DE654970C

DE654970C - Elektrische Koch- und Heizplatte

Info

Publication number: DE654970C
Application number: DED66851D
Authority: DE
Original assignee: POWER PATENTS CO
Current assignee: POWER PATENTS CO
Priority date: 1933-10-29
Filing date: 1933-10-29
Publication date: 1938-01-05

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Koch- und Heizplatte, bestehend aus einer feuerfesten Platte mit eingeschlossenen Widerstandsheizdrähten.

Bei den. bisher bekannten elektrischen Koch- und Heizplatten mit eingeschlossenen Heizdrähten ist die sonst gewöhnlich aus Schamotte bestehende Platte aus einer keramischen Masse hergestellt. Obwohl die Wärmeleitfähigkeit dieser Masse besser als die der Schamotteplatte ist, wird jedoch nicht der Wirkungsgrad erzielt, der sich bei ■ Verwendung von eisernen Platten ergeben würde.' Eiserne Platten können aber wiederum nicht verwendet werden, da sie wegen der Berührung des elektrischen Heizdrahtes einen Kurzschluß hervorrufen. Da die keramische Masse ein schlechterer Wärmeleiter ist, besteht außerdem die Möglichkeit, daß durch Anhäufung übermäßiger Wärme infolge Einschlusses der Widerstandsdrähte dieselben durchbrennen oder jedenfalls frühzeitig unbrauchbar werden. Um die von der schlechten Wärmeleitfähigkeit der verwendeten keramischen Masse herrührenden Nachteile zu überwinden, wird bereits Magnesiumspinell als Einbettungsmittel für die Heizdrähte verwendet. Magnesiumspinell, das vorzugsweise unter Zusatz einer geringen Menge Kaolin geformt wird, besitzt bei einer hohen Isolierfähigkeit eine bessere Wärmeleitfähigkeit als die keramische Masse, so daß eine bessere Verteilung der von den Heizdrähten ausströmenden Wärme in der Heizplatte stattfindet. Die Wärmeleitfähigkeit dieses Einbettungsmittels liegt jedoch noch weit unter der des Eisens, so daß die zu erstrebende Wirtschaftlichkeit der Heizvorrichtung noch längst nicht erreicht ist.

Gemäß der Erfindung enthält nun die das Heizgut tragende Platte ungefähr gleiche Mengen von Silicium und Zirkon, die mit einem Phosphorsäure enthaltenden Bindemittel zu einer festen Platte gebrannt sind, wodurch die Platte eine fast metallische Wärmeleitfähigkeit bei jedoch hohen Isoliereigenschaften erhält.

Die Fläche der Koch- und Heizplatte, welche mit dem Heizgut in Berührung kommt, ist mit einer wärmefesten Glasur überzogen. Mit der zum Heizen nicht verwendeten Seite der Heizplatte ist eine poröse, die Wärme schlecht leitende Platte aus feuerfestem Baustoff und von einer Wärmeleitfähigkeit geringer als die von Ton verbunden, um Wärmeausstrahlung zu verhindern. Das Silicium ist in der Heizplatte teilweise in Form von Siliciumcarbid vorhanden. Das Silicium kann auch vollständig in Form einer Eisen-Silicium-Legierung in der Heizplatte vorhanden sein. Auf die Heizdrähte wird ein Schutzmittel, wie leicht flüssiges Glas oder Bakelitfirnis, aufgebracht, das während des Brennens von den Poren der hitzebeständigen Platte aufgenommen wird.

Das die Wärme gut leitende Silicium befindet sich in sehr feiner Verteilung in der fertigen Heizplatte, so daß es als wirksamer Wärmeleiter dient, aber wegen des gleichzeitig vorhandenen Zirkons, das ein elek-

