Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur wärmedämmenden Lagerung einer elektrischen Heizwendel, insbesondere
für eine strahlungsbeheizte Kochplatte, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine zur Verwendung
mit der Vorrichtung besonders geeignete wärme— dämmplatte und ein zu ihrer Herstellung besonders geeignetes
Verfahren.
Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der DE-OS 28 06 367 bekannt. Die Dämmschicht auf der
Basis von Kieselsäureaerogel ist bei dieser bekannten Vorrichtung als einzige Wärmedämmschicht zwischen der
Heizwendel und dem Boden der Aufnahmeschale aus Blech eingebracht, so daß die ausgezeichneten Wärmedämmeigenschaften
dieses speziellen Wärmedämmaterials optimal
ausgenutzt werden. Eine ausreichende Temperaturbeständigkeit in unmittelbarer Nachbarschaft der Heizwendel,
die direkt auf der Dämmschicht aufliegt, wird durch Zusatz von Aluminiumoxid angestrebt, welches
einem Sintern des Kieseisäureaerogels bei Temperaturen
über etwa 7000C entgegenwirkt; dabei kann Aluminiumoxid
in Form von Verstärkungsfasern oder als zusätzliche
Beimischung in einer Menge bis zu 12% in dem Dämmaterial auf der Basis von Kieselsäureaerogel enthalten
sein. Die Verwendung ausschließlich des Materials der hochwirksamen Dämmschicht als Wärmedämmaterial ermöglicht
eine ausreichende Wärmedämmung trotz flacher Bauweise. Stoffe für Trübungsmittel sind dabei Mangandioxid,
Titandioxid und Zirkonoxid.
Dämmaterial dieser Art besitzt zwar einen extrem hohen Wärmedurchleitwiderstand, ist aber mechanisch wenig
stabil, da es im Bereich bereits niedriger Spannungsspitzen zu Abbröckelungen oder Abbröselungen neigt.
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Daher müssen sämtliche Kanten geschützt werden, wozu etwa ein eigener Abstandsring zwischen der Unterfläche
der Glaskeramikabdeckung der Kochplatte und der oberen Auflagefläche des Dämmaterials dient. Insbesondere ist
die Befestigung der Heizwendel auf diesem Material schwierig. Im Falle der DE-OS 28 06 367 sind hierzu
Metalldrahtklammern vorgesehen, die in das Dämmaterial eingesteckt sind. Durch das Arbeiten der Heizwendel im
Betrieb lockern sich diese Metalldrahtklammern jedoch bereits nach wenigen Aufheizzyklen und können so keine
ausreichende Verankerung bilden.
Daher ist es etwa aus der DE-AS 23 39 768 oder den DE-OSen
25 51 137 und 27 44 079 auch bereits bekannt geworden,
besondere Lagereinrichtungen für die Heizwendel an der Oberseite der Dämmschicht vorzusehen, so daß die
Dämmschicht zumindest nicht alleine die Lagerkräfte aufnehmen muß. Wenn eine v/irklich zuverlässige Lagesicherung
der Heizwendel erzielt werden soll, so muß hierfür konstruktiv erheblicher Aufwand getrieben werden.
Gemäß der älteren deutschen Patentanmeldung P 30 08 505.3 ist daher auch schon vorgeschlagen worden, die Dämmschicht
auf der Basis von feinporigem Kieselsäureaerogel
nur im Bodenbereich der Aufnahmeschale vorzusehen und darüber einen Formkörper aus temperaturbeständigem
und insbesondere mechanisch festem Material, etwa mit anorganischem Kleber gebundenes Aluminiumsilikat,
zur sauberen Lagerung der Heizwendel vorzusehen.
