DE3020326C2

DE3020326C2 - Strahlungsheizkörper mit einer elektrischen Heizwendel, insbesondere für eine Glaskeramik-Kochplatte

Info

Publication number: DE3020326C2
Application number: DE3020326A
Authority: DE
Inventors: Hans 6700 Ludwigshafen Kummermehr
Original assignee: GRUENZWEIG and HARTMANN und GLASFASER AG 6700 LUDWIGSHAFEN DE; Gruenzweig and Hartmann und Glasfaser Ag 6700 Ludwigshafen
Current assignee: Micropore International Ltd
Priority date: 1980-05-29
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1985-12-19
Also published as: ATE9255T1; DE3020326A1; EP0041203B1; EP0041203A1; EP0041203B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsheizkörper mit einer elektrischen Heizwendel, insbesondere für eine Glaskeramikkochplatte, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 28 06 367 ist ein Strahlungsheizkörper mit einer elektrischen Heizwendel bekannt dessen Dämmschicht auf der Basis von Kieselsäureaerogel als einzige Lage zwischen der Heizwendel und dem Boden der Aufnahmeschale aus Blech eingebracht ist, so daß die ausgezeichneten Wärmedämmeigenschaften dieses speziellen Wärmedämmaterials optimal ausgenutzt werden. Eine ausreichende Temperaturbeständigkeil in unmittelbarer Nachbarschaft der Heizwendel, die direkt auf der Dämmschicht aufliegt wird durch Zusatz von Aluminiumoxid angestrebt welches einem Sintern des Kieselsäureaerogels 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 r*er hochwirksamen Dämmschicht als Wärmedämmaterial ermöglicht eine ausreichende Wärmedämmung trotz flacher Bauweise. Stoffe für Trübungsmittel sind dabei Mangandioxid, Titandioxid oder Zirkondioxid.

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 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 06 637 sind hierzu Metalldrahtklammern vorgesehen, die in das Dämmaterial eingesteckt sind. Durch das Arbeiten der Heizwendel im Betrieb können sich diese Metalldrahtklamme^n jedoch lösen, so daß hiermit keine langfristige Verankerung gewährleistet ist

Aus der US-PS 28 11 457 ist es bekannt, derartiges Dämmaterial mittels eines anorganischen Bindemittels zu härten. Im Faiie der Verwendung von gehärtetem Dämmaterial als Dämmschicht könnte zweifellos eine bessere Verankerung mittels Metalldrahtklammern oder dergleichen erfolgen, die über eine längere Betriebszeit hinweg die Lage der Heizwendel sichert Abgesehen jedoch davon, daß die Metallklammern durch Wärmeleitung in das Dämmaterial hinein dessen Wärmedurchleitwiderstand verringern, ergibt sich auch durch die Härtung des Wärmedämmaterials ein gewisser Abfall des Wärmedurchleitwiderstsndes gegenüber ungehärtetem Material, der umso größer ist, je mehr Bindemittel zur Verbesserung der mechanischen Stabilität eingebracht ist

Aus der DE-OS 25 51 137, von der die Erfindung ausgeht, ist es bekannt, bodenseitig eine dicke Dämmschicht aus Kieselsäureaerogel zu verwenden, die Heizwendel jedoch auf einer besonderen Lagerschicht zu lagern, die aus einem relativ festen Kartonmaterial aus hochtemperaturbesiändigem Isolierwerkstoff besteht, dessen Aluminiumoxid-Siliziumoxid-Fasern mit einem

so anorganischen, beispielsweise keramischen Bindemittel zur Erzielung der kartonartigen Konsistenz gebunden sind. Die Heizwendel ist hierbei in Form eines hochkant verlaufenden Bandes mit Verankerungsfüßen ausgebildet, die durch das Material der kartonartigen Scheibe hindurchgestochen und dahinter umgenietet werden, so daß die Scheibe mit der darauf befestigten Heizwendel auf das Dämmaterial aufgelegt werden kann.

