DE19856669A1 - Heizkörper, insbesondere für Küchengeräte - Google Patents
Heizkörper, insbesondere für KüchengeräteInfo
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- H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
- H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
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Abstract
Es wird ein insbesondere als Strahlungsheizkörper für Elektro-Küchenherde verwendbarer Heizkörper (1) beschrieben, der eine Isolierunterlage (2) aus einem mikroporösen, faserfreien oder mit physiologisch unbedenklichen Fasern durchsetzten Wärmedämmmaterial und mindestens einen an der Oberseite der Isolierunterlage befestigten, elektrischen Heizleiter (15) in Form eines aufrechtstehenden, in Längsrichtung gewellten Flachbandes hat. Die Isolierunterlage ist an ihrer Oberseite wellenförmig strukturiert und hat eine dichte Abfolge von parallel zueinander verlaufenden abgerundet V-förmigen erhabenen Abschnitten (10), zwischen denen abgerundete V-förmige Vertiefungen (11) liegen. Der Heizleiter greift mit kleinflächigen Befestigungsabschnitten (20) in die erhabenen Abschnitte ein und wird im Bereich der Vertiefungen frei schwebend über der Isolierunterlage gehalten.
Description
Die Erfindung betrifft einen Heizkörper, insbesondere für
Küchengeräte.
Derartige Heizkörper oder Heizer können insbesondere zur
Beheizung einer Kochstelle verwendet werden. Sie sind vor
zugsweise als Strahlungsheizkörper ausgebildet und bilden
meist eine in sich geschlossene Baueinheit, die als solche an
einem entsprechenden Gerät, beispielsweise in einer Kochmulde
eines Elektroherdes, befestigt werden kann. Gattungsgemäße
Heizkörper haben eine ein- oder mehrteilige Isolierunterlage
und mindestens einen an der Oberseite der Isolierunterlage
befestigten elektrischen Heizleiter. Das Material der Iso
lierunterlage ist zweckmäßig zumindest elektrisch isolierend,
vorzugsweise aber auch thermisch isolierend, so daß Heizener
gie nur in geringem Maße zur Rückseite der Isolierunterlage
abgeleitet wird. Der Heizleiter liegt in Form eines aufrecht
stehenden Flachbandes vor. Darunter ist ein flacher Heizlei
ter mit parallel zueinander verlaufenden Breitseiten und im
Vergleich zu diesen sehr schmalen Schmalseiten zu verstehen,
wobei die Breitseiten quer bzw. geneigt, insbesondere im
wesentlichen senkrecht zu einer durch die Isolierunterlage
definierten, vorzugsweise ebenen Heizfläche ausgerichtet
sind. Flachwiderstände, deren widerstandsaktive Querschnitte
wenigstens teilweise nicht parallel zu der durch die Isolier
unterlage definierten Heizebene, sondern demgegenüber geneigt
bis rechtwinklig liegen, sind unter anderem deshalb vorteil
haft, weil sie auch bei hoher Widerstandsleistung quer zu
ihrer Längsrichtung und etwa parallel zur Heizebene weniger
Raum beanspruchen und daher in höhere Leistungsdichte ange
ordnet und gegen Kriechströme isoliert werden können.
Die Baueinheit aus Isolierunterlage und Heizleiter hat
vorzugsweise eine durchgehende, normalerweise etwa ebene
Flächenausdehnung und kann im Betrieb im wesentlichen über
die gesamte mit Heizleitern versehene Fläche thermische
Energie abgeben, insbesondere abstrahlen.
Ein besonderes Problem dieser Heizkörper stellt sich bei der
Befestigung des aufrechtstehenden Heizleiter-Flachbandes an
bzw. auf der Isolierunterlage. Bei einer Klasse gattungsge
mäßer Heizkörper hat die Isolierunterlage an ihrer Oberseite
eine Profilierung mit erhabenen Abschnitten und Vertiefungen.
Die Vertiefungen sind nutförmig und dienen der Festlegung der
Position eines in die Nut einzusetzenden Heizleiters. Der in
der US-Patentschrift 3 991 289 gezeigte Heizkörper hat eine
Isolierunterlage mit im wesentlichen ebener Oberfläche, in
die eine spiralförmige Nut eingebracht ist. Ein Heizleiter in
Form eines glatten Flachbandes steht aufrecht in der Nut und
ragt mit dem größten Teil seiner Höhe aus der Nut heraus. Der
in der US-Patentschrift 3 612 828 gezeigte Heizkörper hat
ebenfalls eine im wesentlichen ebene Isolierunterlage mit
einer spiralförmigen, relativ breiten Nut, in die ein in
Längsrichtung gewellter Flachband-Heizleiter eingelegt ist.
Die Tiefe der Nut entspricht der Höhe des Heizleiters, so daß
dieser bündig mit den Oberseite der erhabenen Abschnitte
beidseits der Nuten liegt. In beiden Fällen werden die
Heizleiter durch gesonderte Befestigungselemente gegen
Abheben aus der Nut gesichert. Im Aufbau ähnlich ist der in
der europäischen Patentschrift EP 0 612 195 gezeigte Heizkör
per, bei dem kreisbogenförmige Nuten einen Heizleiter in Form
eines aufrecht stehenden, in Längsrichtung gewellten Flach
bandes aufnehmen, um die Position des Heizleiters auf der
Isolierunterlage festzulegen. In den Nuten sind in Längsrich
tung der Nut beabstandete Querstege aus dem Material der
Isolierunterlage vorgesehen, in die der Heizleiter eingreift.
Die Querstege dienen der Befestigung des Heizleiters an der
Isolierunterlage.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 25 51 137 oder der
europäischen Patentanmeldung EP 0 590 315 ist eine andere
Möglichkeit zur Befestigung aufrechtstehender Flachbänder an
Isolierunterlagen gezeigt. Die dort gezeigten, flachbandför
migen Heizleiter haben einstückig mit dem Heizleiter ausge
bildete, in Längsrichtung beabstandete Befestigungsfüße, die
durch einen Stanzvorgang hergestellt werden können und die
zum Eingreifen in eine Isolierunterlage mit ebener Oberfläche
vorgesehen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungs
gemäßgen Heizkörper vorzuschlagen, der auf einfache und
kostengünstige Weise eine sichere Befestigung eines flach
bandförmigen Heizleiters an der Oberseite einer Isolierunter
lage ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Heizkörper mit den
Merkmalen von Anspruch 1.
Erfindungsgemäß ist an der Oberseite der Isolierunterlage
mindestens bereichsweise eine wellenförmige Profilierung mit
erhabenen Abschnitten und Vertiefungen vorgesehen, wobei die
erhabenen Abschnitte und Vertiefungen quer zum generellen
Verlauf des Heizleiters verlaufen und der Heizleiter in die
erhabenen Abschnitte eingreift. Bei einer wellenförmigen
Profilierung dieser Art verlaufen langgestreckte erhabene
Abschnitte, die die "Wellenberge" bilden, und langgestreckte
Vertiefungen, die die zwischen den Wellenbergen liegenden
"Wellentäler" bilden, im wesentlichen parallel zueinander,
vorzugsweise in relativ dichter und/oder gleichmäßiger
Abfolge. Eine wellenartige Verteilung von erhabenen Abschnit
ten und Vertiefungen zumindest in Bereichen, die zur Befesti
gung von Heizleitern vorgesehen sind, bietet eine dichte
Verteilung von Orten zur punktuellen, formschlüssigen Befe
stigung und Sicherung des in die erhabenen Abschnitte ein
greifenden Heizleiters gegen Abheben von der Isolierunter
lage. Die Dichte der Befestigungsstellen wird dabei durch die
Wellenlänge der Wellenstruktur sowie den generellen Verlauf
des Heizleiters relativ dazu bestimmt. Der generelle Verlauf
des Heizleiters an der Oberfläche kann der Ausrichtung der
Wellenstruktur so angepaßt sein, daß eine gewünschte lineare
Dichte von Befestigungsstellen entlang des Heizleiters
geschaffen wird. Hierzu kann der Heizleiter im überwiegenden
Anteil seiner generellen Erstreckung quer, insbesondere im
wesentlichen senkrecht zu den Wellenbergen und Wellentälern
verlaufen, wobei dem Grobverlauf des Heizleiters auf kleine
rer Skala ein welliger Verlauf überlagert sein kann, so daß
einzelne kurze Abschnitte des Flachbandes auch im spitzen
Winkel oder parallel zu Wellentälern oder Wellenbergen
ausgerichtet sein können. Die Wellenstruktur kann beispiels
weise in Trockenpreßtechnik ausschußarm und kostengünstig
erzeugt werden.
Zur Befestigung sind keine gesonderten Befestigungselemente
wie Klammern oder dergleichen erforderlich. Insbesondere ist
es auch nicht notwendig, an dem Heizleiter selbst Befesti
gungsglieder z. B. nach Art der beschriebenen, gestanzten
Befestigungsfüße vorzusehen. Entsprechend zeichnen sich
Weiterbildungen der Erfindung dadurch aus, daß der, vorzugs
weise in Längsrichtung gewellte, Heizleiter in Längsrichtung
einen im wesentlichen konstanten Querschnitt mit parallel
zueinander verlaufenden Breitseiten und durchgängig parallel
zueinander verlaufenden Schmalseiten hat. Derartige Heizlei
ter sind besonders einfach herzustellen, haben entlang ihrer
Länge einen gleichförmigen widerstandsaktiven Querschnitt und
heizen sich daher bei Anlegen einer elektrischen Spannung
sehr gleichmäßig entlang ihrer Länge auf. Die gleichmäßige
Aufheizung fördert auch eine lange Lebensdauer der Heizlei
ter.
Besonders bevorzugt sind folienartig dünne Heizleiter, deren
Dicke vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,1 mm, insbesondere
zwischen 0,04 und 0,08 mm liegen kann, vorzugsweise bei ca.
0,05 mm. Die Breite bzw., bei senkrecht stehendem Flachband
die Höhe, kann z. B. zwischen 1 und 5 mm liegen, beispielswei
se bei etwa 3 mm. Derartig dünne, flache Heizleiter heizen
sich vorteilhaft schnell, z. B. innerhalb weniger als 10 oder
8 oder 5 Sekunden, auf ihre Betriebstemperatur auf, die
insbesondere oberhalb 1200 K oder 1300 K und unterhalb 1600 K
liegen kann. Das Verhältnis der Masse dieser massearmen
Heizleiter zu ihrer Nennleistung kann geringer als
7 × 10-3 Gramm pro Watt [g/W] sein, was die Aufglühzeit
gegenüber massiveren Heizleitern deutlich verkürzt. Als
Material für den Heizleiter hat sich besonders eine FeCrAl-
Legierung bewährt, die einen Aluminiumanteil von mehr als 4%
hat, vorzugsweise von etwa 5%.
Es ist möglich, daß ein Heizleiter auch in den Bereich von
Vertiefungen bzw. Wellentälern insbesondere geringfügig in
das Material der Isolierunterlage eingreift, was eine beson
ders hohe Haltekraft bewirken kann. Vorzugsweise greift
jedoch der Heizleiter ausschließlich in erhabene Abschnitte
ein, so daß er im Bereich der Vertiefungen bzw. Wellentäler
nicht in das Isoliermaterial eindringt, sondern ggf. diesem
gegenüber lateral beweglich ist. Als besonders vorteilhaft
hat es sich erwiesen, wenn im Bereich mindestens eines
Wellentales, vorzugsweise im Bereich aller Täler bzw. Vertie
fungen ein lichter Abstand zwischen einem Boden der Vertie
fung und dem Heizleiter besteht. Ein derartig gehaltener
Heizleiter schwebt im Bereich zwischen den Wellenbergen
oberhalb der Isolierunterlage. In diesem Bereich können
Unterschiede der Wärmeausdehnungen von Heizleiter und Iso
lierunterlage besonders einfach ausgeglichen werden, indem
sich beispielsweise der Heizleiter bei Aufheizung in dem frei
schwebenden Bereich ausdehnt und entsprechend eine Krümmung
ausbildet oder eine vorhandene Krümmung verstärkt. Zudem ist
ein frei schwebender Heizleiterabschnitt bzgl. der erreich
baren Wärmeabstrahlung besonders vorteilhaft.
Die Tiefe der Vertiefungen bzw. Wellentäler, gemessen von
den Oberseiten der sie begrenzenden Erhebungen zu ihren
tiefsten Stellen, kann vorzugsweise etwa in der Größenordnung
der Höhe des Heizleiters liegen, wobei sich generell ein
Verhältnis zwischen Tiefe eines Tales und mittlerer Höhe des
Heizleiters von zwischen 0,2 und 3 als zweckmäßig herausge
stellt hat. Es ist bevorzugt, wenn die Profilierungstiefe
deutlich geringer ist als eine Tiefe eines die Vertiefungen
aufweisenden Isolierkörpers der Isolierunterlage. Damit
bleibt unterhalb der Wellenstruktur noch genügend Isolier
material vorhanden, das einerseits thermisch isoliert und
andererseits zur mechanischen Stabilisierung des die Wellen
struktur aufweisenden Körpers der Isolierunterlage beiträgt.
Beispielsweise kann die mittlere Tiefe der Strukturierung
zwischen einem Achtel und drei Viertel der Dicke der Isolier
unterlage betragen, insbesondere etwa ein Viertel oder ein
Fünftel.
Es ist bevorzugt, wenn der Heizleiter über die Oberseite der
erhabenen Abschnitte hinausragt, vorzugsweise um zwischen 10%
und 80%, insbesondere um etwa 30% seiner Höhe. Damit ist auch
im Bereich der den Heizleiter haltenden erhabenen Abschnitte
bzw. Wellenberge eine ausreichende Abstrahlleistung des
Heizleiters erreichbar, wodurch eine über die gesamte Heiz
ebene nur geringfügig variierende, etwa gleichmäßige Wärme
abgabe der Heizeinheit gefördert wird. Insbesondere bei
Heizleitern für höhere Nennspannungen können diese sehr
schmal und entsprechend flexibel werden. Hier kann es Vortei
le bringen, wenn der Heizleiter über seine gesamte Höhe
derart weit in die Wellenberge eingreift, daß seiner Obersei
te oder Oberkante im wesentlichen bündig mit der Oberseite
der erhabenen Abschnitte abschließt oder sogar darunter
angeordnet ist, was eine vergleichsweise großflächige Veran
kerung in der Isolierunterlage bewirken kann.
Zur Erzielung eines guten Kompromisses zwischen ausreichender
linearer Dichte an Befestigungsstellen einerseits und günsti
ger Wärmeabgabeleistung, insbesondere Abstrahlleistung
andererseits, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt,
wenn ein mittlerer Abstand zwischen aufeinanderfolgenden
erhabenen Abschnitten bzw. Wellenbergen zwischen ca. 1 mm und
ca. 30 mm, insbesondere zwischen ca. 3 mm und ca. 20 mm
liegt. Zweckmäßige mittlere Profiltiefen, also senkrechte
Abstände zwischen den Spitzenbereichen von Wellenbergen und
dem Grund dazwischenliegender Vertiefungen, können zwischen
ca. 1 mm und ca. 10 mm, insbesondere zwischen ca.
2 mm und ca. 6 mm liegen.
Eine zur Befestigung stehender Flachbandheizleiter besonders
gut angepaßte Profilierung zeichnet sich dadurch aus, daß die
Profilierung im gewellten Bereich im Querschnitt im wesent
lichen sinuswellenförmig ist, wobei in Abweichung von einer
mathematischen Sinuswelle im Bereich zwischen abgerundeten
Tälern und abgerundeten Bergen auch im wesentlichen ebene
Flankenabschnitte vorgesehen sein können. Bei entsprechender
Abflachung von Wellentälern und/oder Wellenbergen ist es auch
möglich, der Profilierung einen im wesentlichen trapezwellen
förmigen Querschnitt zu verleihen.
Wenn die erhabenen Abschnitte Wellenflanken bilden, die in
einem mittleren Neigungswinkel von zwischen ca. 30° und 90°,
insbesondere zwischen ca. 40° und ca. 75° gegenüber einer
Ebene der Isolierunterlage geneigt sind, dann bieten solche
Strukturen einerseits einen sicheren Halt für den Heizleiter
und mechanisch stabile Erhebungen, und sie sind andererseits
besonders ausschußarm und kostengünstig herzustellen, weil
durch die Anschrägung der Wellenflanken eine Ausformung der
Isolierunterlage nach Prägen oder andersartigem Strukturieren
der Oberfläche ohne Probleme möglich ist. Auch Wellenstruktu
ren mit im Querschnitt dreiecksförmigen erhabenen Abschnitten
und/oder Vertiefungen, mit rechteckwellenförmigen Profilie
rungen und/oder mit Mischungen verschiedener Wellenformen auf
einer Isolierunterlage sind möglich und können, insbesondere
bei Sonderanfertigung von Heizkörpern, zweckmäßig sein, um
beispielsweise Zonen lokal unterschiedlicher Heizleistungen
zu schaffen.
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 Unterkombinationen bei einer Ausfüh
rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht
sein können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den
Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte
Ausführungsform eines Heizkörpers mit einer
einstückigen Isolierunterlage, die zur Befe
stigung eines stehenden Flachband-Heizleiters
eine sinuswellenförmig strukturierte Oberseite
hat,
Fig. 2 eine gebrochene Draufsicht auf den runden
Heizkörper gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische, vergrößerte Draufsicht
auf einen Bereich des Heizkörpers gemäß Fig. 1
und 2 und
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine andere Ausfüh
rungsform einer Isolierunterlage mit einer
trapezwellenförmig strukturierten Oberseite.
Der in den Fig. 1 bis 3 gezeigte runde Heizkörper 1 hat
eine formstabile, einteilige Isolierunterlage 2 in Form eines
Wärmedämmformteils, das entweder aus einer faserfreien oder
aus einer mit physiologisch unbedenklichen Fasern verstärk
ten, mikroporösen Wärmedämmstoffmasse hergestellt ist. Die
Isolierunterlage wird zum Einbau in einen Glaskeramik-Elek
troherd in ein topfförmiges Halteblech gelegt, das eine
Kochzone einer Kochmulde des Elektroherdes bildet. Das
hochwärmeisolierende, temperaturbeständige Material der
Isolierunterlage hat sowohl gute elektrisch isolierende
Eigenschaften, als auch gute thermische Isoliereigenschaften
und enthält vorzugsweise eine durch Flammenpyrolyse gewonnene
Kieselsäure. Es gibt auch Ausführungsformen mit mehrteiligen
Isolierunterlagen, wobei insbesondere ein unterhalb der
strukturierten Isolierunterlage angeordneter, ggf. aus einem
anderen Material bestehender Trägerkörper vorgesehen sein
kann.
Eine im wesentlichen parallel zum ebenen Boden 3 der Isolier
unterlage verlaufende Oberseite 4 der Isolierunterlage ist im
eingebauten Zustand des Heizkörper beispielsweise der Unter
seite einer Glaskeramikplatte zugewandt. Am Umfang der
Isolierunterlage steht axial ein ringförmig durchgehender
überhöhter Randbereich 5 aus Isolierwerkstoff vor. Auf diesen
wird zur Installation ein gesonderter Isoliermaterialring
gelegt, dessen zur Oberseite 4 des Isolierkörpers parallele
Oberseite beim installierten Heizkörper z. B. an die Untersei
te einer Glaskeramikplatte gedrückt wird. Der bei der gezeig
ten Ausführungsform durch den Randbereich 5 und den (nicht
gezeigten) Isolierring gebildete Rand, der bei anderen
Ausführungsformen auch einstückig mit der Isolierunterlage
ausgebildet sein kann, bildet einerseits einen Abstandhalter
zwischen den mit Heizleitern versehenen Bereichen der Iso
lierunterlage und der Glaskeramikplatte und andererseits eine
wärmedämmende seitliche Begrenzung eines insgesamt etwa
napfförmigen und kreisrunden Heizraums. Im Zentrum des
Isolierkörpers ist ein kegelstumpfförmiger Mittelvorsprung 7
ausgebildet, der zusammen mit dem Rand einen dazwischenlie
genden Ringraum 8 zur Befestigung mindestens eines Heizlei
ters begrenzt.
In den Fig. 1 und 3 ist gut zu erkennen, daß die Oberseite
4 des Isolierkörpers 2 im Bereich des Ringraumes 8 wellenför
mig profiliert ist. Die Profilierung besteht aus einer
regelmäßigen Abfolge parallel zueinander verlaufender,
erhabener Abschnitte 10, zwischen denen Vertiefungen 11
liegen, wobei die Erhebungen und die Vertiefungen im Quer
schnitt die gleiche, abgerundete, V-Form haben und gleich
dimensioniert sind. Die erhabenen Abschnitte 10 bilden
"Wellenberge" und die Vertiefungen 11 "Wellentäler" eines im
Querschnitt (Fig. 1 und 3) im wesentlichen sinuswellenförmi
gen Profils bzw. Reliefs mit einer durch den vertikalen
Abstand zwischen Wellenspitzen und Wellentälern bestimmten
mittleren Profiltiefe von ca. 3 mm und einer durch den
lateralen Abstand benachbarter Wellenberge oder Wellentäler
bestimmten Wellenlänge von ca. 6 mm. Die Profilierungstiefe
beträgt ca. 1/4 bis 1/5 der Gesamtdicke der Isolierunterlage.
Durch die zumindest angenäherte Sinuswellenform mit abgerun
deten Wellenspitzen bzw. Talsohlen mit minimalem Krümmungs
radius von ca. 1 mm ist die Profilierung vollständig kanten
frei und damit gegen mechanische Beschädigung oder Ausbrechen
von Materialstücken beispielsweise bei der Herstellung oder
dem Transport gut geschützt. Durch die in einem mittleren
Neigungswinkel von ca. 60° zur Heizebene bzw. zum Boden 3 der
Isolierunterlage angeschrägten Wellenflanken 12 sind zudem
vorteilhaft große Ausformschrägen von ca. 30° möglich, die
nach Herstellung der Profilierung, beispielsweise durch
Trockenpreßtechnik, eine mühelose Trennung von Preßwerkzeug
und Isolierunterlage ohne Hängenbleiben von Wärmedämmaterial
oder Abbrechen von Profilteilen ermöglicht. In Fig. 2 ist zu
erkennen, daß die geradlinig verlaufenden Vertiefungen und
erhabenen Abschnitte im wesentlichen vollständig den zwischen
Randbereich 5 und Mittelvorsprung 7 gebildeten Ringraum
einnehmen und daß die Erhebungen an ihren Längsenden im
wesentlichen halbkegelförmig auslaufen.
An der Oberseite 4 der Isolierunterlage 2 ist im Bereich des
Ringraumes 8 zwischen Mittelvorsprung 7 und Rand 5 ein
einziger, langgestreckter Heizleiter 15 so befestigt, daß er
gegen Bewegungen parallel zur Isolierunterlage 2 bzw. zu
seiner Längsrichtung und gegen Abhebebewegungen quer zur
Isolierunterlage formschlüssig und/oder kraftschlüssig
gesichert ist. Der als elektrischer Heizwiderstand ausgebil
dete Heizleiter 15 liegt wenigstens teilweise frei innerhalb
des durch die Isolierunterlage, den Rand 5 und den Mittelvor
sprung 7 begrenzten Ringraumes und verläuft bei der gezeigten
Ausführungsform derart mäanderförmig über den profilierten
Bereich der Isolierunterlage, daß jeweils in einem lateralen
Abstand von ca. 10 bis 15 mm parallel zueinander verlaufende,
gerade Mäanderabschnitte 16 im wesentlichen senkrecht zur
Längsrichtung der Wellenberge 10 bzw. Wellentäler 11 verlau
fen und durch 180°-Kehren 14 verbunden sind. Der Heizleiter
15 wird über zwei an seinen nahe beieinander liegenden Enden
angebrachte, durch den Rand 5 nach außen hindurchragende
Anschlußfahnen 17 an die elektrische Versorgung der entspre
chenden Heizeinheit angeschlossen.
Der Heizwiderstand 15 hat über seine gesamte Länge durchge
hend einen im wesentlichen konstanten, rechteckförmigen
Querschnitt mit parallel zueinander verlaufenden Breitseiten
18 und durchgängig parallel zueinander verlaufenden Schmal
seiten 19. Die Breitseiten 18 sind im wesentlichen senkrecht
zur Isolierunterlage ausgerichtet, so daß der Heizleiter 15
auch als aufrechtstehendes Flachband bezeichnet werden kann.
Das Flachband ist aus einer FeCrAl-Legierung mit ca. 5%
Aluminium hergestellt und ist in seiner Längsrichtung gleich
mäßig etwa sinusförmig oder mäanderförmig gewellt. Die
zwischen den Breitseiten 18 gemessene Dicke des mäanderförmig
gewellten Flachbandes liegt bei ca. 0,05 mm, seine mittlere
Breite bzw. Höhe bei ca. 3 mm. Der makroskopisch mäanderför
mige Verlauf des aufrechtstehenden Flachbandes in Verbindung
mit der überlagerten Mäandrierung bzw. Wellung des Flachban
des in sich ermöglicht bezogen auf die mit Heizleiter verse
hene Fläche des Heizkörpers eine hohe Leistungsdichte bei
gleichzeitiger guter Sicherheit gegen Kriechströme zwischen
einzelnen Heizleiterabschnitten.
Der Heizkörper wird hergestellt, indem nach Herstellung der
Isolierunterlage 2 und deren Oberflächenprofilierung der
Heizleiter 15 bis ca. 50% bis 70% seiner Bandbreite in die
Wellenstruktur der erhabenen Abschnitte 10 eingepreßt wird.
Das Material der Isolierunterlage ist nur so geringfügig
faserverstärkt, daß sich der Heizleiter beim Eindrücken
problemlos in die erhabenen Abschnitte einschneidet. Der
Heizleiter wird durch das örtliche Zertrennen des Faserver
bundes bzw. durch die "Widerhaken-Wirkung" der in Einschub
richtung ausgerichteten, beiseitegedrängten Faserenden
besonders gut verankert. Die Wellenberge 10 werden beim
Einpressen je nach lokalem Verlauf des Heizleiterbandes mehr
oder weniger quer zu ihrer Längsrichtung durchtrennt, wobei
in Fig. 3 gestrichelt gezeichnete Befestigungsabschnitte 20
des Heizleiters 15 formschlüssig in das Material der Wellen
berge 10 eingreifen und dort im wesentlichen durch Reibung
gegen Abheben und Längsverschiebung fixiert sind. Durch die
kurzwellige Profilierung der Oberfläche können auf diese
Weise eine Vielzahl relativ nahe beieinanderliegender,
flächenmäßig kleiner Fixierungsstellen bzw. -flächen für den
Heizleiter geschaffen werden. Die durch die Eindrücktiefe und
die Wellenform der Profilierung sowie den lokalen Verlauf des
Flachbandes relativ zu den Wellen bestimmte Fläche der
Befestigungsabschnitte kann so gewählt sein, daß einerseits
eine ausreichende mechanische Fixierung des Heizleiters an
der Isolierunterlage gewährleistet ist und andererseits
möglichst wenig Abstrahlfläche des Heizleiters im Bereich der
Befestigungsabschnitt liegt. Der Heizleiter ragt um minde
stens ein Drittel seiner Höhe über die Oberseite der erhabe
nen Abschnitte hinaus und liegt über wesentliche Teile seiner
Länge völlig frei oberhalb der Isolierunterlage.
Im Bereich der Wellentäler bzw. Vertiefungen 11 wird der nur
zu einem Teil seiner Breite in die Isolierunterlage einge
drückter Heizleiter 15 in einem lichten Abstand 21 oberhalb
des trogförmigen Bodens 22 der Wellentäler gehalten und
schwebt in diesem Bereich frei und ohne Berührungskontakt mit
der Isolierunterlage. Die freischwebenden Bereiche innerhalb
der Vertiefungen können sich durch Vergrößerung oder Verklei
nerung ihrer Krümmung bei Temperaturwechseln anpassen, ohne
daß schädliche Spannungen entstehen. Es ist auch zu bemerken,
daß die innerhalb des Isoliermaterials liegenden Befesti
gungsabschnitte 20 im Vergleich zu den freiliegenden, zur
Heizleistung direkt beitragenden Oberflächenabschnitte
flächenmäßig sehr klein sein können, wodurch der elektrische
Wirkungsgrad, das Verhältnis der eingesetzten elektrischen
Leistung zur direkt zur Heizung verwendbaren thermischen
Leistung, im Vergleich zu größerflächig eingebetteten Heiz
leitern relativ hoch sein kann.
In Fig. 4 ist ein ausschnittsweiser Querschnitt durch eine
andere Ausführungsform einer Isolierunterlage 25 gezeigt,
deren Oberseite 26 eine wellenförmige Strukturierung mit im
Querschnitt trapezförmigen erhabenen Abschnitten 27 und etwa
querschnittsgleich dimensionierten, dazwischen liegenden,
trapezförmigen Vertiefungen 28 aufweist. Die Wellenstruktur
kann bzgl. Wellenlänge und -amplitude im wesentlichen so wie
die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Ausführungsform dimensioniert
sein. Durch die in einem Neigungswinkel von ca. 45° zur
Heizkörperebene geneigten, abschnittsweise im wesentlichen
ebenen Seitenflanken 29 der Erhebungen bzw. Wellentäler ist
ein im Hinblick auf die Entformung sehr günstige Oberflächen
struktur geschaffen, bei der die im Bodenbereich abgeflachten
Vertiefungen sich generell nach oben erweitern und bei der im
Bereich der abgeebneten Plateaus 30 eine gegen mechanische
Beschädigungen besonders stabile Struktur geschaffen ist.
Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform hat
die Oberflächenstruktur im Querschnitt das Aussehen einer
Dreieckswelle, wobei die Dreiecksform ungleichschenklig sein
kann, in der Regel aber gleichschenklig ist. Im Bereich der
Dreieckscheitel an den Wellenspitzen und/oder den Wellen
tälern kann die Form abgerundet sein, um beschädigungsgefähr
dete Kanten zu vermeiden. Auch Profilierungen in Form von
Rechteckwellen mit im Querschnitt quadratischen oder generell
rechteckförmigen Erhebungen sind möglich.
Bei den beispielhaft gezeigten Wellenstrukturen sind sowohl
die Wellenlänge, als auch die Wellenamplitude und die Quer
schnittsform der Wellen im gesamten profilierten im wesent
lichen gleichförmig. Dies ist jedoch keineswegs zwingend. So
ist es beispielsweise möglich, daß die Vertiefungen bzw.
Wellentäler eine andere Querschnittsform haben als die sie
begrenzenden erhabenen Abschnitte oder Wellenberge. Es können
auch in Wellenrichtung, d. h. senkrecht zum Verlauf der Berg-
und Talstruktur unterschiedliche dimensionierte und/oder
geformte Erhebungen einzeln oder gruppenweise aufeinander
folgen. Es kann statt einer regelmäßigen Abfolge von Bergen
und Tälern eine unregelmäßige Folge vorliegen. Eine Wellen
struktur kann sich aus einer Überlagerung mehrerer bzgl.
Wellenform bzw. -gestalt und/oder -Dimensionierung unter
schiedlicher Wellentypen ergeben. Alternativ oder zusätzlich
zu Wellenmustern mit im wesentlichen ebenen Wellenfronten
können auch Profilierungen mit gekrümmten Wellenfronten
vorliegen, beispielsweise ein konzentrisch zum Rand 5 liegen
des Ringwellenmuster geeigneter Wellenform. Die Heizzone kann
auch nebeneinander liegende Bereiche unterschiedlicher
Oberflächenstrukturierung, insbesondere unterschiedlicher
Wellenstruktur aufweisen, wodurch insbesondere eine bereichs
weise Anpassung an ggf. vorliegende unterschiedliche Bedin
gungen im Hinblick auf Wärmeableitung o. dgl. möglich ist.
Einzelne Wellen oder Wellenpakete der Oberflächenstrukturie
rung können zur vorteilhaften Anpassung der Wellenstruktur an
den gewünschten Verlauf des Heizleiters auch im Winkel zu
anderen Wellen oder Wellengruppen angeordnet sein.