irischer Nichtleiter ist, einen derartig hohen elektrischen Widerstand in der Platte ergibt, daß dieselbe praktisch als Nichtleiter angesehen werden kann. Da die Wärmeleitfähigkeit des Siliciums fast doppelt so groß wie die des Gußeisens ist, ergibt sich nach der: Mischung mit gleichen Anteilen Zirkon eine' mittlere Wärmeleitfähigkeit, die der des Eisens gleichkommt. Die Wärmeleitfähigkeit ίο der Koch- und Heizplatte gemäß der Erfindung wurde im Vergleich¹ zu der des Magnesiumspinells, dem bekannten Einbettungsmittel, durch einen Versuch an «entsprechenden gleich großen Probezylindern festgestellt, und man fand, daß die Wärmeleitfähigkeit der Siliciumzirkonplatte die des Magnesiumspinells etwa um das Fünffache übertrifft. Es wurde auch durch Versuche festgestellt, daß die Wärmeleitfähigkeit der Koch- und Heizplatte gemäß der Erfindung bei hohen Temperaturen fast der des Eisens gleichkommt. Die Koch- und Heizplatte nach der Erfindung besitzt weiter den Vorteil, daß die ganze obere Fläche der Platte gleichmäßig erwärmt wird und die Erwärmung pro Flächeneinheit also geringer ist. Die Platte wird praktisch die Temperatur des .Widerstandselementes erreichen, die jedoch wegen der schnelleren Abführung der Wärme beträcht!ich niedriger als in den bekannten Vorrichtungen ist. Infolge der gleichmäßigeren -Ausbreitung der Wärme findet ein schnelleres Erhitzen des auf der Platte befindlichen Heizgutes statt. Auch kann die Vorrichtung gegebenenfalls entsprechend kleiner ausgeführt werden.

Besonders wirkt sich der Vorteil der schnelleren Wärmeausbreitung in der Platte bei Abdeckung der dem Heizgut abgekehrten Seite der Koch- und Heizplatte durch eine poröse Platte aus, deren Leitfähigkeit noch geringer als die von Ton ist. Die an dieser Seite ausgestrahlte Wärme wird also durch die poröse Platte zurückgestrahlt, so daß fast die ganze von den Heizdrähten herrührende Wärme zum Heizen ausgenutzt wird und Strahlungsverluste verringert werden. Mit solch einer Koch- und Heizplatte wurde beim Kochen im Vergleich zu einer bekannten Platte beispielsweise eine 4oprozentige Ersparnis an Strom erzielt. Die hohe AYirtschaftlichkeit dieser Vorrichtung ist auch noch durch die besondere Einbettung der Widerstandsdrähte in der Platte begründet. In der Zeichnung ist

Fig. ι ein senkrechter Schnitt durch eine elektrische Koch- und Heizplatte gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein senkrechter Schnitt einer etwas anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 ein senkrechter Schnitt einer weiteren Ausführung, in welcher die Widerstandsheizdrähte in der das Heizgut tragenden Platte -bei der Herstellung derselben eingebettet 'f fod,

''-'."·.-!""ig". 4 eine Draufsicht auf die teilweise im '■Schft'itt gezeigte Heizplatte nach Fig. 1 und " Fig. 5 ein senkrechter Schnitt durch eine noch andere Ausführungsform der Erfindung.

Die elektrische Koch- und Heizplatte besteht aus zwei Platten hitzebeständigen Stoffes, von denen die obere Platte das Heizgut trägt. Diese Platte besteht im wesentlichen aus einer Mischung von gleichen Mengen Silicium und Zirkon.

Natürlich vorkommendes Zirkon wird zu einer Feinheit gemahlen, so daß der größere Teil desselben durch ein Sieb hindurchgeht, welches 30 Maschen pro Ouadratzentimeter besitzt, und wird dann mit einer gleichen Menge Silicium oder einer Eisen-Silicium-Legierung mit einem hohen Gehalt von Silicium gemischt. Der gleichfalls gemahlene siliciumhaltige Stoff ist von einer Feinheit, daß' er durch ein Sieb von 20 bis 30 Maschen pro Ouadratzentimeter hindurchgeht. Dieser Mischung werden dann 4 bis 6 Gewichtsprozente Orthophosphorsäure (H₃PO₄) von einem spezifischen Gewicht von 1,71 oder es wird eine gleichwertige Säure hinzugefügt, go Das Gemisch wird dann zur Platte geformt und bei Temperaturen von ungefähr 1425⁰ C gebrannt. Die erhaltene Platte besitzt neben einer hohen Wärmeleitfähigkeit eine Grenzdruckfestigkeit von ungefähr 4O kg/cm² bei 1370⁰C. Sie ist sehr widerstandsfähig gegen Zerfressen und Erosion von Gasen bei 1435⁰ C und ist schwarz oder dunkel gefärbt, so daß sie Hitze sehr gut ausstrahlt.