Dieses Material besitzt jedoch eine schlechtere Wärmedämmung, so daß sich gegenüber einer Verwendung von
ausschließlich dem Material der Dämmschicht die Bauhöhe der Vorrichtung etwas vergrößert. Dafür kann der
Formkörper zur Lagerung der Heizwendel als billiges Preßteil hergestellt werden, welches nur in die Aufnahmeschale
eingesetzt werden muß» die bereits unmittelbar
gegen den Boden der Aufnahmeschale verpreßtes Material der Wärmedämmschicht enthält. Hierbei ist
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allerdings wieder relativ aufwendig, das Material der bodenseitigen Dämmschicht in einem Umfangsrand über die
Ebene der Heizwendel nach oben zu ziehen, was anzustreben ist, wenn auch am Umfangsrand der Heizwendel eine
entsprechend gute Wärmedämmung erfolgen soll, um eine Aufheizung des Randes der Aufnahmeschale zu vermeiden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen
Gattung sowie eine Wärmedämmplatte zur Bildung des Wärmedämmaterials hierfür zu schaffen, die
sowohl über ausgezeichnete Wärmedämmeigenschaften bei geringer Bauhöhe verfügt, als auch eine konstruktiv
einfache und zuverlässige Lagesicherung der Heizwendel gewährleistet.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 8,
Damit wird eine zweischichtige Bauweise des Wärmedämmmaterials bzw. der das Wärmedämmaterial bildenden, vorgefertigten
Wärmedämmplatte erzielt, bei der die untere Dämmschicht auf der Basis von Kieseisäureaerogel in
der bekannten Weise für eine maximale Wärmedämmung auf engstem Raum genutzt wird, während die obere Lagerschicht
demgegenüber nur geringfügig abfallende Wärmedämmeigenschaften aufweist. Dafür aber ist die obere
Lagerschicht gehärtet, wozu zur Erzielung einer Hochtemperaturbeständigkeit ein anorganisches Bindemittel
verwendet wird. Eine solche Härtung von feindispersen, in der Flammenpyrolyse hergestellten, mikroporösen
Isoliermaterialien ist in der älteren deutschen Patentanmeldung P 29 42 087.9 vorgeschlagen worden, wobei
auch temperaturbeständige anorganische Bindemittel, bevorzugt etwa glasbildende Stoffe eingesetzt werden; auf
diese ältere Anmeldung wird wegen weiterer Einzelheiten insoweit ausdrücklich Bezug genommen.
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Für die Lagerschicht ist jedoch ein Grundmaterial auf der Basis von pyrogenem Aluminiumoxid anstelle von pyrogener
Kieselsäure zu bevorzugen, da pyrogene Kieselsäure zwar noch etwas bessere Wärmedämmeigenschaften ergibt,
Material auf der Basis von Aluminiumoxid-Aerogel aber auch ohne weitere zusätzliche Maßnahmen erheblich
temperaturbeständiger ist. Zusätzlich können in das Isoliermaterial der Lagerschicht hochtemperaturbeständxge
Materialien wie Manganoxid, Titanoxid oder Zirkonoxid eingeführt werden, um die Temperaturbeständigkeit bei
Bedarf weiter zu erhöhen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht somit aus der
Aufnahmeschale beispielsweise in Form eines Blechnapfes, der Wärmedämmplatte zur Bildung des aus Dämmschicht und
Lagerschicht bestehenden Wärmedämmaterials und der Heizwendel, die unmittelbar an der Lagerschicht der
Wärmedämmplatte gelagert ist. Die wärmedämmplatte kann in kostengünstiger Weise vorgefertigt werden, wozu gemaß
Anspruch 13 eine der Schichten - die Dämmschicht oder die Lagerschicht — aus amorphem Pulver der gewünschten
Konsistenz zur Erzielung einer Druckfixierung vorgepreßt, sodann das Material der anderen Schicht aufgebracht
und mit der vorgepreßten Schicht unter höherem Druck fertiggepreßt wird, worauf die Aushärtung unter
geeigneter Wärmeeinwirkung erfolgen kann. Dadurch entsteht eine einstückige Wärmedämmplatte, die eine innige
Verbindung der Dämmschicht mit der Lagerschicht durch Verkrallung der Partikel gewährleistet. Da die mechanisch
stabile Lagerschicht für die Dämmschicht eine zusätzliche Abstützung bietet, kann die so gebildete zweischichtige
Wärmedämmplatte ohne übermäßige Gefahr von Beschädigungen gehandhabt, transportiert und versandt
werden, um an gegebenenfalls anderer Stelle in die erfindungsgemäße
Vorrichtung eingebaut zu werden. Die Herstellung der Wärmedämmplatte als Preßformteil ermöglicht
darüber hinaus ohne jeglichen Zusatzaufwand die Anbringung von wendeiförmigen Nuten an der Oberseite
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der Lagerschicht, in welche die Heizwendel denkbar einfach mit einem hochtemperaturbeständigen anorganischen
Kleber eingeklebt werden kann, sowie eine muldenförmige Ausbildung dieses Bereichs der Lagerschicht mit umlaufendem
Umfangsrand, der infolge der mechanischen Festigkeit des Materials der Lagerschicht unmittelbar die
Auflagefläche für die Glaskeramikabdeckung der Kochplatte bilden kann, so daß ein separater Abstandsring
in kostengünstiger Weise entfallen kann.
