, die
bei der dargestellten Ausführungsform
kleiner ist als die Breite H, auf jeden Fall aber auch deutlich kleiner
ist als die Materialdicke des isolierenden Grundkörperelements 6 im
Bereich des Bodens 4.1. Die Breite B der Befestigungslaschen 12 ist
kleiner als die Länge
des jeweiligen Schenkelabschnitts 8 und beträgt bei der
dargestellten Ausführungsform etwa
ein Drittel der Länge
des zugehörigen
Schenkelabschnitts 8.
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Das
in mehreren Windungen am Boden 4.1 verteilte, zick-zack-förmig profilierte
Heizband 3 ist an seinen beiden Enden mit Anschlusselektroden 14 verbunden, über die
im Betrieb des Heizers der Heizstrom zugeführt wird, und zwar derart,
dass das Heizband 3 in einem sichtbaren Strahlbereich betrieben wird.
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Das
Heizbandes 3 ist über
seine gesamte Länge
gleichmäßig profiliert,
d.h. die Schenkelabschnitte 8 besitzen jeweils gleiche
Länge.
Bevorzugt ist das Heizband 3 weiterhin auch derart am Grundkörper 2 montiert,
dass die in Heizbandlängsrichtung aufeinander
folgenden Befestigungslaschen oder -elemente 12 jeweils
ein und den selben Abstand voneinander aufweisen.
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Durch
die beschriebene Ausbildung des Heizbandes, d.h. durch die zick-zack-förmige Profilierung,
durch die Anordnung der Befestigungselemente 12 jeweils
in der Mitte eines Schenkelabschnittes 8 sowie ausschließlich an
diesen Schenkelabschnitten 8, und durch die flache und
relativ schmale Ausbildung der Befestigungselemente 12, auch
im Vergleich zur Höhe
H des Widerstandsabschnittes 13 ist erreicht, dass sich
beim Einschalten und Abschalten des Heizers 1 sowie auch
während des
Betriebes des Heizers eine gleichmäßige Temperaturverteilung entlang
des Heizbandes 3 sowie insbesondere auch ein gleichmäßiges, homogenes optisches
Glühbild
ergeben, und zwar ohne optisch wahrnehmbare Helligkeitsunterschiede
innerhalb der Schenkelabschnitte 8 und der angrenzenden
Umkehrbereiche 9 und 10.
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Diese
gleichmäßige Temperaturverteilung
ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass
die Befestigungselemente 12 nicht willkürlich am Heizband 3 verteilt
vorgesehen sind, sondern jeweils exakt in der Mitte des jeweiligen
Schenkelabschnittes 8, und dass die Befestigungselemente 12 relativ
schmal ausgebildet sind, insbesondere auch im Vergleich zur Höhe H des
Widerstandsabschnittes 13. Allein schon durch die schmale
Ausbildung der Befestigungslaschen 12 ergibt sich keine
merkliche Änderung
des Widerstandswertes oder des Widerstandsverlaufs entlang des Heizbandes 3 sowie
keine merkliche Wärmeableitung
vom Widerstandsbereich 13 an das Grundkörperelement 6. Durch
die Anordnung der Befestigungselemente 12 jeweils in der
Mitte jedes Schenkelabschnitts 8 und damit in der Mitte
des zick-zack-förmigen
Heizbandes 3 werden eventuelle noch geringfügige Wärmeverluste,
die an den Befestigungselementen 12 auftreten, von außen her,
d.h. von den Umkehrbereichen 9 und 10 her voll
ausgeglichen, so dass sich der erwähnte konstante Temperaturverlauf
sowie insbesondere auch das erwähnte, homogene
optische Glühbild
ergeben.
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Da
das Heizband 3 an jedem Schenkelabschnitt 8 mit
einem Befestigungselement 12 am Grundkörper 2 gehalten ist,
ist eine zuverlässige
Verankerung des Heizbandes 3 am Grundkörper gewährleistet, d.h. eine hohe Verbindungsfestigkeit
zwischen Heizband 3 und Grundkörper 2 gegeben. Durch
die gleichmäßige Temperaturverteilung
entlang des Heizbandes 3 und durch die Vermeidung von heißen und
kalten Bereichen sind weiterhin thermisch bedingte Spannungen innerhalb
des Heizbandes vermieden und damit u.a. auch die Gefahr von Korrosionen
oder Oxidationen an besonders heißen Bereichen des Heizbandes,
so dass durch die erfindungsgemäße Ausbildung
die Lebensdauer des Heizmoduls 1 wesentlich erhöht wird.
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Die
für das
Heizband 3 und den Grundkörpern 2 bzw. das Grundkörperelement 6 verwendeten Materialien
weisen stark unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf, so dass es bei der während
des Betriebes des Heizers 1 herrschenden relativ hohen
Temperatur zu unterschiedlichen Längenausdehnungen zwischen Grundkörper 2 und Heizband 3 kommt,
die (Längenausdehnungen)
aber durch die Zick-Zack-Form des Heizbandes 3 und durch
die Anordnung der Befestigungselemente 12 jeweils nur in
der Mitte der Schenkelabschnitte 8 problemlos und ohne
einen maßgeblichen
Anstieg mechanischer Spannungen bereits durch eine geringfügige elastische
Verformung in den ausgerundeten Umkehrbereichen 9 und 10 ausgeglichen
werden können.
