DE2729929C3 - Strahlungs-Heizeinheit für Glaskeramik-Elektrokochgeräte - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Strahlungs=Heizeinheit für Glaskeramik-Elektrokochgeräte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 23 39 768 ist eine derartige Strahlungs-Heizeinheit bekannt geworden, bei der auf einer dünnen Trägerplatte Heizwendeln spiralförmig angeordnet sind. Die Trägerplatte liegt in einer aus relativ dickwandigem Isoliermaterial bestehenden Schale, die ihrerseits in einer Blech-Trägerschale angeordnet ist Die Befestigung der Heizwendeln erfolgt durch haarnadelartige Klammern 19, die in Abständen durch die Trägerplatte in die Isolierschale hineingesteckt sind. Diese Anbringung ist sehr arbeitsaufwendig und auch nicht sehr sicher. Beim Arbeiten der Heizwendeln während ihrer Erwärmung und Abkühlung körnen sich die Klammern aus dem Isoliermaterial hinausziehen. Es ist auch sehr leicht möglicL, daß die Spiralen sich in radialer Richtung bewegen und in Berührung miteinander kommen, wodurch Teil-Kurzschlüsse entstehen. Außerdem muß durch eine übermäßige Dicke des Isolierkörpers dafür gesorgt werden, daß die Haarnadeln auf keinen Fall bis zur Trägerschale durchgedrückt werden, wodurch ein gefährlicher Kurzschluß entstehen könnte.

Des weiteren ist aus der US-PS 3612 828 eine Heizeinheit bekannt geworden, bei der in einer Trägerschale ein ziemlich massiver Block aus Isoliermaterial liegt und auf diesem ein ebenfalls sehr massiver Isolieiträger mit einem hochstehenden Rand und einer hochstehenden Mittelzone. Es ist ein Ringbereich ausgespart der einen relativ flachen Strahlungsraum bildet An dessen Boden ist in einer in Form einer Spirale verlaufenden Rille ein Heizwidersund eingelegt und zwar in Form von mäanderförmig gebogenen Heizbändern. Der Heizwiderstand ist in den Rillen dadurch festgelegt daß in bestimmten Abständen Metallklammern über den Heizwiderstand greifen, deren Schenkel den Isolierträger durchlaufen und an der dem Heizwiderstand abgewendeten Seite am Isolierträger mit hochtemperaturfestem Klebstoff bzw. Kitt angeklebt sind.

Aus der DE-OS 21 65 569 ist ein Elektrokochgerät mit einer Glaskeramikplatte bekannt geworden, dessen Heizeinheit auf einem Blechträger radial verlaufende Isolierstege besitzt die die spiralförmig angeordnete Heizwendel relativ dicht unterhalb der Glaskeramikplatte in Ausnehmungen führen. Der Blechträger befindet sich in einer Trägerschale und ist mit federndem Isoliermaterial unterlegt Das Isoliermaterial drückt dabei die Isolierstege gegen die Glaskeramikplatte. Die Heizwendeln neigen, insbesondere, wenn infolge hoher Betriebsspannung die Drahtstärke gering ist dazu, bei starker Erwärmung durchzuhängen und besitzen dabei zwischen den Isolierstegen zusätzliche Zwischenabstützungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strahlungs-Heizeinheit der im Oberbegriff des Anspruchs 1 erwähnten Art zu schaffen, bei der die Heizwendeln mit geringem Arbeitsaufwand sicher an dem Isolierträger festlegbar sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst, wobei in den Unteransprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung offenbart sind.

Die Heizwiderstände, die entweder auf der Oberfläche des Isolierträgers aufliegen oder wenig über seiner Oberfläche verlaufen, sind also trotz ihrer guten und wenig arbeitsaufwendigen Festlegung auf den Isolierträgern nur sehr wenig in ihrer Wirmeabstrahlung behindert. Ihre Befestigungspunkte liegen, in bezug auf die Heizwendeln gesehen, in Längsrichtung im Abstand voneinander und umfassen dabei auch nur einen Teil des Umfangs der Heizwendeln. Die Festlegung der Heizwendeln geschieht auf dem Isolierträger selbst, so daß dieser gesondert montiert, gehandhabt und im Reparaturfalle ausgetauscht werden kann, ohne daß

Gvtl vorgesehene weitere Isolierteile mit beeinträchtigt werden.

