DE102016225462A1

DE102016225462A1 - Heizeinrichtung, Kochgerät mit einer Heizeinrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Heizelements

Info

Publication number: DE102016225462A1
Application number: DE102016225462.6A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Wittenhagen
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-06-21
Also published as: US20180176994A1; EP3337291B1; EP3337291A1; ES2831383T3

Abstract

Eine Heizeinrichtung weist ein flächiges Heizelement und eine Halteeinrichtung für das Heizelement auf, wobei das Heizelement entlang eines Außenrandes an der Halteeinrichtung gehalten ist und mit mindestens 70% seiner Fläche innerhalb der Halteeinrichtung frei verläuft. Das Heizelement weist ein Gewebe auf, das zumindest teilweise Heizleitermaterial aufweist. So können Kett-Fäden vorteilhaft aus elektrisch leitfähigem Heizleitermaterial bestehen, und Schuss-Fäden aus Kohlefaser oder Keramikfasern bestehen. Das Heizelement kann mittig unterstützt sein oder mit einer Strukturierung über seine Fläche versehen sein, die es stabilisiert, beispielsweise gewellt sein.

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung mit einem flächigen Heizelement und einer Halteeinrichtung für dieses Heizelement. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kochgerät mit einer solchen Heizeinrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Heizelements, insbesondere für eine solche Heizeinrichtung.
Aus der DE 196 38 640 A1 sind eine solche Heizeinrichtung sowie ein damit versehenes Kochfeld bekannt, wobei ein Heizelement dafür aus Metallfolie herausgetrennt ist mit einem geometrischen Muster. So kann eine gewisse Heizleiterlänge von einzelnen Heizleitern erreicht werden. Des Weiteren kann eine große Abstrahlfläche des Heizelements nach oben hin zu einer Kochfeldplatte und einem aufgestellten Kochgefäß erreicht werden.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Heizeinrichtung, ein eingangs genanntes Kochgerät sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelements zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, Heizelemente für vorteilhaft verwendbare Heizeinrichtungen zuverlässig und kostengünstig herzustellen und einzubauen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, Kochgeräte mit den Merkmalen der Ansprüche 13 oder 14 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelements mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für die Heizeinrichtung, nur für ein Kochgerät oder nur für ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelements beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für eine Heizeinrichtung und für ein Kochgerät als auch für ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelements selbständig und unabhängig voneinander gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Es ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung ein flächiges Heizelement und eine Halteeinrichtung für das Heizelement aufweist. Das Heizelement ist dabei entlang eines Außenrands bzw. seines Außenrands an der Halteeinrichtung gehalten. Mit mindestens 70% seiner Fläche verläuft es frei zwischen der Halteeinrichtung oder innerhalb der Halteeinrichtung, vorteilhaft mit mindestens 85%. Dies bedeutet, dass auf diesem Flächenanteil weder an einer Oberseite noch an einer Unterseite des Heizelements Halteeinrichtungen oder sonstige Haltemittel angreifen oder diese stützen. Dadurch ist eine sehr gute flächige Abstrahlung der Heizleistung des Heizelements möglich.
Erfindungsgemäß ist das Heizelement ein Gitter oder ein Gewebe, das zumindest teilweise aus Heizleitermaterial besteht oder Heizleitermaterial aufweist. Vorteilhaft kann ein solches Gitter aus Gewebe aus dünnen Heizelementabschnitten bestehen, beispielsweise aus Drähten oder Fäden, mit Zwischenflächen oder freien Flächen dazwischen. Die Heizelementabschnitte wiederum können entweder selbst aus Heizleitermaterial bestehen oder mit einem solchen zumindest teilweise beschichtet sein, beispielsweise nur auf einer in eine Richtung weisenden Seite. Alternativ können sie auch ringsum bzw. vollständig mit Heizleitermaterial beschichtet sein bzw. ummantelt sein. Durch die Ausgestaltung als Gitter oder Gewebe kann ein solches Heizelement eine Vielzahl von Zwischenflächen aufweisen zwischen den genannten Heizelementabschnitten bzw. zwischen den Drähten oder Fäden.
Bei einem Gitter können die Zwischenflächen vorteilhaft einen größeren Flächenanteil des gesamten Heizelements aufweisen als dessen Heizelementabschnitte bzw. Drähte. Ein solches Gitter kann auch aus einem flächigen Material herausgestanzt oder herausgeätzt sein, so dass sozusagen eine Gitterform übrig bleibt. Dabei kann die Gesamtfläche der Zwischenflächen größer als die Gesamtfläche der Drähte oder Fäden sein. Vorteilhaft beträgt sie 35 % bis 90 % der gesamten Fläche des Heizelements, besonders vorteilhaft 60 % bis 80 %.
Bei einem Heizelement in Form eines Gewebes, das entweder aus Drähten oder aus Fäden oder aus einer Mischung davon gewebt sein kann, können die Zwischenflächen relativ klein sein. Dann ist die Gesamtfläche der Zwischenflächen oder der freien Flächen kleiner als die Gesamtfläche der Drähte oder Fäden. Vorteilhaft beträgt sie 5 % bis 40 % der gesamten Fläche des Heizelements, besonders vorteilhaft 10 % bis 30 %.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Heizelement mindestens an mehreren Haltepunkten der Halteeinrichtung gehalten. Derartige Haltepunkte können vorteilhaft entlang einer Haltelinie verlaufen, insbesondere sind die Haltepunkte durchgehend als eine Haltelinie oder mehrere Haltelinien vorgesehen.
In Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass in einer Richtung weg von einer Heizrichtung des Heizelements, beispielsweise in Richtung hin zu einer Kochfeldplatte eines Kochfelds, vorteilhaft an einer Unterseite der Heizeinrichtung, ein flächiger Reflektor für das Heizelement vorgesehen ist. Ein solcher Reflektor kann besonders vorteilhaft an der Halteeinrichtung gehalten sein unter dem Heizelement. Er kann metallisch ausgebildet sein, beispielsweise als polierte Metallfläche odgl., um möglichst gut die nach unten abgestrahlte Heizenergie nach oben in Heizrichtung bzw. in Richtung hin zu einer vorgenannten Kochfeldplatte zu reflektieren. Der Reflektor kann eben, gewölbt oder strukturiert sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Halteeinrichtung umlaufend bzw. geschlossen ausgebildet. Dies kann eine Art Ring sein, vorteilhaft mit der vorgenannten Haltelinie bzw. der Menge von Haltepunkten für das Heizelement daran, die seiner Außenkontur entsprechen. Die Form der Heizeinrichtung kann zwar grundsätzlich beliebig sein, beispielsweise auch rund sein. Vorteilhaft ist sie aber rechteckig oder zumindest in der Form eines Parallelogramms. Dadurch können ein weitgehend konstanter Stromfluss und somit eine weitgehend, vorteilhaft vollständig, gleichmäßige Leistungsdichte innerhalb des flächigen Heizelements erreicht werden. So kann beispielsweise ein Strom von einer Seite des Parallelogramms zur gegenüberliegenden Seite fließen.
Vorteilhaft begrenzt die Halteeinrichtung eine seitliche bzw. laterale Ausdehnung der Heizeinrichtung. Innerhalb davon ist das Heizelement angeordnet und verläuft dort flächenmäßig, vorteilhaft geschlossen. Dies bedeutet, dass das Heizelement nur innerhalb der Halteeinrichtung verläuft. So kann die Halteeinrichtung vorteilhaft gleichzeitig auch eine Wärmedämmung bilden, wie dies an sich von Strahlungsheizeinrichtungen und auch der eingangs genannten DE 196 38 640 A1 bekannt ist.
Eine elektrische Kontaktierung an das Heizelement kann auch entlang der Halteeinrichtung oder zumindest entlang der Halteeinrichtung verlaufen oder darin integriert sein. Hierfür kann das Heizelement zwei Anschlusskontaktierungen aufweisen an gegenüberliegenden Außenseiten bzw. Außenkanten. Dies ist natürlich erneut wieder besonders leicht und gut durchführbar bei einem Heizelement in rechteckiger Form. Die Anschlusskontaktierungen können als Kontaktstreifen ausgebildet sein, beispielsweise als dünne Metallstreifen. Die Kontaktstreifen können an Außenkanten angebracht sein und dabei auch eine elektrische Kontaktierung zu dem Heizleitermaterial herstellen. Sie können zur Befestigung um die Außenkanten gefalzt sein und so die Außenkanten zwischen sich einschließen oder mit Randstreifen entlang der Außenseiten verschweißt sein, vorteilhaft beides.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass in einem mittleren Bereich der Heizeinrichtung oder des Heizelements, insbesondere an einem Mittelpunkt, ein Zentral-Halter vorgesehen ist zur Halterung in diesem mittleren Bereich. So kann ein zu starkes Durchhängen eines nicht eigenstabilen Heizelements in dem mittleren Bereich verhindert werden. Alternativ zu einer Halterung an im Wesentlichen einem Punkt kann auch eine linienförmige Halterung an einem solchen Zentral-Halter vorgesehen sein. Diese verläuft insbesondere bei einem rechteckigen oder parallelogrammförmigen Heizelement entlang einer Mittelgeraden, so dass das flächige Heizelement gleichmäßig gehalten bzw. gestützt ist. Ein solcher Zentral-Halter kann mit der sonstigen Halteeinrichtung verbunden sein, beispielsweise mit seinem unteren Ende. So kann eine Art gemeinsame Unterlage vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Heizeinrichtung kann eine mechanische Stabilisierung des Heizelements dadurch bewirkt werden, dass das Heizelement dreidimensional senkrecht oder senkrecht und parallel zu den sich gegenüberliegenden Außenkanten oder Kontaktstreifen strukturiert oder verformt ist. Das Heizelement kann beispielsweise eine gewellte, sinusförmige oder sägezahnförmige Struktur erhalten. Alternativ kann es grabenförmige oder kraterförmige stabilisierende Einprägungen aufweisen, die nicht gerichtet sind bzw. keine Ausrichtung haben wie zuvor genannt. Entsprechende Maßnahmen zur Stabilisierung von freien Flächen sind von Blechen odgl. bekannt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Halteeinrichtung, besonders vorteilhaft auch ein vorbeschriebener Zentral-Halter, auf einer Wärmedämm-Unterlage angeordnet. So kann im Prinzip ein Aufbau ähnlich der eingangs genannten DE 196 38 640 A1 oder einem sonstigen üblichen Strahlungsheizkörper, bei dem ein bandförmiges längliches Heizelement direkt in eine solche Wärmedämm-Unterlage zum Teil eingesteckt ist, realisiert werden.
