DE2858342C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlungheizer für Kochplatten mit Glaskeramikschicht, bei dem ein spezielles thermisch isolierendes Material als Trägermaterial für das eigentliche Heizelement verwendet wird.The invention relates to a radiation heater for Cooking plates with a ceramic layer, in which a special thermally insulating material as a carrier material for the actual heating element is used.
Aus DE-OS 16 71 186 ist ein Material mit ausgezeichneten thermischen Isolationseigenschaften bekannt. Es besteht aus einer Mischung aus fein verteiltem feinporösem Kieselerdeaerogel, keramischen Verstärkungsfasern wie Aluminiumsilikat und wahlweise einem besonderen zerkleinerten Trübungsmittel. Dieses Material ergibt eine ausgezeichnete Wärmeisolation, wenn es unter Druck und selbstbindend mit oder ohne Verwendung besonderer Bindewirkstoffe zu einer Dichte im Bereich von 0,16 bis 0,48 kg/m³ kompaktiert wird. Es ist auch als Bodenschicht von thermisch und elektrisch isolierendem Material in Heizgeräten für elektrische Kochgeräte mit glatter Oberfläche, wie beispielsweise Glaskeramikdeckplatten anwendbar, wie sie z. B. in der britischen Patentschrift 14 33 478 beschrieben werden.From DE-OS 16 71 186 is a material with excellent thermal insulation properties known. It consists of a mixture of finely divided fine porous Kieselerdeaerogel, ceramic reinforcing fibers such as Aluminum silicate and optionally a special shredded one Opacifiers. This material gives an excellent Thermal insulation when under pressure and self-binding with or without using special binding agents to a density in Range from 0.16 to 0.48 kg / m³ is compacted. It is also as a bottom layer of thermally and electrically insulating Material in heaters for electric cooking appliances with smoother Surface, such as glass ceramic cover plates applicable as z. B. in the British patent specification 14 33 478 are described.
Bei der Verwendung eines solchen Materials bei hohen Temperaturen ist jedoch festgestellt worden, daß es sintert und schrumpft. Dies ist meistens unerwünscht, da Schrumpfen zur Ausbildung von Rissen und Luftspalten führt, deren Isoliereigenschaften schlechter als die des Materials selbst sind. Solche Materialien haben eine Grenztemperatur von etwa 1000°C, bei der sie brauchbar sind, da sie darüber progressiv sintern und schrumpfen.When using such a material at high temperatures however, it has been found to sinter and shrinks. This is mostly undesirable because of shrinkage Formation of cracks and air gaps leads to their Insulation properties worse than that of the material itself are. Such materials have a limit temperature of about 1000 ° C, at which they are useful because they are progressive sinter and shrink.
Es wurde bisher angenommen, daß diese Temperaturbegrenzung bei der Verwendung durch das als Hauptbestandteil enthaltene Kieselsäureaerogel und seine niedrige Sintertemperatur bedingt ist.It has previously been assumed that this temperature limitation at the use of the main ingredient Silica airgel and its low sintering temperature is.
Aus GB-PS 14 33 478 ist ein Strahlungsheizer bekannt, der zwischen dem Heizelement und der Trägerschicht eine Zwischenschicht aus gebundenen Verstärkungsfasern aufweist.From GB-PS 14 33 478 a radiant heater is known which an intermediate layer between the heating element and the carrier layer from bonded reinforcing fibers.
Aufgabe der Erfindung ist es, den aus GB-PS 14 33 478 bekannten Strahlungsheizer zu verbessern und flacher auszubilden.The object of the invention is known from GB-PS 14 33 478 To improve radiant heaters and make them flatter.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Strahlungsheizer gemäß Patentanspruch 1, insbesondere durch die Verwendung eines speziellen thermischen Isoliermaterials für die Trägerplatte des Heizelements.This task is solved by the radiant heater according to Claim 1, in particular through the use of a special thermal insulation material for the carrier plate of the heating element.
Völlig überraschend wurde gefunden, daß die Temperaturbeständigkeit dieser Isolierstoffe durch Aufnahme von Aluminiumoxid in diese Mischung erhöht werden kann. Das Isoliermaterial ist eine innige Mischung von feinporigem Kieselsäureaerogel und keramischen Verstärkungsfasern und Aluminiumoxid in einer Menge bis zu 12 Gew.-%.It was found, completely surprising, that the Temperature resistance of these insulating materials by absorption of Alumina in this mixture can be increased. The Insulating material is an intimate mixture of fine-pored Silica airgel and ceramic reinforcing fibers and Alumina in an amount up to 12 wt .-%.