10
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
r ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer
"^ Ausführungsform anhand der Zeichnung.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die veranschaulichte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Aufnahmeschale 1 aus Metall, insbesondere
Aluminiumblech, und Wärmedämmaterial in Form einer Wärmedämmplatte 2, welche an der Innenseite
einer Umfangswand 3 der Aufnahmeschale 1 zwischen deren
Boden 4 und einer Heizwendel 5 angeordnet ist. Die elektrisch betriebene Heizwendel 5 weist nicht näher
(:ϊ< 25 dargestellte elektrische Anschlüsse auf, die auf geeignete
Weise aus dem Bereich der Aufnahmeschale 1 herausgeführt sind, Die dargestellte Vorrichtung dient
zur Strahlungsbeheizung einer Glaskeramikabdeckung einer Kochplatte, wobei die nicht näher dargestellte
Glaskeramikplatte auf einer Auflagefläche 22 aufliegt und damit Abstand vom oberen Rand der Umfangswand 3 der
Aufnahmeschale 1 sowie von der Heizwendel 5 erhält. Die Umfangswand 3 der Aufnahmeschale 1 und damit die
gesamte Vorrichtung hat in Draufsicht im wesentlichen Kreisform und liegt konzentrisch zu einer Mittelachse
14.
Die Wärmedämmplatte 2 besteht aus einer oberen Lager-
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schicht 7» welche in wendeiförmigen Nuten 8 die Heizwendel 5 aufnimmt. An der der Heizwendel 5 gegenüberliegenden
Seite der Lagerschicht 7 ist eine Dämmschicht 9 vorgesehen, die am Boden 4 der Aufnahmescha-Ie
1 anliegt und aus feinporigem Kieseisäureaerogel
besteht. Dieses Material ist an sich bekannt und weist neben dem Kieselsäureaerogel in aller Regel eine
Mineralfaserverstärkung und/oder ein Trübungsmittel
auf; solche hochwirksamen Wärmedämm-Materialien werden durch die Anmelderin unter der Bezeichnung MINILEIT
(eingetr. Warenzeichen) vertrieben, wobei hinsiehtlieh
Einzelheiten des Materials auf die einschlägigen DE-OSen 27 47 663, 27 48 307 und 27 54 956 verwiesen
wird, auf die insoweit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Bevorzugt wird ein Material für die Dämmschicht 9 verwendet, welches aus 30 bis 50% pyrogener Kieselsäure,
20 bis 50% Trübungsmittel und 5 bis 15% Aluminiumfasern
besteht, sowie in einem Raumgewicht von 200 bis 400 kg/m ^ vorliegt, jedoch nicht organisch oder anorganisch
gehärtet zu sein braucht. Ein solches Spezial-Wärmedämmaterial besitzt eine Wärmeleitfähigkeit, die
geringer ist als ruhende Luft und darüber hinaus nur wenig temperaturabhängig ist. Allerdings sind die aus
pulverförmigen Grundstoffen gepreßten Platten aus einem
solchen Material mechanisch wenig widerstandsfähig und schwierig herzustellen. Daher werden Platten aus diesem
Material in der Regel im Zuge der Herstellung mit einem festen Glasgewebe umgeben und nachträglich in der gewünschten
Form zugeschnitten.
Die obere Lagerschicht 7 besteht aus einem Aluminiumoxid-Aerogel
anstelle des Kieselsäure—Aerogels der Dämmschicht 9, oder einer geeigneten Mischung beider
Aeregele. Derartiges Isoliermaterial auf der Basis von Aluminiumoxid-Aerogel ist bis höhere Temperaturen beständig
als auf der Basis von Kieseisäure-Aerogel.
Darüber hinaus kann die Lagerschicht 7 bei Bedarf zur weiteren Erhöhung der Temperaturbeständigkeit Zuschläge
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an hochtemperaturbeständigen Stoffen wie Manganoxid,
Zirkonoxid oder Titanoxid enthalten. Vor allem aber ist das Material der Lagerschicht 7 mit einem anorganischen
Bindemittel, beispielsweise mit geeigneten glasbildenden Stoffen, gehärtet, wie dies an sich aus der
älteren deutschen Patentanmeldung P 29 42 087.9 bekannt ist, auf die wegen weiterer Einzelheiten im Zusammenhang
mit der Härtung derartigen Materials ausdrücklich Bezug genommen wird. Dadurch besitzt das
Material der Lagerschicht 7 nur geringfügig schlechtere Wärmedämmeigenschaften als dasjenige der Dämmschicht 9,
ist aber mechanisch erheblich fester und widerstandsfähiger, so daß die Lagesicherung der Heizwendel 5 unmittelbar
an der Lagerschicht 7 keine Probleme mehr aufwirft. Hierzu könnten beispielsweise die Heizwendel
5 haltende Metalldrahtklammern in das Material der Lagerschicht 7 eingesteckt werden, wobei die Nuten 8
nicht zwangsläufig erforderlich wären, jedoch ist bevorzugt, die Heizwendel 5 in wendeiförmigen Nuten 8
mittels eines hochtemperaturbeständigen anorganischen Klebers 6 zu befestigen, wobei Kleber mit einer Temperaturbeständigkeit
bis zu 1150°C, also völlig ausreichend, zur Verfügung stehen.