Vorzugsweise sind die Heizwiderstände Drahtwendel, die im Bereich der Erhebungen etwa bis zur Hälfte eingebettet sind. Dabei bleibt jedoch vorteilhaft die Mitte der Drahtwendeln von der Einbettung weitgehend frei. Die Masse, aus der der Isolierträger besteht, dringt zwischen den einzelnen Windungen der Wendeln nur schlecht durch und umschließt weitgehend nur die Drähte und hält sie fest, ohne jedoch den Kern der ι ο Wendel vollständig zu füllen.

Es ist zu erkennen, daß auf diese Weise eine Heizeinheit geschaffen wird, die bei bester Festlegung der Heizwendeln auf dem Isolierträger beste Abstrah-Iungsverhältnisse besitzt

Vorzugsweise verlaufen bei spiralförmig angeordneten Heizwiderständen die Erhebungen im wesentlichen radial dazu auf dem Isolierträger. Sie könnten aber auch einzelne warzenförmige Vorsprünge sein. Der Isolierträger, der aus einem Isoliermaterial gepreßt sein kann, das faserige Materialien enthält kann bei seiner Pressung mit dem Heizwiderstand verbunden werden. Danach folgt dann normalerweise noch ein Trockenoder Brennvorgang.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen teilweise abgebrochenen zentralen Schnitt durch eine Strahlungsheizeinheit eines Glaskeramik-Kochgerätes,

Fig.2 eine perspektivische Ansicht des darin verwendeten Isolierträgers,

Fig.3 ein vergrößertes Detail entsprechend dem strichpunktierten Kreis III in F i g. 1 und

Fig.4 eine Variante in Darstellungsweise nach Fig. 1.

In F i g. 1 ist eine Glaskeramikplatte 11 dargestellt, die die Kochfläche eines im übrigen nicht weiter dargestellten Elektrokochgerätes bildet Unter der Glaskeramikplatte ist eine Heizeinheit 12 angeordnet, und zwar vorzugsweise mittels nicht dargestellter Federelemente an die Unterseite der Glaskeramikplatte angedrückt Die Heizeinheit 12 besitzt eine Trägerschale 13 aus Blech, die aus einem unteren Blechteil 14 in Form einer flachen Schüssel mit ebenem Boden und einem oberen Blechteil 15 in Form eines Ringes mit Z-förmigem Querschnitt besteht Beide Blechteile sind an ihren aufeinanderliegender! Ringflanschen miteinander verbunden.

Die Trägerschale 13 ist mit einer Isolation ausgekleidet, die aus zwei parallel zum Boden 16 der Trägerschale verlaufenden Isolierschichten oder -scheiben 17, 18 und einem Isolierring 19 besteht Diese Isolierschichten können aus unterschiedlichsten Materialien aufgebaut sein. Da normalerweise die Wärmeisolationseigenschaften bei hochwärmebeständigen Isolationen, die hier zu verwenden sind, mit zunehmender mechanischer Festigkeit abnimmt kann bei den Isolierschichten 17,18, da sie festigkeitsmäßig praktisch unbelastet sind, ein Material relativ geringer mechanischer Festigkeit, aber hoher Wärmeisoüerfähigkeit verwendet werden. Dabei kann die unterste Schicht 17 auch beispielsweise aus einem nicht oder nur schwach verdichteten Schottmaterial (beispielsweise fein verteilter Kieselsäure) bestehen oder, da hier die »kälteste« Stelle der Heiztinheit ist aus einem Material nicht so hoher Wärmebeständigkeit Dagegen sollte der Isolierring 19, der eine gewiss* Tragfunktion hat, mechanisch etwas höher belastbar sein. Er kann aus einem faserigen Isoliermaterial bestehen, beispielsweise aus einer Aluminiumoxidfaser, die, unter Zusatz entsprechender Bindemittel verpreßt, eine pappartige Struktur erhält Ein ähnliches Material ist unter der Bezeichnung »Fiberfrax« im Handel. Es können jedoch auch andere mineralische Fasern als Grundlage für die Isolierung verwendet werden.