Das Material wird deshalb für elektrische Strahlungsheizer für Kochplatten mit Glaskeramikschicht verwendet, bei denen eine Trägerschicht aus thermisch und elektrisch isolierendem Material vorhanden ist, die unmittelbar ein elektrisches Heizelement in Form eines spiralig gewickelten blanken Drahtes trägt und am Isoliermaterial durch Metalldrahtklemmen befestigt ist. Das Material der Trägerschicht ist eine Mischung aus feinporigem Kieselsäureaerogel, keramischen Verstärkungsfasern und einem Trübungsmittel, und enthält Aluminiumoxid in einer Menge bis zu 12 Gew.-%.The material is therefore used for electric radiant heaters Cooking plates with glass ceramic layer used, in which one Carrier layer made of thermally and electrically insulating material is present, which is directly an electrical heating element in the form of a spirally wound bare wire and is attached to the insulating material by metal wire clips. The material of the carrier layer is a mixture of fine-pored silica airgel, ceramic reinforcing fibers and an opacifier, and contains alumina in one Amount up to 12% by weight.
Das wärmeisolierende Material unterliegt nur geringem Schrumpfen bei Verwendung bei derselben Temperatur wie bisherige Stoffe und kann außerdem oft bei Temperaturen verwendet werden, die um mehr als 100°C über denen des bekannten Materials liegen, wobei sie nur einem tolerierbaren Schrumpfen unterliegen. Deshalb können die Materialien nach der Erfindung bei Temperaturen von 1100° und 1200°C ohne Sintern benutzt werden.The heat-insulating material is subject to little shrinkage when used at the same temperature as previous ones Fabrics and can also often be used at temperatures which is more than 100 ° C above that of the known material lie, whereby they are only subject to a tolerable shrinkage. Therefore, the materials according to the invention can Temperatures of 1100 ° and 1200 ° C used without sintering will.
Dies ist überraschend, denn Fasern aus Aluminiumoxid wurden bisher als Verstärkungsfasern nur verwendet, um kompaktem Material mechanische Festigkeit zu verleihen. Wenn Fasern wie Glas- oder Mineralwollfasern anstelle von Aluminiumsilikat eingesetzt werden, ergibt sich ein starkes Schrumpfen bereits bei verhältnismäßig niedriger Temperatur, z. B. bei etwa 700°C.This is surprising because aluminum oxide fibers have been made previously used as reinforcing fibers only to compact To give material mechanical strength. If fibers like Glass or mineral wool fibers instead of aluminum silicate strong shrinkage already results at a relatively low temperature, e.g. B. at about 700 ° C.
Es ist überraschend, daß auch die Beigabe von Aluminiumoxidteilchen zur Mischung ein verringertes Schrumpfen und damit eine bessere Temperaturbeständigkeit ergibt.It is surprising that the addition of Alumina particles to mix a reduced shrinkage and thus gives better temperature resistance.
Feinporiges Kieselsäureaerogel ist ein Gel, bei dem die flüssige Phase durch eine gasförmige in solcher Weise ersetzt worden ist, daß das Schrumpfen vermieden wird, das auftreten würde, wenn das Gel unmittelbar aus einer Flüssigkeit getrocknet worden wäre. Ein im wesentlichen identischer Aufbau kann jedoch durch geregelte Fällung aus einer Kieselsäurelösung erhalten werden, wobei Temperatur und pH-Wert während Fällung zum Erhalt eines offenen gitterförmigen Niederschlags geregelt werden. Der hier benutzte Ausdruck "feinporiges Kieselsäuresilikat-Aerogel" enthält nicht nur das beschriebene feinporige Kieselsäure-Aerogel, sondern auch gleichwertige feinporige, offen gitterförmige Kieselsäurestrukturen, wie gedämpfte pyrogene oder elektro-thermische Arten, bei denen die durchschnittliche endgültige Teilchengröße kleiner als 1 × 10-7 m ist. Diese Stoffe können durch Hochtemperatur-Hydrolyse von Siliciumtetrahalogenid wie Siliciumtetrachlorid hergestellt werden.Fine pore silica airgel is a gel in which the liquid phase has been replaced by a gaseous one in such a way as to avoid the shrinkage that would occur if the gel had been dried directly from a liquid. An essentially identical structure can, however, be obtained by controlled precipitation from a silica solution, the temperature and pH being regulated during precipitation to obtain an open lattice-shaped precipitate. The term "fine pore silica airgel" used here contains not only the fine pore silica airgel described, but also equivalent fine pore, open lattice shaped silica structures, such as steamed pyrogenic or electro-thermal species, in which the average final particle size is less than 1 × 10 - Is 7 m. These substances can be produced by high temperature hydrolysis of silicon tetrahalide such as silicon tetrachloride.