Thermisch bedingte Spannungen, die zu einer Schädigung des Grundkörpers 2 sowie
insbesondere auch zu einem Loslösen
des Heizbandes 3 vom Grundkörper 2 führen könnten, sind
somit wirksam vermieden.
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Wie
vorstehend ausgeführt,
ist wesentlich bei der Erfindung, dass die Befestigungselemente 12 nicht
willkürlich
verteilt am Heizband 3 vorgesehen sind, sondern jeweils
ausschließlich
an den planen oder im Wesentlichen planen Schenkelabschnitten 8 und
damit ebenfalls plan oder im Wesentlichen plan ausgebildet sind.
Dies lässt
sich beispielsweise mit der in den 3 und 4 schematisch
dargestellten Herstellungsmethode des Heizbandes 3 erreichen.
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Für die Herstellung
des Heizbandes 3 wird demnach ein metallisches dünnes bandförmiges Flach-
oder Ausgangsmaterial 15 (Metallblech) verwendet, welches
eine Breite aufweist, die gleich der Summe aus H und L ist, und
welches bei der Herstellung z.B. kontinuierlich von einem Vorrat
bzw. einer Rolle abgezogen und in einer ersten Bearbeitungsstation 16 profiliert
wird. Die Arbeitsstation 16 besteht im Wesentlichen aus
zwei gegenläufig
angetriebenen, zahnradähnlichen
Profilierrädern 17 und 18,
die im Bereich ihrer ineinandergreifenden Zähne bzw. Zahnzwischenräume einen
Arbeits- oder Profilierspalt bilden, durch den das bandförmige Ausgangsmaterial 15 hindurchgeführt ist,
so dass es dann in Förderrichtung
A nach der Arbeitsstation 16 die über die gesamte Länge des
Heizbandes gleichförmige
zick-zack-förmige
Profilierung aufweist.
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In
einer in Förderrichtung
A auf die Arbeitsstation 16 folgenden Arbeitsstation 19 erfolgt
das Freistanzen oder Freischneiden der Befestigungselemente 12 aus
dem bandförmigen
Ausgangsmaterial 15. Hierfür weist die Arbeitsstation 19 wiederum
zwei zahnradartig ausgebildete Räder
oder Walzen 20 und 21 auf, die mit ihren Zähnen und
Zahnzwischenräumen
ineinandergreifend einen Führungs-
und Ausrichtspalt bilden, durch den das profilierte Ausgangsmaterial 15 bezüglich seiner
Profilierung ausgerichtet hindurchgeführt ist. Die Räder 20 und 21 bilden
gleichzeitig die Schneidwerkzeuge zum Freischneiden oder Freistanzen
der Befestigungselemente 12.
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Da
das Ausgangsflachmaterials 15 mit seiner Profilierung relativ
zu der Drehstellung der Räder 20 und 21 exakt
ausgerichtet ist, ist es auch möglich, mit
den an diesen Rädern
vorgesehenen Schneidwerkzeugen oder Schneiden die Befestigungselemente 12 aus
dem Ausgangsflachmaterial 15 auszuschneiden, und zwar jeweils
exakt in der Mitte eines Schenkelabschnittes 8.
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Durch
eine nicht dargestellte Messeinrichtung kann kontinuierlich der
relative Widerstand je Längeneinheit
des Ausgangsflachmaterials 15 ermittelt werden, und zwar
beispielsweise durch Messen des elektrischen Widerstandswertes zwischen
zwei in Längsrichtung
des Ausgangsflachmaterials 15 voneinander beabstandeten
Bereichen. Der gemessene Widerstandswert wird mit einem in einer
Mess- und Steuerelektronik abgelegten Sollwert verglichen, so dass
dann beim Freischneiden der Befestigungselemente 12 in
der Arbeitsstation 19 die Breite bzw. Höhe H des Widerstandsabschnittes 13 derart
variiert werden, dass sich für
den Widerstandsabschnitt 13 der erforderliche Widerstandswert
je Längeneinheit
ergibt, und zwar unter Beibehaltung der gleichförmigen zick-zack-förmigen Profilierung.
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Die
Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind,
ohne dass dadurch der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke
verlassen wird.
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- 1
- Heizer
oder Heizmodul
- 2
- Grundkörper
- 3
- Heizband
- 4
- Ausnehmung
oder Öffnung
im Grundkörper 2
- 4.1
- Boden
- 5
- Platte
- 6,
7
- Grundkörperelement
- 8
- Schenkelabschnitt
- 9,
10
- Umkehrbereich
- 11
- Längskante
- 12
- Befestigungselement
oder Befestigungslasche
- 13
- Widerstandsabschnitt
- 14
- Anschlusselektrode
- 15
- bandförmiges Ausgangsmaterial
- 16
- Arbeitsstation
- 17,
18
- Profilierräder oder
Walze
- 19
- Arbeitsstation
- 20,
21
- Führungs-
und Ausrichtrad mit Schneid- oder Stanzwerkzeug