Weist das Heizelement eine vorgenannte Form eines Gitters oder eines Gewebes auf, so kann es vorteilhaft aus länglichen Heizelementabschnitten bestehen, die sich in unterschiedlichen Richtungen kreuzen bzw. zusammengeführt sind. Ein solches Gewebe besteht auf übliche Art und Weise aus Kett-Fäden und Schuss-Fäden. Dabei ist vorteilhaft ausschließlich eine der beiden Arten von Fäden elektrisch leitfähig für die Heizelementfunktion bzw. weist Heizleitermaterial auf oder besteht aus Heizleitermaterial. Der andere Faden besteht dann aus einem elektrisch isolierenden Material und kann vor allem eine mechanisch stützende Wirkung ausüben. Hierfür eignen sich Keramikfasern, Basaltfasern oder Kohlefasern. Der Vorteil, wenn nur einer der beiden Fäden elektrisch leitfähig ist bzw. die Heizelementfunktion aufweist, liegt darin, dass dann an den Überkreuzungspunkten mit den anderen Fäden keine elektrische Kontaktierung erfolgt und vor allem auch kein Stromfluss. Dieser kann bei einer solchen anliegenden Kontaktierung nicht genau vorherbestimmt werden und wäre zum Teil auch problematisch bei Oberflächenoxidation. Außerdem ist die Einstellung einer bestimmten Verteilung der Stromdichte und somit auch der Leistungsdichte viel einfacher.
Alternativ zu den vorgenannten Fäden, die vorteilhaft jeweils aus einer Vielzahl von Fasern bestehen in gerader oder verzwirnter bzw. verdrillter Form, können auch sogenannte Monofilamente oder Drähte verwendet werden. Derartige Drähte könnten auch zumindest für die Heizelementfunktion aus einem geeigneten Metall bestehen und elektrisch leitfähig sein sowie die Heizelementfunktion erfüllen. Hier bieten sich Metalllegierungen aus beispielsweise Nickel und Chrom oder Eisen, Chrom und Aluminium an.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung könnten auch Drähte in der einen Richtung mit Fäden in der anderen Richtung kombiniert werden. Dabei können wiederum die Drähte vorteilhaft aus Heizleitermaterial bestehen oder ein solches aufweisen für die Heizelementfunktion.
In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Heizelement die Form eines Gitters aufweisen und im Wesentlichen rechtwinklig verlaufende Gitterabschnitte aufweisen. Ein solches Gitter kann quasi aus sich kreuzenden Heizelementabschnitten bestehen, die aber einstückig hergestellt sind, beispielsweise durch Herausstanzen aus einer entsprechenden Folie oder einem dünnen Heizleitermaterial. Dann kann ein solches Heizelement einstückig und einteilig hergestellt sein.
Vorteilhaft kann das Heizelement Heizelementabschnitte und dazwischen verlaufende Durchbrechungen aufweisen als Zwischenflächen. Der Flächenanteil der Durchbrechungen bzw. Zwischenflächen ist vorteilhaft größer als der Flächenanteil der Heizelementabschnitte, besonders vorteilhaft um den Faktor 2 bis 20, insbesondere um den Faktor 5 bis 10. Besteht ein Heizelement aus einem vorgenannten Gewebe, so ist ein deutlich geringerer Faktor vorteilhaft, so kann der Flächenanteil der Zwischenflächen kleiner sein als der Flächenanteil der Heizelementabschnitte.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Heizelement, vorteilhaft an elektrisch leitfähigen Heizelementabschnitten, zumindest teilweise mit einem katalytisch wirksamen Material beschichtet sein. Das ganze Heizelement oder manche Heizelementabschnitte bzw. manche der einzelnen Fäden oder Drähte können zwar auch vollständig aus einem solchen katalytisch wirksamen Material bestehen. Dies bringt aber bezüglich der Wirksamkeit nichts, da ein Katalysator ja auf seiner Oberfläche wirkt, und es wäre wohl auch angesichts der häufig sehr teuren Materialien sehr kostenintensiv. Es ist möglich, dass nicht alle parallelen und nebeneinanderliegenden Heizelementabschnitte bzw. Fäden oder Drähte mit einem solchen katalytisch wirksamen Material beschichtet sind oder dieses aufweisen, sondern nur beispielsweise jeder zweite, jeder dritte oder jeder vierte.
Durch eine solche Katalysatorwirkung direkt am Heizelement können vorteilhafte Anwendungen einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung vor allem dort sein, wo das Heizelement direkt Luft beheizt und nicht nur als Strahlungsheizung dient. So kann vorbeiströmende Luft gereinigt werden.
Ein mögliches erfindungsgemäßes Kochgerät kann in einer Ausgestaltung der Erfindung ein Kochfeld mit einer Kochfeldplatte sein. Unter der Kochfeldplatte ist mindestens eine zuvor beschriebene Heizeinrichtung angeordnet, vorteilhaft mehrere. In diesem Fall kann eine solche Heizeinrichtung im Prinzip wie eine an sich bekannte Strahlungsheizeinrichtung eingesetzt werden und auch betrieben werden. Dabei sollte die Kochfeldplatte für Wärmestrahlung möglichst durchlässig sein, beispielsweise auch aus Glaskeramik bestehen, wie dies allgemein üblich ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass die Halteeinrichtung das Heizelement möglichst flächig an die Unterseite der Kochfeldplatte andrückt, welche dann elektrisch isolierend sein sollte und beispielsweise ebenfalls aus Glaskeramik bestehen kann. Dann kann die Heizeinrichtung bzw. das Heizelement als Kontaktheizung arbeiten und beispielsweise mit Kleinspannung betrieben werden, also 50 V Wechselspannung oder 120 V Gleichspannung. Dabei wird das Heizelement in einem Temperaturbereich von einigen 100 °C betrieben, vorteilhaft 200°C bis 500°C, aber unter den mehr als 1.000 °C, bei denen üblicherweise Strahlungsheizkörper arbeiten.
Ein alternatives Kochgerät gemäß der Erfindung kann ein Backofen sein mit einer Backofenmuffel. An oder in dieser Backofenmuffel ist mindestens eine vorbeschriebene Heizeinrichtung angeordnet. Gemäß einer Möglichkeit kann eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung als Unterhitze-Heizkörper in dem Backofen angeordnet sein und dazu unterhalb eines Bodens der Backofenmuffel montiert werden, wie dies aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist. Üblicherweise werden hier im Stand der Technik sogenannte Rohrheizkörper verwendet. Eine weitere Möglichkeit ist eine Verwendung als Oberhitze-Heizkörper in der Backofenmuffel. Ein solcher Oberhitze-Heizkörper ist üblicherweise frei verlaufend an der Unterseite der Decke der Backofenmuffel montiert und kann auch als Grill betrieben werden, indem er mit Temperaturen von über 700 °C glüht und somit Strahlungswärme erzeugt für das Grillen in der Backofenmuffel. In diesem Fall sollte die Heizeinrichtung ebenfalls für einen Betrieb als Grill geeignet sein.
Bei einer Verwendung in einem Backofen ist die vorbeschriebene Möglichkeit eines zusätzlichen Vorsehens von katalytisch wirksamem Material besonders vorteilhaft. Ein damit versehenes Heizelement kann dann an bzw. in der Backofenmuffel vorgesehen sein, so dass es mit der Luft in der Backofenmuffel in Berührung kommt und diese katalytisch reinigen kann durch katalytische Verbrennung von darin enthaltenen Verunreinigungen bzw. störenden Partikeln. So kann ein solches Heizelement beispielsweise an einem Gebläse eines Heißluftbackofens angeordnet sein, wo normalerweise bei einem Heißluftbackofen ein ringförmig umlaufender Rohrheizkörper verwendet wird.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Heizelements, wie es vor allem in einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung oder einem vorgenannten Kochgerät verwendet werden kann, sieht vor, dass ein Gitter oder Gewebe erzeugt wird, wie es zuvor beschrieben worden ist. Es weist Heizelementabschnitte sowie eine Heizelementfunktion auf und ist flächig ausgebildet. Es kann als Gewebe gewebt werden mit entsprechenden Kett-Fäden und Schuss-Fäden bzw. Kett-Drähten und Schuss-Drähten. Ein solches Material kann entweder bereits in Streifenform hergestellt werden mit einer Breite, wie sie nachher auch für das Heizelement bzw. die Heizeinrichtung gewünscht ist. Alternativ kann es als größere Fläche hergestellt werden und daraus ein Streifen herausgeschnitten werden. Alternativ zu einer solchen Herstellung kann ein entsprechendes Gitter eines Heizelements aus Heizleitermaterial ausgestanzt, ausgeätzt oder ausgelasert werden.
In einem nachfolgenden Schritt wird an einem Streifen der gewünschten Breite des Heizelements in einem Durchlaufverfahren an seinen zwei gegenüberliegenden Außenkanten jeweils ein Kontaktstreifen aus elektrisch leitfähigem Streifenmaterial angebracht. Dazu können die Außenkanten des Streifens des Heizelements in diese Kontaktstreifen eingefalzt werden. Entsprechend elektrisch leitfähiges Streifenmaterial kann beispielsweise ein dünnes Blech aus elektrisch leitfähigem Material sein.