Geeignete feinporige Kieselsäureaerogele werden von mehreren Firmen hergestellt und sind im Handel erhältlich. Die Mischungen enthalten ein zusätzliches Trübungsmittel, das innig mit dem Aerogel gemischt ist. Somit kann unter bestimmten Umständen eine der anderen Komponenten, z. B. Kohlenstoffasern, als Trübungsmittel wirken. Beispiel zusätzlicher Trübungsmittel sind phasenstabilisiertes schwarzes Eisen(II)(III)oxid, Titandioxid, Chromdioxid, Zirkonoxid, Eisenoxid, Mangandioxid, Ilmenit, Rutil oder Ruß. Die Menge des Trübungsmittels liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 Gew.-% der Gewichtsmenge des Kieselsäureaerogels und besser zwischen 5 und 80 Gew.-% der Gewichtsmenge des Kieselsäureaerogels.Suitable fine-pore silica aerogels are used by several Companies manufactured and are commercially available. The blends contain an additional opacifying agent that is intimate with the airgel is mixed. Thus, under certain circumstances one of the other components, e.g. As carbon fibers, as an opacifier Act. Examples of additional opacifiers are phase-stabilized black iron (II) (III) oxide, titanium dioxide, Chromium dioxide, zirconium oxide, iron oxide, manganese dioxide, ilmenite, Rutile or soot. The amount of opacifier is preferably in the range of 1 to 100% by weight of the amount by weight of silicic acid airgel and better between 5 and 80 wt .-% of Weight amount of silica airgel.
Aluminiumoxid kann als ein zusätzlicher besonderer Bestandteil, als Fasern oder Teil dieser und/oder teilchenförmig vorhanden sein.Alumina can be used as an additional special ingredient, present as fibers or part thereof and / or in particulate form be.
In Fällen, in denen das oder ein Aluminiumoxid als Faser vorliegt, sollen die benutzten Aluminiumoxidfasern mindestens 90% und vorzugsweise mindestens 95 Gew.-% von Aluminiumoxid enthalten. Geeignete Aluminiumoxidfasern sind im Handel erhältlich.In cases where the or an alumina is a fiber, the alumina fibers used should be at least 90% and preferably contain at least 95% by weight of alumina. Suitable alumina fibers are commercially available.
Die Verstärkungsfasern sind gewöhnlich nur ein verhältnismäßig kleiner Anteil der Materialmischung. Je größer der Anteil der Aluminiumoxidfasern ist, desto geringer ist das Schrumpfen des sich ergebenden Materials bei hohen Temperaturen. Der Anteil der aufzunehmenden keramischen Fasern ist unter anderem durch eine Verringerung der thermischen Isoliereigenschaften mit ansteigenden Anteilen der Faser und durch abfallende mechanische Festigkeit des Materials begrenzt, besonders wenn es ausgeformt ist. Deshalb sind 12 Gew.-%, vorzugsweise 10 Gew.-% Aluminiumoxidfasern eine praktisch obere Grenze. Ganz besonders bevorzugt ist eine zuzugebende Aluminiumoxidfasermenge von 1 bis 7 Gew.-% des gesamten Materials.The reinforcing fibers are usually only one small proportion of the material mixture. The greater the proportion of Is alumina fiber, the less the shrinkage of the resulting material at high temperatures. The amount of the ceramic fibers to be absorbed is among other things a reduction in the thermal insulation properties with increasing proportions of the fiber and falling mechanical The strength of the material is limited, especially if it is is formed. Therefore 12% by weight, preferably 10% by weight Alumina fibers have a practically upper limit. Most notably an amount of aluminum oxide fiber to be added of 1 is preferred up to 7% by weight of the total material.
Es brauchen nicht alle bisher verwendeten keramischen Fasern in Form von Aluminiumoxidfasern eingesetzt zu werden. Es ist ausreichend, einen Teil der Fasern, z. B. Quarzfasern, durch Aluminiumoxidfasern zu ersetzen. Der relative Anteil der Aluminiumoxidfasern, bezogen auf Gewichtsmenge aller Fasern, liegt vorzugsweise zwischen 6 und 100 Gew.-%.It does not need all of the ceramic fibers previously used Form of alumina fibers to be used. It is sufficient part of the fibers, e.g. B. quartz fibers To replace alumina fibers. The relative proportion of alumina fibers, based on the weight of all fibers preferably between 6 and 100% by weight.
