EP0922909A1 - Heizkörper, insbesondere für Küchengeräte - Google Patents

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Publication number
EP0922909A1
EP0922909A1 EP98123542A EP98123542A EP0922909A1 EP 0922909 A1 EP0922909 A1 EP 0922909A1 EP 98123542 A EP98123542 A EP 98123542A EP 98123542 A EP98123542 A EP 98123542A EP 0922909 A1 EP0922909 A1 EP 0922909A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating conductor
depressions
raised sections
radiator according
sections
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98123542A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Dipl.-Ing Haazendonk (Ba)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EGO Elektro Geratebau GmbH
Original Assignee
EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EGO Elektro Geratebau GmbH filed Critical EGO Elektro Geratebau GmbH
Publication of EP0922909A1 publication Critical patent/EP0922909A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • H05B3/748—Resistive heating elements, i.e. heating elements exposed to the air, e.g. coil wire heater

Definitions

  • the invention relates to a radiator, in particular for Kitchen appliances.
  • radiators or heaters can be used in particular for heating a hotplate can be used.
  • You are preferred designed and formed as a radiant heater usually a self-contained unit, which as such a corresponding device, for example in a hob an electric cooker can be attached.
  • Generic Radiators have a single or multi-part insulation pad and at least one on the top of the insulation pad attached electrical heating conductor.
  • the material of the insulation pad is expediently at least electrically insulating, but preferably also thermally insulating, so that heating energy only slightly to the rear of the insulating pad is derived.
  • the heat conductor can be in the form, for example one at least in sections straight and / or coiled Heat conductor wire are present.
  • a heating conductor can also be in the form of a flat ribbon and possibly in Be corrugated in the longitudinal direction.
  • the unit made of insulating pad and heating conductor expediently has a continuous, normally approximately flat surface area and can be used in essentially over the entire area provided with heating conductors Giving up surface thermal energy, in particular blasting.
  • the insulating pad of the generic type has radiators Top with profiling with raised sections and Indentations.
  • Known radiators of this type can be divided into two Classes can be divided. In one class they are Grooves are groove-shaped and serve to determine the position of a heating conductor to be inserted into the groove.
  • the one in the US patent 3 991 298 radiator shown has an insulating pad with a flat surface into which a spiral Groove is introduced.
  • a heating conductor in the form of a smooth Ribbon stands upright in the groove and projects with it most of its height out of the groove.
  • the one in the US patent 3,612,828 radiator also has one essentially flat insulating pad with a spiral, relatively wide groove in which a longitudinally corrugated Flat ribbon heating conductor is inserted.
  • the depth of the groove corresponds to the height of the heating conductor, so that it is flush with the tops of the raised portions between the grooves lies.
  • the heating conductors are replaced by separate ones Fasteners secured against lifting out of the groove.
  • the structure is similar to that in the European patent specification Radiator shown in EP 0 612 195, in the case of a circular arc Grooves a heating conductor in the form of an upright, in Longitudinally corrugated ribbon to take up the position of the heating conductor on the insulation pad.
  • In the grooves are transverse webs spaced apart in the longitudinal direction of the groove provided from the material of the insulating pad into which the heating conductor intervenes.
  • the crossbars are used for fastening of the heating conductor on the insulation pad.
  • the raised sections are insulated in the form straight webs in front, which over a flat surface of the insulating pad protrude and those of support and Attachment of the heating conductors embedded in sections to serve.
  • the German patent DE shows as an example 27 29 930 a radiator with a round insulating pad and a helical spiral around the center Heating conductor. The webs of the insulating pad run radially, so that the heat conductor is essentially perpendicular to each Bridge runs over this.
  • the one in the German patent specification DE 28 20 114 shown rectangular radiator has in the longitudinal direction parallel, helical Heating conductor by the evenly spaced crossbars of the Insulation pad to be worn and in sections are embedded.
  • the invention has for its object a generic Develop radiators in such a way that it is particularly simple can be produced.
  • the invention proposes a radiator with the features of claim 1.
  • a radiator according to the invention is characterized in that that raised sections and depressions in the manner of a Network are distributed over the top of the insulating pad and that the heating conductor engages in the raised sections.
  • network there is an area distribution of running in different directions along the top, to understand essentially elongated structures that preferably meet at nodes. The Nodes are also in a given area distribution in front.
  • Net-like, for example crisscross the upper side running raised sections or raised Sections between mesh-like running on the top Grooves offer the heating conductor a variety of engagement points or breakpoints essentially regardless of how the heating conductor runs on the surface.
  • an insulating pad with a certain net-like, honeycomb or nubbed structuring of their Surface for carrying differently designed and / or trained heating conductors to use, since the profiling the surface is not necessarily the desired one Orientation of the routing of the heating conductor.