Auf der oberen Isolierschicht 18 und innerhalb des Isolierringes 19, jedoch in einer Ringausnehmung des Isolierringes mit seinem Rand eingeschlossen, liegt ein Isolierträger 20, der die Form einer kreisrunden Scheibe hat Bei einem üblichen Heizkörper für einen Glaskeramikherd liegen die Abmessungen in der Größenordnung von 15 cm Durchmesser und 5 mm Dicke. Dieser Isolierträger besteht ebenfalls aus einem gepreßten faserigen Isoliermaterial mit sehr hoher Wärmebeständigkeit und trägt an seiner Oberseite spiralförmig verlaufende, aus Drahtwendeln bestehende Heizwiderstände 2}, wodurch ein ringförmiger Heizbereich geschaffen wird, der lediglich eine wsbeheizte Mittelzone 22 freiläßt

Die Heizwiderstände 21 liegen mit dem größten Teil ihrer Erstreckung auf der Oberfläche 23 des Isolierträgers 20 oder geringfügig darüber. Von der im wesentlichen ebenen Oberfläche 23 stehen Erhebungen 24, 25 vor, die radial verlaufen. Die Erhebungen 24 laufen vom Außenrand bis zur unbeheizten Mittelzone durch, während die Erhebungen 25 ca. auf halbem Wege dahin enden. So ist sichergestellt daß die Abstände zwischen den Erhebungen in einem bestimmten Bereich bleiben. Diese Erhebungen sind durch Prägung des Isolierträgers bei seiner Herstellung durch Pressen der mit Bindemitteln versehenen Fasermasse hergestellt Dabei werden die Heizwiderstände mit eingepreßt so daß sie die Erhebungen durchdringen und in diesen festgehalten sind. Wie insbesondere aus den F i g. 2 und 3 zu erkennen ist sind die Heizwiderstände im Bereich der Erhebungen vorzugsweise um etwas mehr als die Hälfte ihres Wendelumfanges eingebettet, wobei jedoch ihre oberen Windungen und zwar fast die gesamte obere Hälfte, sowie das Innere der Wendel frei bleibt

Dadurch werden zwar die Heizwiderstände außerordentlich gut festgehalten, jedoch in ihrer Wärmeabsirahlung kaum behindert In dem gesamten Bereich zwischen den Erhebungen können die Heizwiderstände ungehindert abstrahlen und im Bereich der Erhebungen ist jeweils nur die untere Windung an der Abstrahlung gehindert Es wird somit ein sehr wirksames Heizelement geschaffen, das beste Abstrahlungsverhältnisse nach oben gewährleistet

Der Isolierträger 20 sollte, beispielsweise durch entsprechende Materialwahl oder stärkere Verpressung des Materials, eine höhere mechanische Festigkeit haben als die übrige Isolierung. Er bildet daher eine Scheibe, die zwaj immer noch eine gewiüe pappartige Struktur hat, jedoch bei der Herstellung, Montage und Reparatur ohne weiteres handhabbar ist Die Heizwiderstände sind so fest auf dieser Karte, daß nicht zu befürchten ist, daß sie sich in irgendeiner Weise durch Erschütterungen oder Wärmedehnungen lösen.

Die die Erhebungen 24, 25 bildenden Prägungen ergeben auf der Unterseite des Isolierträgers Vertiefungen 26. Vorzugsweise sind an der Oberseite der oberen Isolierschicht 18 ebenfalls Ausnehmungen 27 vorgesehen, so daß diese sich evti. kreuzenden Ausnehmungen einen Luftraum schaffen, der zusätzlich zur Isolierung beiträgt. Der elektrische Anschluß der Spiralen führt

vorzugsweise durch den Isolierträger durch nach unten, so daß die Anschlußdrähte beispielsweise in einer der Ausnehmungen 26 verlaufen kann. Die entsprechenden Anschlußstifte oder Zungen können schon beim Vorpressen durch das noch weiche Material des Isolierträgers hindurch gedruckt werden. Der Isolierträger wird nach dem Verpressen normalerweise noch einem Trocknungs- oder Brennvorgang ausgesetzt.

Die Montage der Heizeinheit erfolgt derart, daß in das untere Blechteil 14 zuerst die Isolierschichten 17 und 18 eingeschüttet und/oder, wenn es sich um vorgepreßte Scheiben handelt, eingelegt werden und darauf der Isolierträger 20 gelegt wird. Die Anschlußdrähte 28 werden seitlich durch eine Ausnehmung 29 im Bereich der Trennlinie zwischen den Blechteilen 14. 15 hinausgeführ.. Danach wird der Isolierring 19 aufgesetzt und die Heizeinheit durch Aufsetzen und Befestigen des oberen Blechteils 15 fertiggestellt. Der Isolierring 19 besitzt auch einen nach oben vorstehenden Ringbereich 30, der sich as die Unterseite der G!asker2!r!ik"!H!'.e anlegt.