Eine bevorzugte Zusammensetzung des Materials enthält in Gew.-%:A preferred composition of the material contains in % By weight:
Anstelle von Aluminiumoxidfasern kann auch feinteiliges Aluminiumoxid als zusätzlicher Bestandteil enthalten sein. Das verwendete Aluminiumoxid soll mindestens 90 Gew.-% und vorzugsweise mindestens 95 Gew.-% Aluminiumoxid enthalten. Ein geeignetes Aluminiumoxidpulver ist im Handel erhältlich. Wenn das erfindungsgemäße Material feinporiges Kieselsäureaerogel, keramische Verstärkungsfasern, die aus Aluminiumoxid sein können oder auch nicht, Trübungsmittel und feinteiliges Aluminiumoxid als zusätzliche Komponente enthält, weist es in Gew.-% die folgenden Zusammensetzungen auf: Instead of aluminum oxide fibers, finely divided aluminum oxide can also be used be included as an additional component. The alumina used should be at least 90 wt .-% and preferably contain at least 95 wt .-% alumina. A suitable alumina powder is commercially available. If the material according to the invention fine-pored silica airgel, ceramic reinforcing fibers made of aluminum oxide may or may not, opacifiers and finely divided alumina contains as additional component, it has in wt .-% the following compositions:
Das thermische Isoliermaterial wird als elektrisches und thermisches Isoliermaterial bei elektrischen Heizgeräten verwendet. Beispiele solcher Geräte sind Heizeinrichtungen für Kochplatten mit glatter Oberfläche, insbesondere solche, bei denen ein Heizelement aus einem gewundenen blanken Draht auf einer Isolierschicht aufliegt oder in diese eingebettet ist. Das Material ist besonders als Trägerschicht bei Heizgeräten nach der britischen Patentschrift 14 33 478 zweckmäßig.The thermal insulation material is called electrical and thermal insulation material for electrical heaters used. Examples of such devices are heating devices for Hot plates with a smooth surface, especially those at to which a heating element made of a winding bare wire an insulating layer rests or is embedded in this. The material is particularly suitable as a base layer for heaters expedient according to the British patent specification 14 33 478.
Bei Verwendung des Materials kann die in der britischen Patentschrift 14 33 478 als erforderlich beschriebene Zwischenschicht gebundener Verstärkungsfasern entfallen. Dies hat den Vorteil, daß das Heizelement wegen des Wegfalls dieser Schicht flacher ausgebildet werden kann.When using the material, the one in the British patent specification 14 33 478 intermediate layer described as required bonded reinforcing fibers are eliminated. This has the advantage that the heating element is flatter because of the absence of this layer can be trained.
Die Anordnung und Ausbildung des erfindungsgemäßen Strahlungsheizers für Kochplatten mit Glaskeramikschicht wird anhand der Zeichnung beschrieben, die einen Querschnitt durch einen solchen Strahlungsheizer zeigt.The arrangement and design of the radiant heater according to the invention for hot plates with a glass ceramic layer is based on the Described drawing, which is a cross section through such Radiant heater shows.
Der Strahlungsheizer (10) weist einen plattenförmigen Boden (12) aus speziellem thermisch und elektrisch isolierendem Material auf.The radiant heater ( 10 ) has a plate-shaped base ( 12 ) made of special thermally and electrically insulating material.
Der Boden (12) ist in eine Platte mit einer ringförmigen, aufrecht stehenden Seitenwand (12 a) und einer praktisch flachen oberen Fläche (14). Unmittelbar auf der Fläche (14) liegt ein Heizelement (16) aus einem spiralig gewickelten blanken Draht auf. An den Enden des Elements (16) sind Anschlußleitungen (18) für die elektrische Spannung angeschlossen, die mit elektrischer und thermischer Isolation ummantelt sind. Die Windungen der Heizelemente sind durch Klemmen (24) festgelegt, die in den Boden hinein-, aber nicht ganz durch ihn hindurchgehen. Sie werden durch Reibung zwischen den Klemmen und dem Material des Bodens (12) gehalten. Der Boden sitzt in einer metallenen Schutzpfanne (20).The bottom ( 12 ) is in a plate with an annular, upright side wall ( 12 a ) and a practically flat upper surface ( 14 ). A heating element ( 16 ) made of a spirally wound bare wire lies directly on the surface ( 14 ). At the ends of the element ( 16 ) connecting lines ( 18 ) for the electrical voltage are connected, which are coated with electrical and thermal insulation. The windings of the heating elements are fixed by clamps ( 24 ) which go into the floor but do not go all the way through it. They are held by friction between the clamps and the material of the floor ( 12 ). The bottom sits in a metal protective pan ( 20 ).