Zufriedenstellende Ergebnisse können noch erzielt werden, wenn der .Mengenanteil des Siliciums bis etwa .85 °/₀ der Gesamtmischung beträgt.

Siliciumcarbid kann für einen Teil des Siliciums und Zirkons verwendet werden; besonders ist dies vorteilhaft, wenn die Koch- und Heizplatte bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen verwendet werden soll. Das Siliciumcarbid eignet sich für solche Zwecke sehr gut und ist billiger als Zirkon. Eine no Mischung von 85 Teilen Silicium, 15 Teilen Siliciumcarbid und 6 Teilen Orthophosphorsäure ergibt eine zufriedenstellende widerstandsfähige Platte für niedrige Temperaturen.

Mit der dem Heizgut abgekehrten Seite der Koch- und Heizplatte kann eine Platte aus porösem, weißem oder leicht gefärbtem, hitzebeständigem Stoff verbunden sein, die eine niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt und geeignet ist, Wärmeausstrahlungen an dieser Seite der Heizplatte zu erschweren. Es wird

also ein großer Teil der von den Heizdrähten ausgehenden Wärme zurückgestrahlt. Die Platte besitzt trotz ihrer porösen Beschaffenheit eine verhältnismäßig hohe Bruchspannung bei 1370⁰ C. Sie besteht aus einer kleinen Menge fein verteilten Metalls und einem Bindemittel, welches bei der Berührung mit dem Metall Gas erzeugen kann. Die Platte kann natürlich aus einem anderen

ίο Stoff hergestellt werden, solange derselbe in der Lage ist, hohe Temperaturen zu ertragen. Das fein verteilte Metall bekommt eine schützende Schicht eines flüssigen kolloidalen Werkstoffes, wie Klebstoff, Gelatine, Harz oder anderer Klebstoffsubstanzen, welche bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen während des darauffolgenden Brennens der hitzebeständigen Platte sich zersetzen. Die Schutzschicht auf den Metallteilchen verhindert oder verzögert Reaktion zwischen den letzteren und dem Bindemittel, bis die Mischung durch Hitzebehandlung die hitzebeständige Platte ergibt.

Ein Beispiel der Zusammensetzung einer solchen Platte ist natürlicher Zirkonsand, oder eine Mischung desselben mit gemahlenem Zirkon wird mit ungefähr 1 Gewichtsprozent Aluminiumpulver gemischt oder mit 15 °/₀ pulverisiertem Schwefel oder Harz und 6 °/₀ P₂O_n, wobei letzteres vorzugsweise in der Form von H₃PO₄ ist und die Hälfte in der Form von Ammoniumsäurephosphat in wässeriger Lösung.

Andere Metalle, wie Zink und Magnesium oder deren Legierungen, mögen an Stelle des Aluminiums verwendet werden. Der Schwefel kann weggelassen oder durch irgendeines der bekannten brennbaren Stoffe ersetzt werden, die geeignet sind, Gase zu erzeugen.

Diese Mischung hitzebeständigen Stoffes wird zur Platte geformt, die bei einer Temperatur von ungefähr 260 bis 370⁰ C gebrannt wird. Bei der Temperatursteigerung schwillt die Älasse an, bekommt eine zellenartige Struktur, das Bindemittel setzt sich, und die Wände der Zellen werden hart, so daß das Fertigerzeugnis gegen Zerstören widerstandsfähig ist, aber infolge der großen Porosität hitzeisolierend wirkt. Temperaturen von 260⁰ bis 1370° C und darüber werden beim Fertigbrennen verwendet, obgleich das Schwellen und die Zellbildung schon unterhalb von 260⁰ erfolgt. Das schließliche Setzen geschieht bei ungefähr 370⁰ C.