Das Material einer solchen Scheibe als Lagerschicht eignet sich zwar durchaus für eine sichere Befestigung der Heizwendel, sofern ausreichende Materialstärken verwendet werden, trägt aber zur Wärmedämmung kaum etwas bei. Bei gegebener erforderlicher Wärmedämmung durch das Wärmedämmaterial erhöht somit die Lagerschicht wiederum die Bauhöhe des Strahlungsheizkörpers. Außerdem müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, um auch am Umfangsrand der Lagerschicht eine entsprechende Wärmedämmung zu erhalten.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Strahlungsheizkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der sowohl über ausgezeichnete Wärmedämmeigenschaften bei minimaler Bauhöhe verfügt, als auch auf eine einfache eine zuverlässige Lagesicherung der Heizwendel ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Damit wird auf eine zweischichtige Bauweise einer das Wärmedärmaterial bildenden einstückigen Warmedämmplatte zurückgegriffen, bei der die untere Dämmschicht auf der Basis von Kieselsäureaerogel oder dsrgleichen 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, und weist trotz immer noch sehr guten Wärmedurchleitwiderstandes ausreichende mechanische Stabilität auf, um eine Befestigung der Heizwendel durch einfaches Kleben zu ermöglichen. Hinsichtlich Einzelheiten eines bevorzugten Vorgehens bei der Härtung solcher feindisperser, in der Flammenpyrolyse hergestellt, mikroporöser Isoliermaterialien wird auf die DE-OS 29 42 087 Bezug genommen. Damit ist im Ergebnis zwischen der Heizwendel und dem Boden der Aufnahmeschale, ebenso wie im Falle der DE-OS 28 06 367, nur eine einstückige Wärmedämmplatte aus hochwirksamem Wärmedämmaterial angeordnet, so daß maximale Wärmedämmung bei minimaler Bauhöhe erzielt wird. Lediglich im oberen Bereich der einstückigen Wärmedämmplatte wird eine geringfügige Verminderung des Wärmedurchleitwiderstandes infolge der Härtung in Kauf genommen, dafür jedoch eine saubere Lagesicherung der Heizwendel durch Klebung ermöglicht, so daß weder Verminderungen des Wärmedurchleitwiderstandes infolge der Befestigung etwa durch Metallklammern noch eine frühzeitige Lockerung der Heizwendel im Betrieb in Kauf genommen werden müssen.

Die Wärmedämmplatte kann in kostengünstiger Weise vorg-fertigt werden, wozu beispielsweise eine der Schichten — die Dämmschicht oder die Lagerschicht — aus amorphem Pulver der gewünschten Beschaffenheit zur Erzielung einer Druckfixierung vorgepreßt, sodann das Material der anderen Schicht aufgebracht und mit der vorgepreßten Schicht unter höherem Druck fertig gepreßt wird, worauf dks Aushärtung unter geeigneter Wärmeeinwirkung erfolgen kann. Dadurch entsteht die gewünschte 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 den erfindungsgemäßen Strahlungsheizkörper eingebaut zu werden.

Aus der DE-OS 27 48 307 ist es zwar bereits bekannt, ein einstückiges Preßteil auf der Basis des in Rede stehenden Dämmaterials wie pyrogener Kieselsäure mit Schichten unterschiedlicher Beschaffenheit herzustellen, wobei eine äußere oder obere Schicht im Sinne der Lagerschicht der Erfindung eine erhöhte Temperaturbeständigkeit aufweist und mittels eines anorganischen Bindemittels wie Wasserglas durch Wärmeeinwirkung gehärtet ist. Jedoch besteht diese zusätzliche Schicht nicht ebenfalls aus einer in der Flammenpyrolyse hergestellten, mikroporösen, teilchenförmigen isoliermaterial, sondern vielmehr aus Mineralfasern mit Füllstoffen und dem anorganischen Bindemittel, wobei als Füllstoffe etwa Aluminiumoxid, Sand, gemahlene Schamotte, Kaolin und Perlit in Frage kommen. Eine solche Außenschicht hat gegenüber der Dämmschicht nur vernachlässigbar geringen Wärmedurchleitwiderstand und würde somit bei Verwendung im erfindungsgemäßen Zusammenhang nicht die gewünschte Minimierung der Bauhöhe ergeben.

Für die Lagerschicht ist gemäß Anspruch 2 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-Aeroge! aber auch ohne weitere zusätzliche Maßnahmen erheblich temperaturbeständiger ist. Zusätzlich können in das Isoliermaterial der Lagerschicht gemäß Anspruch 3 hochtemperaturbeständige Materialien wie Manganoxid, Titanoxid oder Zirkonoxid eingeführt werden, um die Ten>r<eraturbeständigkeit bei Bedarf weiter zu erhöhen.