Auf der oberen Kante der Seitenwand (12 a) liegt ein dünner Ring (22) aus einer Zusammensetzung aus Verstärkungsfasern auf und stößt gegen die Unterseite einer Glaskeramikschicht (nicht dargestellt), wenn der Strahlungsheizer in einer Kochmulde angeordnet ist. Es kann aber auch der Boden (12) eine flache Oberfläche (14) ohne ringförmige Seitenwand (12 a) oder nur einer sehr kleinen Seitenwand aufweisen. Auch kann ein viel dickerer Ring (22) einer gebundenen Zusammensetzung aus keramischen Fasern vorgesehen werden. Dies bietet den Vorteil einer viel höheren mechanischen Festigkeit des Ringes (22) des Bodens (21). Auch kann der Ring (22) viel dicker sein.On the upper edge of the side wall ( 12 a ) is a thin ring ( 22 ) made of a composition of reinforcing fibers and bumps against the underside of a glass ceramic layer (not shown) when the radiant heater is arranged in a hob. However, the bottom ( 12 ) can also have a flat surface ( 14 ) without an annular side wall ( 12 a ) or only a very small side wall. A much thicker ring ( 22 ) of bonded ceramic fiber composition can also be provided. This offers the advantage of a much higher mechanical strength of the ring ( 22 ) of the bottom ( 21 ). The ring ( 22 ) can also be much thicker.
Weil das Material des Bodens (12) Aluminiumoxidfasern und/oder zerkleinertes Aluminiumoxid enthält, weist es eine hohe Schrumpfwiderstandsfähigkeit bei Temperaturen des unmittelbar auf der Oberfläche (14) des Bodens aufliegenden Heizelementes auf. Weil keine zusätzliche Zwischenschicht aus keramischem Material zwischen der Fläche (14) und dem Heizelement notwendig ist, kann die Gesamttiefe der Einrichtung (10) im Vergleich mit dem Heizelement nach nach der britischen Patentschrift 14 33 478 geringer ausgebildet werden.Because the material of the base ( 12 ) contains aluminum oxide fibers and / or crushed aluminum oxide, it has a high shrink resistance at temperatures of the heating element lying directly on the surface ( 14 ) of the base. Because no additional intermediate layer of ceramic material between the surface ( 14 ) and the heating element is necessary, the overall depth of the device ( 10 ) can be made smaller compared to the heating element according to British Patent 14 33 478.
Beispiele für die Zusammensetzungen des speziellen Isoliermaterials: Examples of the compositions of the special insulating material:
Ein thermisches Isoliermaterial nach der Erfindung zur Verwendung als Trägermaterial für Heizelemente besteht aus einer Mischung aus:A thermal insulation material according to the invention for use as a carrier material for heating elements consists of a Mixture of:
feinporigem Kieselsäureaerogel62 Gewichtsanteile Titandioxid31Gewichtsanteile Aluminiumoxidfasern 7 Gewichtsanteilefine-pored silica airgel 62 parts by weight Titanium dioxide31 parts by weight Alumina fibers 7 parts by weight
Ein anderes Material nach der Erfindung mit feinteiligem Aluminiumoxid besteht aus einer innigen Mischung von:Another material according to the invention with finely divided aluminum oxide consists of an intimate mixture of:
feinporigem Kieselsäureaerogel60 Gewichtsanteile Titandioxid31 Gewichtsanteile Aluminiumoxidfasern 7 Gewichtsanteile Aluminiumoxid, feinteilig 2 Gewichtsanteilefine-pored silica airgel 60 parts by weight Titanium dioxide31 parts by weight Alumina fibers 7 parts by weight Aluminum oxide, finely divided 2 parts by weight
Claims (3)
1-10% Aluminiumoxidfasern
2-40% Trübungsmittel.2. Radiant heater according to claim 1, characterized in that the thermal insulating material has the following composition in wt .-%: 50-97% silica airgel
1-10% alumina fibers
2-40% opacifier.
0,5-20% Fasern
2-40% Trübungsmittel
0,5-10% teilchenförmiges Aluminiumoxid.3. Radiant heater according to claim 1, characterized in that the thermal insulating material has the following composition in wt .-%: 50-97% silica airgel
0.5-20% fibers
2-40% opacifier
0.5-10% particulate alumina.
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