Claims (17)
1. Heizkörper, insbesondere für Küchengeräte, mit einer
Isolierunterlage und mindestens einem an der Oberseite
der Isolierunterlage befestigten, elektrischen Heizlei
ter in Form eines aufrechtstehenden Flachbandes, dadurch
gekennzeichnet, daß die Isolierunterlage an ihrer
Oberseite mindestens bereichsweise eine wellenförmige
Profilierung mit erhabenen Abschnitten (10; 27) und
Vertiefungen (11; 28) aufweist, wobei die erhabenen
Abschnitte und die Vertiefungen quer zum generellen
Verlauf des Heizleiters (15) verlaufen und der Heizlei
ter in die erhabenen Abschnitte eingreift.
2. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der, vorzugsweise in seiner Längsrichtung gewellte,
Heizleiter (15) in Längsrichtung einen im wesentlichen
konstanten Querschnitt mit parallel zueinander verlau
fenden Breitseiten (18) und durchgängig parallel zuein
ander verlaufenden Schmalseiten (19) hat.
3. Heizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Heizleiter (15) eine Dicke zwischen ca.
0,02 und ca. 0,1 mm, insbesondere zwischen 0,04 und
0,08 mm, vorzugsweise von ca. 0,05 mm hat und/oder daß
er eine Breite zwischen ca. 1 mm und ca. 5 mm, vorzugs
weise von etwa 3 mm hat.
4. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis von Masse des
Heizleiters (15) zu seiner Nennleistung geringer ist als
ca. 7 × 10-3 Gramm pro Watt [g/W].
5. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (15) aus
einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit einem Alumi
niumanteil von mehr als 4%, vorzugsweise ca. 5% besteht.
6. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (15) aus
schließlich in erhabene Abschnitte (10) eingreift.
7. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Vertiefungen
(11) ein lichter Abstand (21) zwischen einem Boden (22)
einer Vertiefung und dem Heizleiter (15) besteht.
8. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis zwischen der
Tiefe einer Vertiefung (11) und einer mittleren Höhe des
Heizleiters (15) zwischen 0,2 und 3, insbesondere bei
ca. 1 liegt.
9. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (15) über die
Oberseite der erhabenen Abschnitte (10) hinausragt,
vorzugsweise um zwischen 10% und 80% seiner Höhe,
insbesondere um ca. 30% seiner Höhe.
10. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem profilierten
Bereich ein mittlerer Abstand zwischen aufeinanderfol
genden erhabenen Abschnitten (10; 27) zwischen ca. 1 mm
und ca. 30 mm, insbesondere zwischen ca. 3 mm und ca.
20 mm liegt.
11. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem profilierten
Bereich die Profilierung eine mittlere Profilierungstie
fe zwischen ca. 1 mm und ca. 10 mm, insbesondere
zwischen ca. 2 mm und ca. 6 mm hat.
12. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die erhabenen Abschnitte
Wellenflanken (12; 29) bilden, die in einem mittleren
Neigungswinkel von zwischen ca. 30° und ca. 90°, insbe
sondere zwischen ca. 40° und ca. 75°, zu einer Ebene der
Isolierunterlage (2; 25) geneigt sind.
13. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung im Bereich
von Außen- und/oder Innenkanten abgerundet ist.
14. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite mindestens
einen Bereich mit einer Profilierung hat, die im Quer
schnitt im wesentlichen sinuswellenförmig ist.
15. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite mindestens
einen Bereich mit einer Profilierung hat, die im Quer
schnitt im wesentlichen trapezwellenförmig ist.
16. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite einen Bereich
mit einer Profilierung hat, die im Querschnitt im
wesentlichen dreieckswellenförmig ist, insbesondere mit
Abrundungen im Bereich von Dreieckscheiteln.
17. Isolierunterlage für einen Heizkörper, insbesondere
einen Strahlungsheizkörper, mit einer an einer Oberseite
der Isolierunterlage vorgesehenen wellenförmigen Profi
lierung mit erhabenen Abschnitten und Vertiefungen, die
zur Befestigung eines in Form eines aufrechtstehenden
Flachbandes ausgebildeten Heizleiters durch Eingreifen
des Heizleiters in die erhabenen Abschnitte ausgebildet
ist, wobei die Profilierung insbesondere gemäß der
kennzeichnenden Merkmale von mindestens einem der
Ansprüche 10 bis 16 ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998156669 DE19856669A1 (de) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | Heizkörper, insbesondere für Küchengeräte |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998156669 DE19856669A1 (de) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | Heizkörper, insbesondere für Küchengeräte |
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ID=7890426
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DE1998156669 Withdrawn DE19856669A1 (de) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | Heizkörper, insbesondere für Küchengeräte |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19856669A1 (de) |
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1998
- 1998-12-09 DE DE1998156669 patent/DE19856669A1/de not_active Withdrawn
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