Die Herstellung der Wärmedämmplatte als Preßformteil ermöglicht darüber hinaus ohne jeglichen Zusatzaufwand die Anbringung von wendeiförmigen Nuten an der Oberseite der Lagerschicht gemäß Anspruch 4, in weiche die Heizwendel eingelegt und mit entsprechend hochtemperaturbeständigem anorganischem Kleber eingeklebt werden kann.

Weiterhin ermöglicht die Herstellung als Preßformteil ohne Zusatzaufwand gemäß Anspruch 5 eine muldenförmige Ausbildung des Bereichs der Lagerschicht mit umlaufendem einstückigem Umfangsrand, so daß auch eine hochwirksame Wärmedämmung in Umfangsrichtung in einem Zuge mit sichergestellt werden kann.

Infolge der mechanischen Stabilität des Umfangsrandes aufgrund der Härtung der Lagerschicht kann der Umfangsrand gemäß Anspruch 6 an seiner Oberseite unmittelbar eine Anlagefläche für die übliche Glaskeramikabdeckung der Kochplatte bilden. Eine besonders gute mechanische Stabilität der Auflagefläche ergibt siel", wenn gemäß Anspruch 7 der Umfangsrand in seinem oberen Bereich zusätzlich verdichtet ist, was im Zuge des Preßvorganges ohne Zusatzaufwand geschehen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Ausführungsform näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen Strahlungsheizkörper.

Der veranschaulichte Strahlungsheizkörper 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 dem Boden 4 und einer Heizwendel 5 angeordnet ist. Die elektrisch betriebene Heizw.indel 5 weist nicht näher dargestellte elektrische Anschlüsse auf, die auf geeignete Weise aus dem Bereich der Aufnahmeschale 1 herausgeführt sind. Der dargestellte Strahlungsheizkörper -Jient zur Strahlungsbeheizung der Glaskeramikabdeckung einer Glaskeramik-Kochplatte, wobei die nicht näher dargestellte Glaskeramikabdekkung 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 de. λufnahmeschale 1 und damit der gesamte Strahlungsheizkörper haben in Draufsicht im wesentlichen Kreisform und liegen konzentrisch zu ei-

ner Mittelachse 14.

Die Wärmedämmplatte 2 besteht aus einer oberen Lagerschicht 7, welche in wendeiförmigen Nuten 8 die Heizwendel 5 aufnimmt. Auf der der Heizwendel 5 gegenüberliegenden Seite der Lagerschicht 7 ist eine Dämmschicht 9 vorgesehen, die am Boden 4 der Aufnahmeschale 1 anliegt und aus feinporigem Kieselsäureaerogel besteht. Dieses Material ist an sich bekannt und weist neben dem Kicselsäureaerogel in aller Regel eine Mineralfaserverstärkung und/oder ein Trübungsmittel auf; solche hochwirksamen Wärmedämm-Materialien werden durch die Anmeiderin unter der Bezeichnung MINILEIT (eingetr. Warenzeichen) vertrieben, wobei hinsichtlich Einzelheiten des Materials auf die einschlägigen DE-OS 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/cm^J 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 Alurniniumoxid-Aerogel anstelle des Kieselsäure-Aerogels der Dämmschicht 9, oder einer geeigneten Mischung beider Aerogele. Derartiges Isoliermaterial auf der Basis von Aluminiumoxid-Aerogel ist bis höhere Temperaturen beständig ais auf der Basis von Kieseisäure-Aerogei. Darüber hinaus kann die Lagerschicht 7 bei Bedarf zur weiteren Erhöhung der Temperaturbeständigkeit Zuschlage 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 DE-OS 29 42 087 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 Wärmedämmeigenschaiften 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 aufwirfL Hierzu ist die Heizwendel 5 in wendeiförmigen Nuten 8 mittels eines hochtemperaturbeständigen anorganischen Klebers 6 befestigt, wobei Kleber mit einer Temperaturbeständigkeit bis zu 1150" C also völlig ausreichend, zur Verfugung stehen.