Ein Muster der porösen Platte wurde nach der Methode des spezifischen Gewichts geprüft, und man fand, daß über 60 0/0 des Rauminhaltes von Leerräumen gebildet ist. Der hitzebeständige Stoff, wie er für die Heizplatte gebraucht wurde, hatte eine Wärmeleitfähigkeit von 2,73 k cal/m h°C, während die poröse, hitzebeständige und hitzeisolierende Platte eine Wärmeleitfähigkeit von 0,36 k cal/m h°C besaß.

In der Zeichnung ist die Koch- und Heizplatte mit 10 bezeichnet. Sie besitzt an ihrer Unterseite spiralförmig angeordnete Nuten 12, in welche ein Widerstandsheizdraht 14 eingelegt ist.

Die Platte 10 liegt auf der Oberseite der leicht gefärbten, porösen, hitzebeständigen Platte 20 auf. Die Enden des elektrischen Heizwiderstandes 14 erstrecken sich nach unten durch geeignete öffnungen 22 der Platte 20 und sind mit einem elektrischen Stromkreis 24 verbunden. In der in Fig. 2 gezeigten geänderten Ausführungsform besitzt die obere Platte ι ο keine Nuten, sondern die obere Fläche der leicht gefärbten porösen Platte 20 besitzt die Spiralnut 30, um den Widerstandsheizdraht 14 aufzunehmen.

In der in Fig. 3 gezeigten geänderten Ausführung ist ein Widerstandsheizdraht oder ein Metallband 32 in der Platte 10 eingebettet, und zwar in beträchtlichem Abstand von der oberen Seite der Platte 20 und nahe der oberen Seite der Platte 10.

In den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungen der Erfindung sind die Platten 10 und 20 in der üblichen Weise geformt und gebrannt und miteinander verbunden, nachdem der Widerstandsdraht in die Nuten 12 bzw. 30 gebracht wurde. Die Berührungsflächen der Platten 10 und 20 sind früher mit einem geeigneten Bindemittel versehen. Dieses Bindemittel besteht aus leicht schmelzbarem Ton, welcher eine natürliche Glasur bildet, wenn er auf die Platte gebracht und bei geeigneter Temperatur gebrannt wird. Mit diesem Ton werden die Flächen bestrichen. An Stelle dieses Stoffes kann ebenso eine geeignete hitzebeständige Mischung verwendet werden, welche ein geeignetes niedrig schmelzendes Flußmittel ergibt. Die Mischung schmilzt bei Temperaturen, welche unterhalb der Temperatur liegen, welche zum Brennen verwendet wird, und bewirkt eine dauernde Verbindung der oberen und unteren Platten 10 und 20. Die Platte, in welcher der Widerstandsdraht liegt, wird dann bei Tempera- no türen von 370⁰ C oder darüber für genügend lange Zeit gebrannt, um die geeignete Fertigkeit zu erhalten.

Gegebenenfalls kann das Brennen der Platten 10 und 20 nach ihrer Verbindung unter Druck geschehen.

Die Herstellung der Vorrichtung nach Fig. 3 geschieht vorzugsweise auf folgende Weise: Die poröse, hitzebeständige Platte 20 wird zuerst geformt und bei Temperatüren von ungefähr 260⁰ C gebrannt. Das Widerstandselement, welches hier als metal-

lisches Band 32 gezeigt ist, wird spiralförmig auf einer vorläufigen Unterlage, beispielsweise Pappe, angeordnet, und die Pappe wird in entsprechendem Abstand über die obere 5 Oberfläche der porösen Platte 20 gelegt. Die fein verteilte Mischung des schwarzen hitzebeständigen Stoffes, wie sie früher beschrieben wurde, wird dann rund um das Widerstandselement 32 gelegt und das letztere in seiner Lage festgehalten. Der Stoff kann eines der früher erwähnten Bindemittel besitzen. Die Pappeunterlage wird daraufhin entfernt, und weiterer schwarzer hitzebeständiger Stoff wird auf das Widerstandselement gebracht, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Der auf der unteren Platte 20 lose liegende Stoff wird dann zur Platte 10 zusammengepreßt, und beide Platten werden sodann Temperaturen unterworfen, bei denen die Platte 10 gebrannt und mit der Platte 20 fest verbunden wird.