In einem weiteren Schritt werden die Kontaktstreifen mit dem Streifen aus dem Gitter oder dem Gewebe mechanisch und elektrisch verbunden als Verbund. Vorteilhaft erfolgt dies durch Verschweißen. Besonders vorteilhaft erfolgt dieses Verbinden in einem Durchlaufverfahren, wobei sowohl der genannte Streifen des Heizelements als auch das Streifenmaterial für die Kontaktstreifen in großer Länge vorliegen kann und beispielsweise auf Trommeln odgl. aufgewickelt sein kann, von denen es dann abgewickelt wird. Derartige Kontaktstreifen dienen nicht nur zur gleichmäßigen und sicheren elektrischen Kontaktierung, sondern können auch eine gewisse mechanische Festigkeit verleihen. Diese ersetzt zwar noch nicht unbedingt die eingangs genannte Halteeinrichtung, auch wenn dies möglich wäre. Dadurch wird auch eine Handhabung des Heizelements beim Zusammenbau einer Heizeinrichtung erleichtert.
Anschließend wird ein Heizelement als Verbund in einer bestimmten Länge abgelängt von den länglichen Streifen. Dieses Heizelement wird dann eben auf vorbeschriebene Art und Weise in eine Heizeinrichtung eingebaut.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass massive oder litzenartige elektrische Anschlussleitungen an jeweils einen Kontaktstreifen angebracht werden. Dies erfolgt vorteilhaft durch Anschweißen. Möglicherweise können auch Steckkontakte direkt angebracht oder angeschweißt werden, insbesondere Steckkontakt-Fahnen. So können elektrische Anschlussleitungen leicht aufgesteckt werden.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombination 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 beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine starke Vergrößerung eines Gewebes mit Kett-Fäden aus Heizleitermaterial und mit Schuss-Fäden aus elektrisch isolierenden Fasern,
2 eine mögliche Ausgestaltung eines Kochfelds mit einer Heizeinrichtung mit einem Heizelement gemäß der Erfindung,
3 eine schematische Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Heizelements aus einem Gewebe entsprechend 1,
4 eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Heizelements aus einem Gewebe entsprechend 1 mit einer wellenartigen Struktur,
5 und 6 verschiedene Draufsichten auf gitterartige Heizelemente mit breiten Kontaktstreifen an den Seiten,
7 eine schematisch dargestellte Möglichkeit einer gespannten Anordnung eines erfindungsgemäßen Heizelements in einer Heizeinrichtung,
8 eine vereinfachte Darstellung eines Backofens mit Heizeinrichtungen gemäß der Erfindung als Unterhitzeheizkörper und Oberhitzeheizkörper und
9 eine schematische Darstellung eines weiteren Backofens mit einer Heizeinrichtung gemäß der Erfindung samt Katalysatorfunktion an einem Gebläse für eine Heißluftfunktion.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der 1 ist in starker Vergrößerung ein Gewebe 10 dargestellt, welches aus Kett-Fäden und Schuss-Fäden 14 besteht. Beide Fäden sind hier jeweils nicht vollständig gerade verlaufend ausgebildet, wodurch sich ein guter struktureller Zusammenhalt des Gewebes 10 ergibt. Die Kett-Fäden 13 bestehen aus Heizleitermaterial, beispielsweise aus eingangs genannten Legierungen mit Nickel und Chrom oder mit Eisen, Chrom und Aluminium. Vorteilhaft sind die Kett-Fäden 13 als feine Drähte ausgebildet.
Die Schuss-Fäden 14 können zwar grundsätzlich auch eine Heizelementfunktion aufweisen, vorteilhaft sind sie jedoch elektrisch isolierend und vor allem zur Stützung bzw. mechanischen Festigkeit des Gewebes 10 vorgesehen. Sie bestehen aus elektrisch isolierendem und entsprechend mechanisch festem sowie vor allem temperaturfesten Material, vorteilhaft sind es entsprechend der Maximaltemperatur und dem Anwendungsbereich eines Heizelements Keramikfasern, Basaltfasern, Kohlestofffasern oder Aramidfasern. Dabei sind es besonders vorteilhaft Multifilamente.
Eine Stärke bzw. ein Durchmesser der Kett-Fäden und/oder der Schuss-Fäden kann entsprechend nach Anwendung dimensioniert sein, beispielsweise zwischen 0,05 mm und 1 mm liegen, vorteilhaft zwischen 0,1 mm und 0,5 mm.
Die 2 zeigt exemplarisch eine mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung 20 mit einem fertigen Heizelement 11, in welchem ein Gewebe 10 verarbeitet ist, wie es nachfolgend noch ausgeführt wird. Das flächige Heizelement 11 ist an einem außen verlaufenden, vorzugsweise rechteckigen Halterand angeordnet, vorteilhaft eingespannt bzw. in Schlitze gesteckt und darin gehalten. Der Halterand 21 kann, ebenso wie ein Zentral-Halter 23 in der Mitte für das Heizelement 11, aus entsprechend temperaturbeständigem und gut wärmedämmendem Material bestehen, beispielsweise gepresstem Vermiculite oder ähnlichem Material, wie es üblicherweise für Strahlungsheizeinrichtungen in Kochfeldern verwendet wird. Der Halterand 21 und der Zentral-Halter 23 stehen auf einer Dämm-Unterlage 24 auf, die aus demselben Material besteht. Die Teile können unter Umständen sogar zumindest teilweise einstückig miteinander hergestellt sein. Unterhalb des Heizelements 11 verläuft ein Reflektor 26, der auch durch den Zentral-Halter 23 und den Halterand 21 gehalten sein kann. Er kann eben verlaufen oder jeweils leicht gewölbt sein mittels einer Durchhängung, um möglicherweise eine bessere Reflektionswirkung zu erreichen.
Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung 20 ist als Beheizung in ein erfindungsgemäßes Kochfeld 30 eingebaut, wie in der 2 dargestellt ist. Das Kochfeld 30 weist eine Kochfeldplatte 32 auf, unter der bzw. an deren Unterseite gepresst die Heizeinrichtung 20 angeordnet ist. Wie bei an sich sonst bekannten Glaskeramik-Kochfeldern mit Strahlungsheizung darunter wird die von der Heizeinrichtung 20 bzw. dem Heizelement 11 erzeugte Wärme nach oben durch die Kochfeldplatte 32 abgestrahlt in einen darauf aufgestellten Topf. Dies entspricht aber im Wesentlichen einem analogen Ersatz einer beispielsweise vorgenannten Strahlungsheizeinrichtung und muss deswegen nicht näher erläutert werden.
In der 3 ist gezeigt, wie in einer Vorrichtung 34 aus einem Gewebe 10 entsprechend 1 ein fertiges erfindungsgemäßes Heizelement 11 hergestellt wird. Das Gewebe 10 wird in längliche Streifen geschnitten oder liegt in solchen vor und wird in die Vorrichtung 34 eingeführt. Dabei verlaufen die elektrisch isolierenden Schuss-Fäden in Durchlaufrichtung und die Kett-Fäden mit der Heizelementfunktion in einer Richtung quer dazu. An die Außenseiten werden dann möglicherweise bereits teilgefaltete Kontaktstreifen 15a und 15b herangeführt und durch nicht dargestellte Falzmittel aufeinander gefalzt, wobei die Seitenränder des Gewebes 10 in die gefalzten Kontaktstreifen 15a und 15b eingefalzt werden. Die Überlappung kann hier zwischen 2 mm und 20mm betragen, vorteilhaft 5 mm bis 15 mm.
Nach dem Einfalzen sind links eine Rollnaht-Schweißeinrichtung 17a und rechts eine Rollnaht-Schweißeinrichtung 17b vorgesehen. Diese verschweißen das Gewebe 10 bzw. die aus Metall bestehenden Kett-Fäden 13 mit den Kontaktstreifen 15a und 15b, wobei sie unter Umständen auch das Einfalzen übernehmen können. Durch das Verschweißen erfolgt zum einen eine sichere und stabilisierende mechanische Verbindung, zum anderen wird eine elektrische Verbindung hergestellt.
Anschließend werden mittels einer Schneideinrichtung 18 die fertigen gewünschten Heizelemente 11 in der passenden Länge abgeschnitten. Dabei verlaufen die Kett-Fäden mit der Heizelementfunktion von einem Kontaktstreifen 15a zum anderen Kontaktstreifen 15b.
Hier ist schematisch noch dargestellt, wie elektrische Anschlüsse 27 an die Kontaktstreifen 15a und 15b angebracht werden können, beispielsweise als kurze Anschlussdrähte. Dazu können sie angeschweißt werden. Alternativ könnten auch feste Kontaktstecker als Kontaktschuhe oder Flachsteckfahnen angebracht oder angeschweißt werden.
Es ist leicht vorstellbar, dass das Heizelement 11 entsprechend der 3 eine rechteckige Form aufweist, beispielsweise eine quadratische Form. Grundsätzlich wäre auch eine Form eines Parallelogramms möglich, praktische Anwendungen hierfür sind aber eher selten.
Die 4 zeigt exemplarisch eine weitere mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Heizelements 11' ähnlich demjenigen, das am Ende des Verfahrens gem. 3 erhalten wird. Hier ist eine gewellte bzw. grabenartige Struktur in das Heizelement 11' bzw. in das Gewebe 10' aus Kett-Fäden 13' und Schuss-Fäden 14' und vor allem in die seitlichen Kontaktstreifen 15a' und 15b' eingebracht. Diese dient zur Stabilisierung des Heizelements 11' insgesamt, und zwar vor allem des Gewebes 10'. Anstelle der quer zu den Kontaktstreifen 15a' und 15b' verlaufenden Gräben könnten auch schräg verlaufende oder längs verlaufende Gräben oder ähnliche Strukturen eingebracht werden, beispielsweise auch überkreuzte Strukturen nach Art eines bekannten Rautenmusters. Ebenso könnten es mehr und enger angeordnete Gräben sein, so dass eine vorgenannte gewellte Struktur entsteht. Die Gräben 10' könnten auch so abgewandelt sein, dass sie quasi spitz geprägt oder gebogen sind als eine Art vorgenannter Sägezahn. In nochmals weiterer Abwandlung könnten die Strukturen in beide Richtungen eingebracht sein, beispielsweise abwechselnd.
In nochmals weiterer Abwandlung könnten verteilt einzelne kleinere Bereiche eingedrückt sein, beispielsweise als Krater oder Erhebungen.
In der 5 ist in Draufsicht eine Ausgestaltung eines weiteren Heizelements 111 dargestellt, welches als Gitter ausgebildet ist bzw. gitterartig ist. Eine mittig angeordnete Gitterstruktur 110 ersetzt sozusagen das Gewebe 10 der 1 und 3. Ein Streifen entsprechender Breite ist genauso wie auch das Gewebe 10, wie zuvor beschrieben worden ist, zwischen zwei Kontaktstreifen 115a und 115b eingefalzt, verschweißt und somit mechanisch und elektrisch damit verbunden. Das Gitter 110 ist hier durch Ätzen aus dünner Folie eines Heizleitermaterials hergestellt worden. Alternativ könnte es gestanzt oder gelasert sein. Auch hier ist der Stromfluss vom einen Kontaktstreifen 115a zum anderen Kontaktstreifen 115b. Dazu ist das Muster der Struktur in Richtung der Längsrichtung der Kontaktstreifen 115 vorteilhaft regelmäßig, was besonders vorteilhaft ganz allgemein für ein erfindungsgemäßes Heizelement gelten kann.
In der 6 ist eine weitere Ausgestaltung eines Heizelements 211 gemäß der Erfindung dargestellt. Auch dieses ist gitterartig ausgebildet, allerdings mit anderem Gitter als gemäß der 5. Längliche Heizelementabschnitte sind nach Art von Wellen ausgebildet, die durch Stege miteinander verbunden sind. Die Herstellung eines solchen Gitters 210 erfolgt vorteilhaft wie zuvor für das Gitter 110 der 5 beschrieben. Des Weiteren ist dieses Gitter 210 auch auf beschriebene Art und Weise in zwei Kontaktstreifen 215a und 215b eingefalzt zur mechanischen und elektrischen Verbindung.
In der 7 ist eine Abwandlung der Darstellung der 2 gezeigt mit einer Heizeinrichtung 320, die auf spezielle Art und Weise dauerhaft gespannt ist. Im linken Bereich eines Halterandes 321 verläuft vom linken Rand des Heizelements 311 ein elektrischer Anschluss 327 nach unten, der auch für eine Befestigung bewirkt, evtl. zusätzlich zu einer Halterung an dem Halterand 321. Im rechten Bereich verläuft ebenfalls ein elektrischer Anschluss 327 nach unten. An diesem ist aber sozusagen symbolisch ein Spanngewicht 329 angeordnet, das den rechten Anschluss 327 sozusagen nach unten zieht. Durch eine links vom Anschluss 327 angeordnete Feder 328 wird zusätzlich eine gewisse mechanische Spannung als Zug erzeugt, die das Heizelement 311 möglichst glatt zieht. So kann eine möglichst ebene und plane Form des Heizelements 311 erreicht werden.
In der 8 ist als weiteres beispielhaftes erfindungsgemäßes Kochgerät neben einem Kochfeld ein Backofen 36 dargestellt mit einer Backofenmuffel 37 und einer Backofentür 38. Ein Heizelement 11 ist beispielhaft einteilig als Unterhitze-Heizkörper unterhalb der Backofenmuffel 37 vorgesehen, und zwar unterhalb einer Glaskeramikplatte 39, welche wiederum besonders durchlässig ist für Wärmestrahlung wie beim Kochfeld 30 der 2. Die genaue Halteeinrichtung für das Heizelement 11 ist hier nicht dargestellt, kann aber beispielsweise entsprechend der 1 oder 7 sein. Es ist auch zu erkennen, dass dieses untere Heizelement 11 relativ groß sein kann.
Im oberen Bereich der Backofenmuffel 37 bzw. unterhalb einer Muffeldecke ist der Oberhitze-Heizkörper vorgesehen, beispielhaft durch die Kombination zweier schmaler Heizelemente 11.
Sowohl der Heizkörper für die Oberhitze als auch der für die Unterhitze können einteilig ausgeführt sein oder aus einer Anordnung rechteckiger Heizelemente bestehen, die gleiche oder verschiedene Seiten- und Längenmaße haben. So ist es möglich, für eine gleichmäßige Erwärmung oder Bräunung des Koch-, Brat- oder Grillguts sowohl die Oberhitze als auch die Unterhitze partiell unterschiedlich einzustellen.
In der 8 ist für den Backofen 36 aus 8, nur eben der besseren Verständlichkeit wegen getrennt, eine Heißluftfunktion dargestellt. Ein hierfür vorgesehenes Gebläse 41 ist im hinteren Bereich der Backofenmuffel 37 angeordnet. Im Luftweg, vorteilhaft aus thermischen Gründen hinter dem Gebläse, ist ein Heizelement 11 angeordnet, welches die hindurch geblasene bzw. hindurch beförderte Luft aufheizt für die Heißluftfunktion des Backofens 36. Zusätzlich kann das Heizelement 11 hier mit einem katalytisch wirksamen Material zumindest teilweise beschichtet sein, vorteilhaft vollständig beschichtet sein. So kann ein neuartiges direkt beheiztes Katalysatorheizelement für einen Backofen geschaffen werden, wodurch beispielsweise die Umluft in einem solchen Backofen 36 gereinigt werden kann zur Reduzierung von Verunreinigungen und Geruchsbelästigung.
Auch hier ist eine Halteeinrichtung für das Heizelement 11 nicht näher dargestellt, aber leicht vorstellbar. So eignen sich auch wiederum vor allem die beiden Kontaktstreifen 15 an den Seiten dazu, das Heizelement 11 zu befestigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19638640 A1 [0002, 0012, 0016]

Claims

Heizeinrichtung mit einem flächigen Heizelement und einer Halteeinrichtung für das Heizelement, wobei das Heizelement entlang eines Außenrandes an der Halteeinrichtung gehalten ist und mit mindestens 70% seiner Fläche frei verläuft zwischen der Halteeinrichtung oder innerhalb der Halteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement ein Gitter oder ein Gewebe aufweist, das zumindest teilweise Heizleitermaterial aufweist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement mindestens an Haltepunkten der Halteeinrichtung gehalten ist, vorzugsweise an Haltepunkten entlang einer Haltelinie.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement dreidimensional strukturiert oder verformt ist zur mechanischen Stabilisierung, vorzugsweise senkrecht oder senkrecht und parallel zu sich gegenüberliegenden Außenkanten, wobei insbesondere das Heizelement eine gewellte, sinusförmige oder sägezahnförmige Struktur aufweist oder grabenförmige oder kraterförmige stabilisierende Einprägungen aufweist, wobei vorzugsweise die Einprägungen nicht gerichtet sind bzw. keine Ausrichtung haben.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Richtung weg von einer Heizrichtung des Heizelements ein flächiger Reflektor vorgesehen ist, der vorzugsweise an der Halteeinrichtung unter dem Heizelement gehalten ist, wobei insbesondere der Reflektor metallisch ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halteeinrichtung ringartig umlaufend ausgebildet ist, insbesondere geschlossen, vorzugsweise rechteckig, und im Wesentlichen eine laterale Ausdehnung der Heizeinrichtung begrenzt, wobei innerhalb davon das Heizelement angeordnet ist und verläuft.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizelement von der Heizrichtung aus betrachtet rechteckige Form aufweist mit zwei Anschlusskontaktierungen an gegenüberliegenden Außenseiten.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Außenkanten des Heizelements aus dem Gitter oder dem Gewebe mit Kontaktstreifen aus elektrisch leitfähigem Streifenmaterial verbunden sind, vorzugsweise darin eingefalzt sind.
Heizeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Durchlaufverfahren die Kontaktstreifen mit dem Heizelement mechanisch und elektrisch verbunden werden als Verbund, insbesondere verschweißt sind.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter oder das Gewebe des Heizelements Kett-Drähte oder Kett-Fäden und Schuss-Drähte oder Schuss-Fäden aufweist, wobei vorzugsweise ausschließlich die Kett-Drähte oder die Kett-Fäden elektrisch leitfähig sind für die Heizelementfunktion.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement die Form eines Gitters aufweist mit im Wesentlichen rechtwinklig verlaufenden Drähten oder Fäden.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement aus Heizelementabschnitten und dazwischen verlaufenden Zwischenflächen besteht, wobei insbesondere der Flächenanteil der Zwischenflächen größer ist als der Flächenanteil der Heizelementabschnitte, vorzugsweise um den Faktor 2 bis 20, insbesondere um den Faktor 5 bis 10.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement, vorzugsweise elektrisch leitfähige Heizelementabschnitte, zumindest teilweise mit einem katalytisch wirksamen Material beschichtet ist, oder dass Drähte oder Heizelementabschnitte vorgesehen sind, die aus Katalysatormaterial direkt bestehen.
Kochgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es als Kochfeld mit einer Kochfeldplatte ausgebildet ist, unter der mindestens eine Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist.
Kochgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es als Backofen mit einer Backofenmuffel ausgebildet ist, an oder in der mindestens eine Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 angeordnet ist.
Kochgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung als Unterhitze-Heizkörper in dem Backofen angeordnet ist, vorzugsweise unterhalb eines Bodens der Backofenmuffel, und/oder als Oberhitze-Heizkörper in der Backofenmuffel angeordnet ist, vorzugsweise unten an oder in einer Decke der Backofenmuffel.
Kochgerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizelement mit katalytisch wirksamem Material versehen ist und an einer Backofenmuffel vorgesehen ist, insbesondere an einem Gebläse eines Heißluftbackofens.
Verfahren zur Herstellung eines Heizelements, insbesondere für eine Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass - aus einem Gitter oder Gewebe, welches Heizelementabschnitte und Heizelementfunktion aufweist und flächig ausgebildet ist, ein Streifen gebildet wird, - in einem Durchlaufverfahren die beiden gegenüberliegenden Außenkanten des Streifens aus dem Gitter oder dem Gewebe in Kontaktstreifen aus elektrisch leitfähigem Streifenmaterial eingefalzt werden, - in einem Durchlaufverfahren die Kontaktstreifen mit dem Streifen aus dem Gitter oder dem Gewebe mechanisch und elektrisch verbunden werden als Verbund, insbesondere verschweißt werden, - Ablängen des Verbunds als Heizelement in einer bestimmten Länge.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass massive oder litzenartige elektrische Anschlussleitungen an jeweils einen Kontaktstreifen angebracht werden, vorzugsweise angeschweißt werden.