Infolge der Härtung des Materials der Lagerschicht 7 können die Auflageflächen 22 unmittelbar an der Oberseite eines Umfangsrandes 10 ausgebildet werdender in der veranschaulichten Weise eine Mulde in der Lagerschicht 7 zur Aufnahme der Heizwendel 5 umfangsseitig umgibt und so eine Wärmeabstrahlung zur Umfangswand 3 der Aufnahmeschaie I 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 Umfangsrand 10 mit Auflagefläche 22 ist als einstückiges Preßteil hergestellt. 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 2 in gegenüber der Betriebsstellung umgedrehter Stellung gepreßt, da dann eine leichtere Füllung des reliefaciigen 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 Nuieii S eingebracht und die Hcizwendel 5 eingesetzt werden, wonach die Wärmedämmplatte 2 mit der Heizwendel in die Aufnahmeschale eingesetzt werden kann. Der die Wärmedämmplatte 2 bildende Formkörper besitzt durch die Härtung der Lagerschicht 7 ausreichende Stabilität, wobei die anfälligere freie Kante der Dämmschicht 9 durch die der Rundung zwischen der Umfangsrand 2 und dem Boden 4 der Aufnahmeschale 1 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 Bespiele zur Veranschaulichung angegeben.

Beispiel 1
Material für die Lagerschicht 7:

58,4%	pyrogene Kieselsäure
20,0%	Iimenit
8,1%	Al₂O₃
11,0%	Aluminiumsilikatfaser
24%	Härter

Material für die Dämmschicht 9:

53,6% pyrogene Kieselsäure
343% Iimenit
5,6% Aluminiumsilikatfaser

Beispie! 2
Material für die Lagerschicht 7:

29,2% pyrogene Kieselsäure 5

29,2% pyrogenes Aluminiumoxid

20,0% llmenit

8.1% AI₂Oj

i,0% Aluminiiimsilikatfaser

2,5% Härter 10

Material für die Dämmschicht 9 wie Beispiel I.
Die Prozent-Angaben beziehen sich auf Gewichtsprozente in der Rohstoffmischung.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

20 ί

30

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Strahlungsheizkörper mit einer elektrischen Heizwendel, insbesondere für eine Glaskeramik-Kochplatte, mit einer Aufnahmeschale für zwischen der Heizwendel und dem Boden der Aufnahmeschale angeordnetes Wärmedämmaterial, welches wenigstens eine bodenseitige Dämmschicht aus in der Flammenpyrolyse hergestelltem, mikroporösem, teilchenförmigen! Isoliermaterial insbesondere mit Mineralfaserverstärkung und/oder Trübungsmittel aufweist und mit einer zwischen der Heizwendel und der Dämmschicht angeordneten, ein anorganisches Bindemittel aufweisenden Lagerschicht für die Heizwendel mit gegenüber der Dämmschicht unterschiedlicher Beschaffenheit, dadurch gekennzeichne ι, daß die Lagerschicht (7) ebenfalls ein in der Flammenpyrolyse hergestelltes, mikroporöses, teilchesförmiges Isoliermaterial als Grundstoff aufweist und zur Bildung einer einstückigen Wärmedämmplatte (2) mit dem Material der Dämmschicht (9) zu einem Preßteil verpreßt ist, und daß die Heizwendel (5) auf der Oberseite der ausgehärteten Lagerschicht (7) durch Klebung befestigt ist.

2. Strahlungsheizkörper natA Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundstoff der Lagerschicht (7) pyrogenes Aluminiumoxid ist

3. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial der Lagerschichi (7) mit hochtemperaturbeständigen Materialien wie insbivsonder^ Manganoxid, Titanoxid oder Zirkonoxid angereichert ist

4. Strahlungsheizkörper nac^r einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Oberseite der Lagerschicht (7) wendeiförmige Nuten (8) zur Aufnahme der Heizwendel (5) aufweist

5. Strahlungsheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschicht (7) einen über die Ebene der Heizwendel (5) hinausragenden einstückigen Umfangsrand (10) aufweist.

6. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand (10) an seiner Oberseite unmittelbar eine Auflagefläche (22) für die übliche Glaskeramikabdeckung der Kochplatte bildet.

7. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand (10) in seinem oberen Endbereich (11) zusätzlich verdichtet ist.