In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist an den gegenüberliegenden Seiten der porösen Platte je eine Koch- und Heizplatte 10 angeordnet. Der Widerstandsdraht 14 kann in den Spiralnuten jeder der äußeren Platten 1 o, wie gezeigt, angeordnet sein, oder der Draht kann auch in gegenüberliegenden Nuten der porösen Platte 20 angeordnet sein. Eine Heizeinheit solcher Ausführung kann mit Erfolg dort angebracht werden, wo gleichzeitig die obere Platte 10 zum Backen und die untere Platte 10 zum Rösten verwendet wird.

Vorzugsweise wird der Widerstandsdraht mit einer Schutzmasse mit niedrigem Schmelzpunkte versehen, bevor er in Berührung mit der schwarzen hitzebeständigen Masse der Platte 10 gebracht wird, besonders dann, wenn die letztere in feuchtem Zustand vor dem Brennen verwendet wird. Eine solche Behandlung des Widerstandselementes ist besonders in der Ausführung nach Fig. 3 wünschenswert. Das Schutzmittel, das beispielsweise ein niedrig schmelzendes Glas sein kann, dient dazu, um den Widerstandsdraht vor Korrosion durch die' saure Bindemasse zu schützen, bevor die hohen Temperaturen angewandt werden, um die Masse zu bren-

_So nen. Das Glas schmilzt und wird von den Poren in dem den Draht umgebenden Werkstoff während des Brennens aufgenommen, und auf diese Art wird genügend Raum für die Ausdehnung des Widerstandsdrahtes während des darauffolgenden Gebrauches der Koch- und Heizplatte vorgesehen. Ein Bakelitfirnis oder ein anderer Firnis kann als Schutzmittel verwendet werden.

Die mit dem Heizgut in Berührung kommende Fläche 36 der Koch- und Heizplatte wird vorzugsweise mit einer Glasur überzogen, die bei Temperaturen von 870⁰ C nicht weich und bei itnter der höchsten Heiztemperatur des Widerstandsdrahtes, d.h. bei ungefähr 1 ioo° C, liegenden Temperaturen frei fließend wird.

Die die Glasur bildenden Stoffe können auf die Koch- und Heizplatte aufgebracht werden, bevor die Platte irgendeiner Hitzebehandlung unterworfen wurde, oder es kann nach Formung der Platte diese bis zu einer geeigneten Temperatur gebrannt werden, bevor die Glasur aufgetragen wird. In ersterem Falle wird durch die hohe Brenntemperatur das Schmelzen der Glasur und das feste Verbinden des Gefüges der Platte gleichzeitig bewirkt.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Koch- und Heizplatte, bestehend aus einer feuerfesten Platte mit eingeschlossenen Widerstandsheizdrähten, dadurch gekennzeichnet, daß die das Heizgut tragende Platte ungefähr gleiche Mengen von Silicium und Zirkon enthält, die mit einem Phosphorsäure enthaltenden Bindemittel zu einer festen Platte gebrannt sind.

2. Elektrische Koch- und Heizplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Heizplatte, welche mit dem Heizgut in Berührung kommt, mit einer wärmefesten Glasur überzogen ist.

3. Elektrische Koch- und Heizplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine poröse, die Wärme schlecht leitende Platte aus feuerfestem Baustoff und von einer Wärmeleitfähigkeit, geringer als die von Ton, mit der dem Heizgut abgekehrten Seite der Heizplatte verbunden ioo ist.

4. Elektrische Koch- und Heizplatte nach Anspruch 1, 'dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium vollständig oder teilweise in Form von Siliciumcarbid in der Heizplatte vorhanden ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Koch- und Heizplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einbettung der Heizwicklung in no die Masse auf die Heizdrähte ein Schutzmittel (z. B. flüssiges Glas oder Bakelitfirnis) aufgebracht wird, welches während des Brennens von den Poren der hitzebeständigen Platte aufgenommen wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen