DE10355491B4

DE10355491B4 - heater

Info

Publication number: DE10355491B4
Application number: DE2003155491
Authority: DE
Inventors: Thomas Fich Pedersen
Original assignee: Electrolux Home Products Corp NV
Current assignee: Electrolux Home Products Corp NV
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: DE10355491A1

Abstract

Heizvorrichtung, die im Wesentlichen flächenartig ausgebildet ist und eine Anzahl N schleifenförmiger Heizelemente (10) aufweist, die als elektrische Leiterbahnen auf einem Substrat (20) aufgebracht sind, wobei die Heizelemente (10) die gleiche Kontur und verschiedene Größen aufweisen sowie ineinander angeordnet und miteinander seriell verschaltet sind, so dass durch sämtliche Heizelemente (10) ein Strom mit gleicher Stromstärke fließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Heizelemente (10) von einem vorbestimmten Bezugspunkt (12) in einem zentralen Bereich der Heizvorrichtung entlang einer vorbestimmten Richtung (14) durch die Gleichung r(n) = ½Y(N – ½)–α·(n – ½)α gegeben ist, in der n = 1, 2, 3, ..., N die Nummer des jeweiligen Heizelements (10) von innen nach außen ist, Y die Länge des Abschnitts des äußersten Heizelements ist, durch den sich die vorbestimmte Richtung erstreckt, und α ein Parameter ist, der von der Wärmeleitfähigkeit des Substrats (20) abhängt und einen Wert von 0,8 bis 1,0 aufweist, wobei der...Heater, which is substantially planar and has a number N loop-shaped heating elements (10), which are applied as electrical conductor tracks on a substrate (20), wherein the heating elements (10) have the same contour and different sizes and arranged inside each other and each other are serially connected, so that flows through all the heating elements (10) a current with the same current, characterized in that the distance of the heating elements (10) from a predetermined reference point (12) in a central region of the heater along a predetermined direction (14) through the equation r (n) = ½Y (N - ½) -α · (N - ½) α where n = 1, 2, 3, ..., N is the number of the respective heating element (10) from inside to outside, Y is the length of the portion of the outermost heating element through which the predetermined direction extends, and α is a parameter that depends on the thermal conductivity of the substrate (20) and has a value of 0.8 to 1.0, wherein the ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Haushaltsherd gemäß Patentanspruch 9. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.The The invention relates to a heating device according to claim 1. Further the invention relates to a household stove according to claim 9. Finally, concerns the invention a method for manufacturing a heating device according to the generic term of claim 12.

Heizelemente, die flächenartig ausgebildet sind, werden beispielsweise in Haushaltsherden verwendet. Dabei kann die Heizvorrichtung in oder unterhalb der Kochplatte installiert sein. Ebenso kann die flächenartige Heizvorrichtung an der Wand, Oberseite oder Unterseite eines Bratofens oder Backofens angeordnet sein. Solche Heizvorrichtungen bestehen meist aus einer Vielzahl von Heizelementen, die schleifenförmig ausgebildet sind. Die Heizelemente sind nach einem vorbestimmten geometrischen Schema angeordnet. Dabei sind die Heizelemente meist gleichmäßig auf der Fläche der Heizvorrichtung verteilt. Dies hat den Nachteil, dass in der Heizvorrichtung eine heterogene Temperaturverteilung vorherrscht. Dabei treten im zentralen Bereich der Heizvorrichtung besonders hohe Temperaturen auf, während von innen nach außen die Temperatur abnimmt. Diese ungleichmäßige Temperaturverteilung führt beispielsweise dazu, dass Nahrungsmittel ungleichmäßig erwärmt werden. Die hohen Temperaturen in den Heizelementen, die über 400°C betragen können, führen auch dazu, dass der Energieverlust verhältnismäßig hoch ist. Dies führt zu einem ungünstigen Wirkungsgrad für die Heizvorrichtung.heating elements, the area-like are formed, for example, used in household herds. In this case, the heater in or below the hotplate be installed. Likewise, the sheet-like heater on the wall, top or bottom of a roasting oven or oven be arranged. Such heaters usually consist of one Variety of heating elements that are looped. The Heating elements are according to a predetermined geometric scheme arranged. The heating elements are usually evenly on the area the heating device distributed. This has the disadvantage that in the heater a heterogeneous temperature distribution prevails. This occurs in the central area of the heater particularly high temperatures, while from the inside to the outside the temperature decreases. This uneven temperature distribution leads, for example that foods are heated unevenly. The high temperatures in the heating elements that over 400 ° C lead, too to the fact that the energy loss is relatively high. This leads to a unfavorable Efficiency for the heater.

Aus der WO 02/39 020 A2 ist ein Mikrowellenherd bekannt, der eine Heizvorrichtung mit kreisförmigen Heizelementen, deren Abstand von innen nach außen abnimmt, aufweist.From the WO 02/39 020 A2 For example, a microwave oven is known which has a heating device with circular heating elements whose distance decreases from the inside to the outside.

In der US 2002/0040901 A1 ist eine Heizvorrichtung beschrieben, die als Warmhalteplatte verwendet werden kann. Dabei ist eine Vielzahl schleifenförmiger Heizelemente in einer Platte aus einem thermoplastischen Material angeordnet.In the US 2002/0040901 A1 a heating device is described which can be used as a warming plate. In this case, a plurality of loop-shaped heating elements is arranged in a plate made of a thermoplastic material.

In der DE 42 31 341 A1 ist ein elektrisch beheizbares Speisengeschirr beschrieben, das eine flächenartige Heizvorrichtung mit schleifenförmigen Heizelementen aufweist. Dieses Speisengeschirr ermöglicht ein Aufheizen der Speisen während eines Transports oder bei einer Auslieferung. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass eine gleichmäßige Temperaturverteilung über der flächenartigen Heizvorrichtung nicht gewährleistet ist.In the DE 42 31 341 A1 is an electrically heated dinnerware described having a sheet-like heating device with loop-shaped heating elements. This food harness allows the food to be heated during transport or delivery. However, this device has the disadvantage that a uniform temperature distribution over the sheet-like heating device is not guaranteed.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der die Heizelemente so angeordnet sind, dass eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht wird, wobei die konkrete Ausgestaltung der Heizvorrichtung auf einfache Weise bestimmt oder bestimmbar ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen entsprechenden Haushaltsherd bereitzustellen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen der obigen Heizvorrichtung anzugeben.It Object of the invention is a heating device of the aforementioned To provide a type in which the heating elements are arranged so that one possible uniform temperature distribution achieved is, with the specific design of the heater to simple Way determined or determinable. Furthermore, it is the task of Invention to provide a corresponding household stove. Finally is It is an object of the invention to provide a method for producing the above Specify heating device.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Heizvorrichtung durch den Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Hinsichtlich des Haushaltsherds wird diese Aufgabe durch den Gegenstand gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch den Gegenstand gemäß Patentanspruch 12 gelöst.These Task is with respect to the heater by the object according to claim 1 solved. With regard to the household, this task is accomplished by the subject matter according to claim 9 solved. Procedurally the object is achieved by the subject matter of claim 12.

Erfindungsgemäß ist eine Heizvorrichtung vorgesehen, die im Wesentlichen flächenartig ausgebildet ist und eine Anzahl N schleifenförmiger Heizelemente aufweist, die als elektrische Leiterbahnen auf einem Substrat aufgebracht sind, wobei die Heizelemente die gleiche Kontur und verschiedene Größen aufweisen sowie ineinander angeordnet und miteinander seriell verschaltet sind, so dass durch sämtliche Heizelemente ein Strom mit gleicher Stromstärke fließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Heizelemente von einem vorbestimmten Bezugspunkt in einem zentralen Bereich der Heizvorrichtung entlang einer vorbestimmten Richtung durch die Gleichung r(n) = ½Y(N – ½)–α·(n – ½)α gegeben ist, in der n = 1, 2, 3, ..., N die Nummer des jeweiligen Heizelements von innen nach außen ist, Y die Länge des Abschnitts des äußersten Heizelements ist, durch den sich die vorbestimmte Richtung erstreckt, und α ein Parameter ist, der von der Wärmeleitfähigkeit des Substrats abhängt und einen Wert von 0,8 bis 1,0 aufweist, wobei der Wert α = 1,0 einem Substrat mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit entspricht.According to the invention, a heating device is provided, which has a substantially planar design and has a number N loop-shaped heating elements, which are applied as electrical conductor tracks on a substrate, wherein the heating elements have the same contour and different sizes and are arranged inside one another and connected in series with one another in that a current with the same current flows through all the heating elements, characterized in that the distance of the heating elements from a predetermined reference point in a central region of the heating device along a predetermined direction by the equation r (n) = ½Y (N - ½) -α · (N - ½) α where n = 1, 2, 3, ..., N is the number of the respective heating element from inside to outside, Y is the length of the portion of the outermost heating element through which the predetermined direction extends, and α Is parameter, which depends on the thermal conductivity of the substrate and has a value of 0.8 to 1.0, wherein the value α = 1.0 corresponds to a substrate having a high thermal conductivity.

Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die Abstände zwischen den schleifenförmigen Heizelementen optimiert sind, so dass dadurch eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht wird. Gemäß der vorgenannten Gleichung nimmt der Abstand zwischen zwei benachbarten Heizelementen von innen nach außen ab. Die gleichmäßige Temperaturverteilung trägt dazu bei, dass bereits bei niedrigen Temperaturen die gewünschte Leistung erreicht werden kann. Bei Verwendung der Heizvorrichtung in einem Bratofen oder Backofen trägt die Erfindung dazu bei, dass Nahrungsmittel möglichst gleichmäßig erwärmt werden.Of the The core of the invention is that the distances between the loop-shaped heating elements are optimized so that as uniform as possible a temperature distribution is reached. According to the aforementioned Equation takes the distance between two adjacent heating elements from the inside to the outside from. The uniform temperature distribution contributes to that at that, even at low temperatures, the desired performance can be achieved. When using the heater in one Roasting oven or oven carries the invention in that food is heated as evenly as possible.

Der Parameter α ist ein Maß für die Ungleichmäßigkeit in der Anordnung der Heizelemente.Of the Parameter is α a measure of the unevenness in the arrangement of the heating elements.

Beispielsweise beträgt der Parameter α etwa 1, wenn das Substrat eine großflächige Platte ist, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat. Bei üblichen Materialien wird der Wert des Parameters α etwa zwischen 0,8 und 1,0 gewählt.For example, the parameter α is about 1, when the substrate is a large-area plate having a high thermal conductivity. In common materials, the value of the parameter α is chosen to be between about 0.8 and 1.0.

Vorzugsweise ist das Substrat als großflächige Platte ausgebildet.Preferably is the substrate as a large-area plate educated.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass Y die Länge des längsten Abschnitts des äußersten Heizelements ist.Farther it can be provided that Y is the length of the longest section of the outermost Heating element is.

Bei einer alternativen nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Abstand der Heizelemente an einem vorbestimmten Bezugspunkt im zentralen Bereich der Heizvorrichtung entlang einer vorbestimmten Richtung durch die Gleichung r(n) = B + C·ln(n + 1)gegeben ist, wobei n = 1, 2, 3, ..., N die Nummer des jeweiligen Heizelements von innen nach außen ist sowie B und C vorgegebene Parameter sind.In an alternative embodiment not according to the invention, it is provided that the distance of the heating elements at a predetermined reference point in the central region of the heating device along a predetermined direction by the equation r (n) = B + C · ln (n + 1) where n = 1, 2, 3, ..., N is the number of the respective heating element from the inside to the outside and B and C are predetermined parameters.

Durch die Anordnung der Heizelemente gemäß der vorgenannten Gleichung lässt sich ebenfalls eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung erreichen. Die beiden Parameter B und C haben jeweils die Dimension einer räumlichen Länge. Auch in diesem Fall nimmt der Abstand zwischen zwei benachbarten Heizelementen von innen nach außen ab.By the arrangement of the heating elements according to the above equation let yourself also one possible achieve uniform temperature distribution. The two parameters B and C each have the dimension of a spatial Length. Also in this case, the distance between two adjacent increases Heating elements from the inside out.

Gemäß einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Alternative ist vorgesehen, dass der Abstand der Heizelemente von einem vorbestimmten Bezugspunkt im zentralen Bereich der Heizvorrichtung entlang einer vorbestimmten Richtung durch die Gleichung r(n) = D(1 – e–En)gegeben ist, wobei n = 1, 2, 3, ..., N die Nummer des jeweiligen Heizelements von innen nach außen ist sowie D und E vorgegebene Parameter sind.According to a further alternative not according to the invention, it is provided that the distance of the heating elements from a predetermined reference point in the central region of the heating device along a predetermined direction by the equation r (n) = D (1 - e -en ) is given, where n = 1, 2, 3, ..., N is the number of the respective heating element from the inside to the outside and D and E are predetermined parameters.

Auch bei einer Anordnung der Heizelemente gemäß dieser vorgenannten Gleichung lässt sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreichen. Der Parameter D hat die Dimension einer räumlichen Länge, während der Parameter E dimensionslos ist. Auch bei dieser Alternative nimmt der Abstand zwischen zwei benachbarten Heizelementen von innen nach außen ab.Also in an arrangement of the heating elements according to this aforementioned equation leaves one uniform temperature distribution to reach. The parameter D has the dimension of a spatial length while the Parameter E is dimensionless. Even with this alternative takes the distance between two adjacent heating elements from the inside to Outside from.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizelemente als auf das Substrat aufgedruckte elektrische Leiterbahnen ausgebildet sind. Auf diese Weise lassen sich flächenartig ausgebildete Heizvorrichtungen mit geringem konstruktiven Aufwand und somit kostengünstig herstellen. Außerdem handelt es sich dabei um eine mechanisch stabile Konstruktion mit geringem Verschleiß.at the preferred embodiment The invention provides that the heating elements than on the Substrate printed on printed circuit traces are formed. In this way can be areal trained heaters with little design effort and thus cost-effective produce. Furthermore it is a mechanically stable construction with low wear.

Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass die Heizelemente miteinander seriell verschaltet sind. Dies bewirkt, dass durch sämtliche Heizelemente bzw. Leiterbahnen ein Strom mit gleicher Stromstärke fließt, was ebenfalls zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung beiträgt. Die Heizelemente sind derart voneinander beabstandet, dass der elektrische Widerstand der Heizelemente, der wesentlich von der Temperatur abhängt, an allen Stellen der Heizelemente möglichst gleich ist. Die vorgesehene Beabstandung zwischen den Heizelementen bewirkt somit, dass an allen Stellen der Heizelemente gleichmäßig elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird.According to the invention, it is also provided that the heating elements are interconnected in series. This causes, that through all Heating elements or conductors a current with the same current flows, what also to a uniform temperature distribution contributes. The heating elements are spaced apart such that the electrical Resistance of the heating elements, which depends mainly on the temperature, on all points of the heating elements as possible is equal to. The intended spacing between the heating elements Thus, that at all points of the heating elements uniformly electrical Energy in heat energy is converted.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Heizelemente entsprechend der Reihenfolge ihrer Anordnung seriell verschaltet sind. Dadurch wird der schaltungstechnische und herstellungstechnische Aufwand der Heizvorrichtung minimiert.Especially is provided that the heating elements according to the order their arrangement are connected in series. This will be the circuitry and manufacturing expense of the heater minimized.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Kontur des Umfangs des Substrats den schleifenförmigen Konturen der Heizelemente entspricht. Auch dies trägt dazu bei, auf dem gesamten Substrat eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung bereitzustellen. Ist dagegen die Kontur der Heizvorrichtung bzw. des Substrats vorgegeben, werden die Konturen der schleifenförmigen Heizelemente an diese angepasst.Farther it is provided that the contour of the circumference of the substrate the loop-shaped contours the heating elements corresponds. This also contributes to the whole Substrate one as possible uniform temperature distribution provide. If, however, the contour of the heater or given the substrate, the contours of the loop-shaped heating elements adapted to this.

Zur Stromversorgung kann vorgesehen sein, dass auf dem Substrat wenigstens zwei Anschlussklemmen ausgebildet sind, die mit den Heizelementen elektrisch gekoppelt sind. Damit lässt sich ohne weitere Hilfsmittel die elektrische Versorgungsspannung für die Heizvorrichtung unmittelbar an dem Substrat anlegen. Dies trägt zu einer kompakten Bauweise der Vorrichtung bei.to Power supply can be provided that on the substrate at least two terminals are formed, which are connected to the heating elements are electrically coupled. This can be done without further aids the electrical supply voltage for the heater immediately create on the substrate. This carries to a compact design of the device.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstand benachbarter Heizelemente von innen nach außen abnimmt. Damit lässt sich durch die gezielte Anordnung der Heizelemente die Wärmezufuhr derart beeinflussen, dass eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Heizvorrichtung erreicht wird.at the preferred embodiments according to the invention It is envisaged that the distance between adjacent heating elements from the inside decreases to the outside. Leave it by the targeted arrangement of the heating elements, the heat influence so that a uniform temperature distribution the heater is reached.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Haushaltsherd vorgesehen, der wenigstens eine der oben beschriebenen Heizvorrichtungen aufweist. Dabei kann der Haushaltsherd einen Garofen aufweisen, der an der Oberseite, Unterseite, Rückseite und/oder Seitenwand wenigstens eine der oben beschriebenen Heizvorrichtungen aufweist. Auf diese Weise lässt sich auch in einem Garofen die Temperaturverteilung verbessern. Ebenso kann der Haushaltsherd ein Kochfeld aufweisen, das wenigstens eine der oben beschriebenen Heizvorrichtungen aufweist. Bei einem Kochfeld ist es besonders vorteilhaft, wenn eine gleichmäßige Temperaturverteilung vorliegt.According to a further aspect of the invention, a household stove is provided, which has at least one of the above-described heating devices. In this case, the home stove may have a cooking oven, which at the top, bottom, back and / or side wall at least one of Having described above heating devices. In this way, the temperature distribution can be improved in a cooking oven. Likewise, the household stove may have a hob, which has at least one of the above-described heating devices. In a hob, it is particularly advantageous if a uniform temperature distribution is present.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist vorgesehen, dass die Konturen der Heizelemente an die Kontur des Substrats angepasst werden und die Heizelemente ineinander derart angeordnet werden, dass der Abstand der Heizelemente von einem vorbestimmten Bezugspunkt in einem zentralen Bereich der Heizvorrichtung entlang einer vorbestimmten Richtung durch eine Gleichung r(n) = ½Y(N – ½)–α·(n – ½)α gegeben ist, in der n = 1, 2, 3, ..., N die Nummer des jeweiligen Heizelements von innen nach außen ist, Y die Länge des Abschnitts des äußersten Heizelements ist, durch den sich die vorbestimmte Richtung erstreckt, und α ein Parameter ist, der von der Wärmeleitfähigkeit des Substrats abhängt und einen Wert von 0,8 bis 1,0 aufweist, wobei der Wert α = 1,0 einem Substrat mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit entspricht.For the inventive method it is provided that the contours of the heating elements are adapted to the contour of the substrate and the heating elements are arranged in such a way that the distance of the heating elements from a predetermined reference point in a central region of the heater along a predetermined direction by an equation r (n) = ½Y (N - ½) -α · (N - ½) α where n = 1, 2, 3, ..., N is the number of the respective heating element from inside to outside, Y is the length of the portion of the outermost heating element through which the predetermined direction extends, and α Is parameter, which depends on the thermal conductivity of the substrate and has a value of 0.8 to 1.0, wherein the value α = 1.0 corresponds to a substrate having a high thermal conductivity.

Mit diesem Verfahren lässt sich eine Heizvorrichtung herstellen, auf deren Fläche eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht wird. Das beim Stand der Technik übliche Temperaturgefälle wird dadurch kompensiert, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Heizelementen von innen nach außen abnimmt.With this method leaves to produce a heater on the surface of a as even as possible a temperature distribution is reached. The usual in the prior art temperature gradient is compensated by the distance between two adjacent ones Heating elements from the inside out decreases.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Heizvorrichtung vorgesehen ist. Dabei werden die Konturen der schleifenförmigen Heizelemente an die vorgegebene Kontur des Substrats angepasst.Finally, can be provided that the method for producing the above-described heater is provided. The contours of the loop-shaped heating elements adapted to the predetermined contour of the substrate.

Weitere Merkmale, Vorteile und besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in der nachstehenden Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Further Features, advantages and particular embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. Preferred embodiments of Invention will be in the following description of the figures below Reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:

1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung in einem halbfertigen Zustand; 1 a first embodiment of the heating device according to the invention in a semi-finished state;

2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung in einem halbfertigen Zustand; und 2 a second embodiment of the heating device according to the invention in a semi-finished state; and

3 die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung in fertigem Zustand. 3 the first embodiment of the heating device according to the invention in the finished state.

In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung in einem halbfertigen Zustand dargestellt. Die Darstellung im halbfertigen Zustand wurde gewählt, um die Struktur der Heizvorrichtung zu verdeutlichen. Die Heizvorrichtung umfasst ein Substrat 20, das als rechteckiges Flächenstück ausgebildet ist. Das Substrat 20 ist aus einem Material mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit hergestellt. Die Heizvorrichtung umfasst eine Vielzahl von Heizelementen 10, die als elektrische Leiterbahnen auf dem Substrat 20 aufgebracht sind.In 1 a first embodiment of the heating device according to the invention is shown in a semi-finished state. The semi-finished appearance was chosen to illustrate the structure of the heater. The heating device comprises a substrate 20 , which is designed as a rectangular surface piece. The substrate 20 is made of a material with low electrical conductivity. The heater comprises a plurality of heating elements 10 acting as electrical traces on the substrate 20 are applied.

In 1 sind fünf Heizelemente 10 dargestellt. Die Heizelemente 10 sind konzentrisch angeordnet und weisen die gleiche Kontur wie der Umfang des Substrats 20 auf. Im zentralen Bereich der Heizvorrichtung bzw. des Substrats 20 befindet sich ein Bezugspunkt 12, der als Bezugspunkt für die Festlegung der Abstände der einzelnen Heizelemente 10 vorgesehen ist. Vorzugsweise befindet sich der Bezugspunkt 12 auf dem innersten Heizelement 10 oder innerhalb des innersten Heizelements 10. Weiterhin ist zur Bestimmung der Abstände der Heizelemente 10 ein Richtungsvektor 14 vorgesehen, der seinen Ursprung in dem Bezugspunkt 12 hat und sich entlang einer bestimmten Richtung zum Rand des Substrats 20 hin erstreckt.In 1 are five heating elements 10 shown. The heating elements 10 are arranged concentrically and have the same contour as the circumference of the substrate 20 on. In the central area of the heater or the substrate 20 there is a reference point 12 , which serves as a reference point for the determination of the distances of the individual heating elements 10 is provided. Preferably, the reference point is located 12 on the innermost heating element 10 or inside the innermost heating element 10 , Furthermore, to determine the distances of the heating elements 10 a direction vector 14 provided, which has its origin in the reference point 12 has and moves along a certain direction to the edge of the substrate 20 extends.

Der geometrische Verlauf der Heizelemente 10 wird zunächst durch die Kontur des Umfangs des Substrats 20 bestimmt. Dabei erstrecken sich die Abschnitte der Leiterbahn des Heizelements 10 parallel zur jeweils nächstliegenden Kante des Substrats 20. Die Abstände der Heizelemente 10 von dem Bezugspunkt 12 sind an den Schnittpunkten zwischen der Leiterbahn und dem Richtungsvektor 14 gemäß der Gleichung r(n) = K·(n – ½)α festgelegt, wobei n = 1, 2, 3, ..., N die Nummer des jeweiligen Heizelements 10 von innen nach außen ist sowie K und α vorgegebene Parameter sind mit n = ½Y(N – ½)^–α. Der Parameter α weist einen Wert zwischen 0,8 und 1,0 auf. Wenn das Substrat 20 aus einem Material besteht, das eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, dann kann der Wert des Parameters α etwa 1,0 betragen. Der Parameter α ist ein Maß für die Ungleichmäßigkeit des Musters, das von den Heizelementen 10 gebildet ist. Der Parameter A hängt von der Anzahl der Heizelemente 10 und von dem Abstand zwischen dem Bezugspunkt 12 und der Kante des Substrats 20 ab. Zusätzlich kann der Parameter A auch von dem Parameter α abhängen.The geometric course of the heating elements 10 is first determined by the contour of the circumference of the substrate 20 certainly. In this case, the sections of the conductor track of the heating element extend 10 parallel to the respective nearest edge of the substrate 20 , The distances of the heating elements 10 from the reference point 12 are at the intersections between the trace and the direction vector 14 according to the equation r (n) = K · (n - ½) α where n = 1, 2, 3, ..., N is the number of the respective heating element 10 from inside to outside as well as K and α given parameters are with n = ½Y (N - ½) ^-α . The parameter α has a value between 0.8 and 1.0. If the substrate 20 is made of a material having a particularly high thermal conductivity, then the value of the parameter α may be about 1.0. The parameter α is a measure of the unevenness of the pattern produced by the heating elements 10 is formed. The parameter A depends on the number of heating elements 10 and the distance between the reference point 12 and the edge of the substrate 20 from. In addition, the parameter A may also depend on the parameter α.

Bei der in 1 dargestellten halbfertigen Heizvorrichtung ist vorgesehen, dass die einzelnen Heizelemente 10 seriell miteinander verschaltet werden. Dies bewirkt, dass durch sämtliche Heizelemente 10 ein Strom mit gleicher Stromstärke fließt. Dies trägt ebenfalls zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung bei. Die Heizelemente sind so voneinander beabstandet, dass an allen Stellen der Heizelemente gleichmäßig elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird.At the in 1 shown half-finished heater is provided that the individual heating elements 10 be interconnected in series. This causes by all the heating elements 10 a current with the same current flows. This also contributes to a uniform temperature distribution. The heating elements are spaced apart so that uniform electrical energy is converted into thermal energy at all points of the heating elements.

Weiterhin gilt für die Heizvorrichtung die Beziehung L/W = R/RS,wobei L die Gesamtlänge der seriell verschalteten Heizelemente 10, W die Breite der Leiterbahn, R der Gesamtwiderstand aller Heizelemente 10 und R_S der Flächenwiderstand der Leiterbahn sind. Näherungsweise gilt für die Gesamtlänge L ≈ 2·X·N,wobei X die Länge des längsten Abschnitts des äußersten Heizelements ist. Schließlich gilt für die Heizvorrichtung die Beziehung R = U2/P,wobei P die gewünschte Leistung der Heizvorrichtung und U die an der Heizvorrichtung anliegende Spannung ist.Furthermore, the relationship applies to the heater L / W = R / R S . where L is the total length of the serially connected heating elements 10 , W the width of the trace, R the total resistance of all heating elements 10 and R _{S are} the sheet resistance of the trace. Approximately applies to the total length L ≈ 2 × X × N, where X is the length of the longest portion of the outermost heating element. Finally, the relationship applies to the heater R = U 2 / P where P is the desired power of the heater and U is the voltage applied to the heater.

In 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung dargestellt. Um die Geometrie der Heizelemente 10 zu verdeutlichen, ist auch die zweite Ausführungsform im halbfertigen Zustand dargestellt. Das Substrat 30 ist als fünfeckiges Flächenstück ausgebildet. Auf dem Substrat 30 sind sieben konzentrische Heizelemente 10 aufgebracht. Da das Substrat 30 als fünfeckiges Flächenstück ausgebildet ist, weist jedes Heizelement 10 fünf gerade Leitungsabschnitte auf, die jeweils parallel zur nächstliegenden Kante des Substrats 30 sind. Lediglich das innerste Heizelement 10 weist nur vier geradlinige Leiterbahnabschnitte auf, da der fünfte Abschnitt gemäß einer zentrischen Streckung in einen Punkt übergegangen ist. In diesem Punkt befindet sich in dieser konkreten Ausführungsform der Bezugspunkt 12, der als Referenz für die Abstände der Heizelemente 10 auf dem Richtungsvektor 14 dient. Der Richtungsvektor 14 hat seinen Ursprung im Bezugspunkt 12, von dem die Abstände der Heizelemente 10 gemessen werden. Auch für dieses konkrete Beispiel sind die Abstände r der Heizelemente 10 durch eine der Gleichungen (1), (2) oder (3) festgelegt. Auch bei der zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, die sieben Heizelemente 10 seriell miteinander zu verschalten. Dadurch fließt in allen Heizelementen 10 ein Strom mit gleicher Stromstärke, was ebenfalls zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung beiträgt.In 2 a second embodiment of the heating device according to the invention is shown. To the geometry of the heating elements 10 to clarify, the second embodiment is also shown in the half-finished state. The substrate 30 is designed as a pentagonal surface piece. On the substrate 30 are seven concentric heating elements 10 applied. Because the substrate 30 is designed as a pentagonal piece of surface, has each heating element 10 five straight line sections, each parallel to the nearest edge of the substrate 30 are. Only the innermost heating element 10 has only four straight track sections, since the fifth section has transitioned to a point according to a centric stretch. At this point, the reference point is located in this particular embodiment 12 , which serves as a reference for the distances of the heating elements 10 on the direction vector 14 serves. The direction vector 14 has its origin in the reference point 12 , from which the distances of the heating elements 10 be measured. Also for this concrete example are the distances r of the heating elements 10 determined by one of the equations (1), (2) or (3). Also in the second embodiment is provided, the seven heating elements 10 to interconnect serially. As a result, flows in all heating elements 10 a current with the same current, which also contributes to a uniform temperature distribution.

In 3 ist die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung im fertigen Zustand dargestellt. Auf dem rechteckigen Substrat 20 befinden sich fünf Heizelemente 10, die jeweils einen im Wesentlichen rechteckförmigen Verlauf haben. Die fünf Heizelemente 10 sind seriell miteinander verschaltet. Auf dem Substrat 20 sind weiterhin zwei Anschlussklemmen 16 aufgebracht, die mit den Heizelementen 10 elektrisch verbunden sind. Die Anschlussklemmen 16 sind zum Anlegen der vorgenannten Spannung U vorgesehen.In 3 the first embodiment of the heating device according to the invention is shown in the finished state. On the rectangular substrate 20 There are five heating elements 10 , each having a substantially rectangular shape. The five heating elements 10 are interconnected in series. On the substrate 20 are still two terminals 16 Applied to the heating elements 10 are electrically connected. The terminals 16 are provided for applying the aforementioned voltage U.

Es sei darauf hingewiesen, dass die dargestellten Heizvorrichtungen nicht nur für Haushaltsöfen vorgesehen sind, sondern auch auf anderen Einsatzgebieten verwendet werden können, bei denen flächenartige Heizvorrichtungen sinnvoll und zweckmäßig sind.It It should be noted that the heaters shown not only for Home stoves are provided, but also used in other applications can be in which area-like Heating devices are useful and appropriate.

Die Lehre der Erfindung betrifft eigentlich die geometrische Anordnung von schleifenförmigen konzentrischen Elementen, deren Temperatur sich von der Umgebungstemperatur unterscheidet. Aus diesem Grund hat die Erfindung ein sehr breites Anwendungsgebiet. Die erfinderische Idee ist nicht nur auf elektrische Heizvorrichtungen beschränkt, sondern kann auch auf solche Vorrichtungen angewandt werden, die beispielsweise schleifenförmige Warmwasserleitungen aufweisen, die konzentrisch in einer Ebene angeordnet sind. So lässt sich beispielsweise die Erfindung auch auf eine Fußbodenheizung anwenden, die eine Vielzahl von Warmwasserrohren aufweist. Ebenso lässt sich die Erfindung auf einen Sonnenkollektor anwenden, bei dem die Geometrie des Rohrleitungssystems gemäß der Erfindung festgelegt ist. Auch die Anordnung des Rohrleitungssystems für einen Wärmetauscher kann gemäß der Erfindung festgelegt sein.The The teaching of the invention actually relates to the geometric arrangement of loop-shaped concentric elements whose temperature is different from the ambient temperature different. For this reason, the invention has a very broad Field of use. The inventive idea is not just electrical Limited heaters, but can also be applied to such devices that for example loop-shaped Have hot water pipes arranged concentrically in a plane are. So lets For example, the invention also relates to a floor heating Apply, which has a variety of hot water pipes. As well let yourself apply the invention to a solar collector, in which the geometry of the Pipe system according to the invention is fixed. Also, the arrangement of the piping system for a heat exchangers can according to the invention be set.

1010: Heizelementheating element
1212: Bezugspunktreference point
1414: Richtungsvektordirection vector
1616: Anschlussklemmeterminal
2020: Substratsubstratum
3030: Substratsubstratum
rr: Abstand des Heizelements vom Bezugspunktdistance of the heating element from the reference point
nn: Nummer des Heizelementsnumber of the heating element
NN: Anzahl der Heizelementenumber the heating elements
KK: Parameterparameter
AA: Parameterparameter
BB: Parameterparameter
CC: Parameterparameter
DD: Parameterparameter
Ee: Parameterparameter
αα: Parameterparameter
LL: Länge der gesamten LeiterbahnLength of entire track
WW: Breite der Leiterbahnwidth the conductor track
RR: Gesamtwiderstandtotal resistance
R_S R _S: Flächenwiderstand der Leiterbahnsheet resistance the conductor track
PP: Leistung der Heizvorrichtungpower the heater
UU: an der Heizvorrichtung anliegende Spannungat voltage applied to the heater

Claims

Heizvorrichtung, die im Wesentlichen flächenartig ausgebildet ist und eine Anzahl N schleifenförmiger Heizelemente (10) aufweist, die als elektrische Leiterbahnen auf einem Substrat (20) aufgebracht sind, wobei die Heizelemente (10) die gleiche Kontur und verschiedene Größen aufweisen sowie ineinander angeordnet und miteinander seriell verschaltet sind, so dass durch sämtliche Heizelemente (10) ein Strom mit gleicher Stromstärke fließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Heizelemente (10) von einem vorbestimmten Bezugspunkt (12) in einem zentralen Bereich der Heizvorrichtung entlang einer vorbestimmten Richtung (14) durch die Gleichung r(n) = ½Y(N – ½)–α·(n – ½)α gegeben ist, in der n = 1, 2, 3, ..., N die Nummer des jeweiligen Heizelements (10) von innen nach außen ist, Y die Länge des Abschnitts des äußersten Heizelements ist, durch den sich die vorbestimmte Richtung erstreckt, und α ein Parameter ist, der von der Wärmeleitfähigkeit des Substrats (20) abhängt und einen Wert von 0,8 bis 1,0 aufweist, wobei der Wert α = 1,0 einem Substrat (20) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit entspricht.Heating device, which is formed substantially planar and a number N loop-shaped heating elements ( 10 ), which are used as electrical interconnects on a substrate ( 20 ) are applied, wherein the heating elements ( 10 ) have the same contour and different sizes and are arranged in one another and connected in series with each other, so that by all heating elements ( 10 ) flows a current with the same current, characterized in that the distance of the heating elements ( 10 ) from a predetermined reference point ( 12 ) in a central area of the heater along a predetermined direction ( 14 ) by the equation r (n) = ½Y (N - ½) -α · (N - ½) α is given, in the n = 1, 2, 3, ..., N the number of the respective heating element ( 10 ) is from inside to outside, Y is the length of the portion of the outermost heating element through which the predetermined direction extends, and α is a parameter that depends on the thermal conductivity of the substrate ( 20 ) and has a value of 0.8 to 1.0, wherein the value α = 1.0 a substrate ( 20 ) corresponds to a high thermal conductivity.

Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (20) als großflächige Platte ausgebildet ist.Heating device according to claim 1, characterized in that the substrate ( 20 ) is designed as a large-area plate.

Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Y die Länge des längsten Abschnitts des äußersten Heizelements ist.Heating device according to claim 1 or 2, characterized that Y is the length the longest Section of the outermost Heating element is.

Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (10) als auf das Substrat (20) aufgedruckte elektrische Leiterbahnen ausgebildet sind.Heating device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heating elements ( 10 ) than on the substrate ( 20 ) printed on printed circuit traces are formed.

Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (10) entsprechend der Reihenfolge ihrer Anordnung seriell verschaltet sind.Heating device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heating elements ( 10 ) are connected in series according to the order of their arrangement.

Heizvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der schleifenförmigen Heizelemente (10) der Kontur des Umfangs des Substrats (20) entspricht.Heating device according to claim 4 or 5, characterized in that the contour of the loop-shaped heating elements ( 10 ) the contour of the circumference of the substrate ( 20 ) corresponds.

Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (20) wenigstens zwei Anschlussklemmen (16) ausgebildet sind, die mit den Heizelementen (10) elektrisch gekoppelt sind.Heating device according to one of claims 4 to 6, characterized in that on the substrate ( 20 ) at least two terminals ( 16 ) formed with the heating elements ( 10 ) are electrically coupled.

Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand benachbarter Heizelemente (10) von innen nach außen abnimmt.Heating device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the distance between adjacent heating elements ( 10 ) decreases from the inside to the outside.

Haushaltsherd mit wenigstens einer Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Home stove with at least one heater according to one of the claims 1 to 8.

Haushaltsherd nach Anspruch 9 mit einem Garofen, wobei der Garofen an der Oberseite, Unterseite, Rückseite und/oder Seitenwand wenigstens eine Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.Domestic oven according to claim 9 with a cooking oven, the oven being at the top, bottom, back and / or side wall at least one heating device according to one of claims 1 to 8.

Haushaltsherd nach Anspruch 9 oder 10 mit einem Kochfeld, wobei das Kochfeld wenigstens eine Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.Domestic oven according to claim 9 or 10 with a Hob, wherein the hob at least one heater after one of the claims 1 to 8.

Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines flächenartigen Substrats (20); – Anordnen oder Aufbringen einer Anzahl N schleifenförmiger Heizelemente (10) auf dem Substrat, wobei die Heizelemente (10) als elektrische Leiterbahnen ausgebildet sind; und – serielles Verschalten der Heizelemente (10) miteinander, so dass durch sämtliche Heizelemente (10) ein Strom mit gleicher Stromstärke fließen kann; dadurch gekennzeichnet, dass – die Konturen der Heizelemente (10) an die Kontur des Substrats (20) angepasst werden; und – die Heizelemente (10) ineinander derart angeordnet werden, dass der Abstand der Heizelemente (10) von einem vorbestimmten Bezugspunkt (12) in einem zentralen Bereich der Heizvorrichtung entlang einer vorbestimmten Richtung (14) durch eine Gleichung r(n) = ½Y(N – ½)–α·(n – ½)α gegeben ist, in der n = 1, 2, 3, ..., N die Nummer des jeweiligen Heizelements (10) von innen nach außen ist, Y die Länge des Abschnitts des äußersten Heizelements ist, durch den sich die vorbestimmte Richtung erstreckt, und α ein Parameter ist, der von der Wärmeleitfähigkeit des Substrats (20) abhängt und einen Wert von 0,8 bis 1,0 aufweist, wobei der Wert α = 1,0 einem Substrat (20) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit entspricht.Method for producing a heating device, comprising the following steps: - providing a sheet-like substrate ( 20 ); Arranging or applying a number N of loop-shaped heating elements ( 10 ) on the substrate, the heating elements ( 10 ) are formed as electrical conductor tracks; and - serial interconnection of the heating elements ( 10 ) with each other, so that by all heating elements ( 10 ) a current with the same current can flow; characterized in that - the contours of the heating elements ( 10 ) to the contour of the substrate ( 20 ) be adjusted; and - the heating elements ( 10 ) are arranged one inside the other such that the distance of the heating elements ( 10 ) from a predetermined reference point ( 12 ) in a central area of the heater along a predetermined direction ( 14 ) by an equation r (n) = ½Y (N - ½) -α · (N - ½) α is given, in the n = 1, 2, 3, ..., N the number of the respective heating element ( 10 ) is from inside to outside, Y is the length of the portion of the outermost heating element through which the predetermined direction extends, and α is a parameter that depends on the thermal conductivity of the substrate ( 20 ) and has a value of 0.8 to 1.0, wherein the value α = 1.0 a substrate ( 20 ) corresponds to a high thermal conductivity.

Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 vorgesehen ist.Method according to claim 12, characterized in that that the method for producing a heating device after a the claims 1 to 8 is provided.