In Fig. I ist eine Ausführung dargestellt, bei der ein Temperaturbegrenzer bzw. Temperaturregler 31 derart angeordnet ist, daß sein stabförmiger Temperaturfühler 32 diametral durch den zwischen den Heizwiderständen 21 und der Unterseite der Glaskeramikplatte 11 gebildeten Strahlungsraum 33 hindurchragt. Der Temperaturfühler läuft dabei durch eine Öffnung des Blechteils 15 und des Isolierringes 19 hindurch. Bei dieser Ausführungsform muß allerdings wegen der Berührungssicherheit bei einem evtl. Bruch der Glaskeramikplatte der Temperaturfühler elektrisch isoliert, beispielsweise mit einem Quarzrohr überzogen sein. Aus diesem Grunde kann bei der Ausfuhrungsform nach Fig.4, die im übrigen gleich aufgebaut ist. der Temperaturregler 31 so angeordnet sein, daß er ebenfalls in der Trennlinie beider Blechteile 14, 15 hindurchragt und in eine Ausnehmung an der Unterseite des Isolierringes 19' und an der Oberseite der Isolierschicht 18' liegt. Auch der Isolierträger 20 besitzt eine diametrale Ausnehmung 34 für den Temperaturfühler 32, so daß dieser relativ gut die Beheizungstemperatur abfühlen kann, da der Isolierträger wegen seiner noneren mechanischen Festigkeit una aaner etwas geringeren thermischen Isolierwirkung sehr schnell die Temperatur der Beheizung annimmt.

Durch diese Ausführung bleibt der Strahlungsraum 33 weitgehend frei und es kann ein Erdungsgitter 35 eingefügt werden, das auf einer Schulter des Isolierringes 19" liegt und kurz unter der Glaskeramikplatte einen Berührungsschutz gegen die unter Spannung stehenden Heizwiderstände 21 bildet.

Da die gesamte Isolation 17, 18, 19 und auch der Isolierträger 20 nur so weit verdichtet werden sollte, als dies für die mechanische Festigkeit unbedingt wichtig ist kann die Oberfläche der Isolierteile bei Berührung noch etwas Abrieb zeigen. Aus diesem Grunde ist es möglich, die Oberflächen der Isolierteile besonders zu behandeln, sie beispielsweise mit einem erhöhten Bindemittelzusatz zu versehen oder sie mit einem wärmebeständigen Lack zu spritzen. Es ist ferner sehr vorteilhaft, die Oberseite des Isolierträgers mit einem in bezug auf Wärmestrahlung möglichst schwarz wirkenden Lack zu versehen, um die Wärmeabstrahlung nach oben zu verbessern.

Normalerweise haben die Heizeinheiten eine kreisrunde Gestalt und dann ist es auch sinnvoll, den

Isolierträger kreisrund zu gestalten. Es kann jedoch von Vorteil sein, zur besseren Anpassung an die normale Viereranordnung einer Kochplatte rechteckige oder quadratische Heizeinheiten zu verwenden. In diesem Falle könnte entweder der Isolierring zur Überbrükkung eine außen viereckige und innen runde Gestalt bei Verwendung eines runden Isolierträgers haben, oder es könnte auch ein viereckiger Isolierträger Verwendung Finden. Es ist sogar möglich, wegen der relativ guten Festlegung der Heizwiderstände auf der Oberflache des Isolierträgers, die Spiralen in eckiger Anordnung zu verlegen, so daß viereckige Heizfelder entstehen. Im Falle eines viereckigen Isolierträgers bzw. Isolierringes bei nach wie vor rundem Heizringbereich könnten in den entstehenden unbeheizten Ecken Überwachungsoder Abfühlgeräte für die Temperaturüberwachung angeordnet werden. Es sei noch einmal auf die besonders vorteilhafte Möglichkeit hingewiesen, ein schüttfähiges Isoliermaterial im Bereich der Isolierschichten !7; !* ZU vfrwrnrlpn Has neben einer besonders einfachen Herstellung den Vorteil einer sehr hohen Wärmeisolierfähigkeit hat. Dies wird durch die Anbringung des Heizelementes auf einem mechanisch recht festen und einen dichten Abschluß bildenden Isolierträger ermöglicht Es ist auch vorteilhaft, daß beispielsweise bei unterschiedlichen Netzspannungen oder Heizleistungen jeweils nur ein anderer Isolierträger mit Heizwiderständen hergestellt werden muß, währerM die übrige Heizeinheit gleich bleiben kann und somit in hohen Stückzahlen in Serie herstellbar ist. Auch für die Vorrats- und Reparaturteilhaltung ist dies wichtig. Der Isolierträger braucht nur kleinsten Platz bei allen Fertigungsschritten, bei seiner Prüfung und anderen Arbeitsverfahren. Mit den radial austretenden Zuleitungen läßt sich der Isolierträger nicht nur besonders gut anschließen, sondern ist auch ohne weiteres stapelbar, so daß der Transport vereinfacht wird.

Die Heizwiderstände auf dem Isolierträger sind normalerweise spiralförmig gelegte kreisrunde Drahtwendeln. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Drahtwendeln ova! zu machen, und zwar mit ihrer geringsten Erstreckung in Richtung auf die Glaskeramikpiatte. Dadurch kann der SirahiuiigMauin aucii bei größeren Wendeln eine ausreichende Größe erhalten, die u. U. auch für die Durchschlagfestigkeit notwendig ist. Es ist ja stets besonders schwierig, trotz guter Isolation und erforderlicher Durchschlagfestigkeit Heizeinheiten sehr geringer Dicke herzustellen, die gleichzeitig an ihrer Unterseite noch eine ausreichend geringe Temperatur haben, um an brennbare Teile von Küchenmöbeln angrenzen zu können.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten Variante, könnten die Spiralen auf dem Isolierträger (oder auch der gesamte Isolierträger) an einzelnen Stellen etwas tiefer gelegt werden, beispielsweise um Platz für einen Stab-Temperaturfühler zu schaffen. Durch diese Vertiefung kann der notwendige Isolierabstand erhalten bleiben, ohne daß die gesamte Strahlfläche tiefergelegt werden muß.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel besitzt jede Heizeinheit eine gesonderte Trägerschale, die an die Glaskeramikplatte angedrückt wird. Es ist jedoch auch vorteilhaft möglich, für ein Mehreinheiten-Kochgerät ζ. B. nur eine Trägerschale zu verwenden, in der eine Isolierung liegt die mehrere schüsseiförmige Ausnehmungen zur Aufnahme der Isolierträger abgrenzt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche;

1. Strahlungseinheit für einen Herd ο. dgl. mit einer oberhalb der Strahlungseinheit angeordneten Glaskeramikplatte, welche Strahlungseinheit einen im Heizbereich im wesentlichen plattenförmigen Isolierträger aus hochtemperaturfestem Material und ferner eine aus dem Isolierträger mit Abstand zu der Glaskeramikplatte angeordnete Heizwendel aufweist, die in Abständen an dem Isolierträger ι ο befestigt und im übrigen zwischen den Befestigungsstellen frei verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierträger aus ihm ausgeformte, rippenartige oder warzenförmige, mit Längsabstand zu dem Heizwendeln angeordnete Erhebungen ι s aufweist, in die die Heizwendel auf einem Teil des Wcndelumfanges eingebettet ist

2. Heizeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwiderstände (21) im Bereich der Erhebungen (24, 25) etwa bis zur Hälfte eingebettet sind.

3. Heizeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Mittelachse der Drahtwendeln von der Einbettung weitgehend frei bleibt.

4. Heizeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierträger (20) aus einem Isoliermaterial gepreßt ist, das faserige Materialien enthält

5. Heizeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwiderstände (20) beim Preßvorgang in den Isolierträger (20) teilweise L-indrücc jar sind.

6. Heizeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz«- ibnet, daß der fertige Isolierträger (20) eine pappartige Struktur besitzt

7. Heizeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß bei spiralförmig angeordneten Heizwiderständen (20) die rippenartigen Erhebungen (24, 25) im wesentlichen radial dazu auf dem Isolierträger verlaufen.

8. Heizeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß auf dem Isolierträger (20) abwechselnd über die radiale Erstreckung des Heizbereiches durchgehende und dazwischenliegende kürzere, rippenartige Erhebungen (24,25) angeordnet sind.

9. Hetzeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Erhebungen (24, 25) sich auf der Unterseite des Isolierträgers (20) abzeichnende und diese profilierende Prägungen sind.

10. Heizeinhsit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Drahtwendeln einen ovalen Querschnitt mit der geringeren Querschnittsabmessung in Richtung zur Glaskeramikplatte (II) haben.