Infolge der Härtung des Materials der Lagerschicht 7 ■ können die Auflageflächen 22 unmittelbar an der Oberseite
eines Umfangsrandes 10 ausgebildet werden, der in der veranschaulichten Weise eine Mulde in der Lagerschicht
7 zur Aufnahme der Heizwendel 5 umfangsseitig umgibt und so eine Wärmeabstrahlung zur Umfangswand
der Aufnahmeschale 1 hin sicher vermeidet. Zur weiteren Erhöhung der Stabilität des Materials im Bereich der
Auflagefläche 22 kann das Material im oberen Endbereich 11 des Umfangsrandes 10 zusätzlich verdichtet
sein.
Die Wärmedämmplatte 2 aus der unteren Dämmschicht 9 und der oberen Lagerschicht 7 samt Nuten 8 und Umfangs-
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rand 10 mit Auflagefläche 22 kann als einstückiges Preßteil hergestellt werden. Hierzu wird zunächst
das pulverförmige Material einer der Schichten 7 oder 9 in eine Pressenform eingegeben und zur Druckfixierung
vorgepreßt, wobei der Druck unter 25 bar liegen sollte und ein Druck von 15 bis 20 bar bevorzugt ist; mit einem
Druck von 18 bar wurden gute Ergebnisse erzielt. Sodann wird das Material der anderen Schicht 9 oder 7
zugefügt und der Rohling für die gesamte Wärmedämmplatte 2 in einem Zuge unter einem höheren Druck von
mehr als 25 bar fertiggepreßt, insbesondere bei einem Druck zwischen 25 und 40 bar; mit einem Druck von 30 bar
hierfür wurden gute Ergebnisse erzielt. Bevorzugt wird zunächst die Lagerschicht 7 in umgekehrter Stellung vorgepreßt
und verbleibt für das Fertigpressen in dieser Lage.
Um die Verdichtung des Endbereiches 11 des Umfangsrandes
10 zu erzielen, wird im Zuge der Nachpressung mit einem geeigneten Randstempel, der auf die Auflagefläche
22 wirkt, nachverdichtet, so daß ein zusätzlicher Arbeitsgang hierfür nicht erforderlich ist.
Zweckmäßig wird der Rohling für die Wärmedämmplatte in gegenüber der Betriebsstellung umgedrehter Stellung
gepreßt, da dann eine leichtere Füllung des reliefartigen Bodens der Pressenkammer möglich ist, welcher
dem Negativ der Lagermulde der Lagerschicht 7 für die Heizwicklung 5 entspricht. Der Randstempel für die Nachverdichtung
drückt dann von unten gegen die Auflagefläche 22 am Rohling.
Nach entsprechender Wärmeeinwirkung durch Wärmestrahlung oder in einem üblichen Ofen bei etwa 700° für
20 bis 30 Minuten kann die fertige Wärmedämmplatte 2 entnommen werden. Zur Montage braucht lediglich der
Kleber 6 in die Nuten 8 eingebracht und die Heizwendel 5 eingesetzt werden, wonach die Wärmedämmplatte
mit der Heizwendel in die Aufnahmeschale eingesetzt
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werden kann. Der die Wärmedämmplatte 2 bildende Formkörper besitzt durch die Härtung der Lagerschicht
ausreichende Stabilität, wobei die anfälligere freie Kante der Dämmschicht 9 durch die der Rundung zwischen
der Umfangswand 2 und dem Boden 4 der Aufnahmeschale entsprechende Rundung bruchgeschützt ist. Daher kann
die Wärmedämmplatte 2 ohne große Beschädigungsgefahr versandt und montiert werden, und ist natürlich selbständig
handelbar.
Für das Material der Lagerschicht 7 bzw. der Dämmschicht
9 sind nachstehend noch zwei konkrete Beispiele zur Veranschaulichung angegeben.
^ Beispiel 1
Material für die Lagerschicht 7:
58,4 % pyrogene Kieselsäure
20,0 % Ilmenit 20
8,1 % Al O
11,0 % Aluminiumsilikatfaser
2.5 % Härter
Material für die Dämmschicht 9: 25
59,6 % pyrogene Kieselsäure 34,8 % Ilmenit
5.6 % Aluminiumsilikatfaser
. .
Beispiel 2
Material für die Lagerschicht 7:
29,2 % pyrogene Kieselsäure 29,2 % pyrogenes Aluminiumoxid
20,0 % Ilmenit
8,1 % Al2O3
11,0 % Aluminiumsilikatfaser 2,5 % Härter
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14 1 Material für die Dämmschicht 9 wie Beispiel
Die Prozent-Angaben beziehen sich auf Gewichtsprozente in der Rohstoffmischung.
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