  • trained insulation pad can be used as a universal insulation pad be used. It makes it easier the production of radiators.
  • the area distribution of nodes and elongated Structures may be irregular, it is preferred evenly, so that in different directions in same configurations of the surface of the insulating pad Repeat raised sections and depressions regularly.
  • the network can be formed by furrows or grooves, between which raised sections remain. Through it can e.g. Surfaces with pimpled structure are created, the knobs, for example, frustoconical or dome-shaped can be trained.
  • the interstices of the network are formed by depressions, that the raised sections form the network.
  • the invention makes it possible to use the insulating pad through suitable net-like, honeycomb or nubbed structuring their top for selective positive locking and securing the engaging in the raised sections Heating conductor against lifting off the insulation pad to train.
  • the density of the attachment points is thereby through the "mesh size" of the network and the course of the Heating conductor determined relative to it. It is not necessary to the heating conductor itself fasteners for positive locking Intervention in the insulating pad form, such as it in the DE 25 51 137 or European patent application EP 0 590 315 shown heating conductors is the case.
  • the shown there flat ribbon-shaped heating conductors have one piece with the heating conductor trained, longitudinally spaced fastening feet, which are produced by a punching process can and to intervene in an insulation pad flat surface are provided.
  • Such fasteners on the heat conductor can be structured according to the invention Insulation pad can be avoided.
  • the invention enables it that the heating conductor unites along its length has a substantially constant cross section.
  • Such heating conductor are particularly easy to manufacture, have along their length has a uniform cross-section which is resistant to resistance and therefore heat up when an electrical one is put on Tension very evenly along its length.
  • a heating conductor can be round in cross section, for example, however, in a preferred embodiment it has the shape of a preferably corrugated flat ribbon, which are mutually parallel broadsides and preferably continuous, has parallel narrow sides.
  • the broadsides are preferably inclined, in particular essentially perpendicular to one through the lateral extension of the insulating pad defined, preferably flat surface.
  • Flat resistors, the resistive cross-sections at least sometimes not parallel to that through the insulation pad defined heating level, but in contrast inclined up are at right angles, among other things, are therefore advantageous because they are transverse to theirs even with high resistance Longitudinal direction and less space approximately parallel to the heating level claim and therefore arranged in a higher power density and can be better insulated against leakage currents.
  • Foil-like thin heating conductors are particularly preferred, the thickness of which can preferably be between 0.02 and 0.1 mm, in particular between 0.04 and 0.08 mm, in particular approximately 0.05 mm.
  • the width or, in the case of the vertically positioned flat strip, the height can be, for example, between 1 and 5 mm, for example approximately 3 mm.
  • Such thin, flat heating conductors advantageously heat up quickly, for example within less than 10 or 8 or 5 seconds, to their operating temperature, which can in particular be above 1200 K or 1300 K and below 1600 K.
  • the ratio of the mass of these low-mass heating conductors to their nominal output can be less than 7 x 10 -3 grams per watt [g / W], which significantly shortens the glow time compared to more massive heating conductors.
  • a heating conductor is also in the range of Recesses in particular slightly in the material of the Insulating pad intervenes.
  • a preferred embodiment is characterized in that the heating conductor exclusively engages in raised sections, so that the heating conductor in Area of the depressions not in the material of the insulating pad penetrates.
  • the raised sections can at least in some areas Have cross sections that, for example, face the radiation side taper triangularly or U-shaped.
  • the depressions essentially by approximately perpendicular to a preferably flat surface of the Insulating pad running side surfaces limited.
  • the raised sections are in the form of webs or ribs with approximately vertical side walls.
  • Recesses or raised sections with approximately vertical lateral boundary surfaces are particularly easy to manufacture, for example by pouring into corresponding molds or by that indentations by stamping or drilling into an insulating pad be introduced. It can be advantageous if a depression slightly widens towards the heating conductor.
  • the raised portions between such depressions can thus be approximately trapezoidal in cross section.
  • Indentations with side surfaces for example between 5 ° and 35 ° at an angle to the vertical of the insulation pad are not easy by embossing the Make the fully hardened material of the insulation pad.
  • a stamp can be expanded Recesses particularly easily from the embossed insulating pad shape.
  • the depressions can preferably be parallel to one another flat surface of the insulating pad lying cross section have an irregular shape.
  • one or all depressions have a central symmetrical cross section, for example a three, four or six-digit number Has rotational symmetry, for example in the manner of Honeycomb.
  • the depressions can be corner-free, so that if necessary existing corners can be rounded, for example.
  • the depressions each have circular cross sections, in particular essentially with identical cross-sectional area. It can also be complementary Structures with appropriately shaped raised sections be provided. These can then e.g. in the form of Knobs are present, which are in particular frustoconical or dome-shaped can be trained.
  • depressions or elevations can be irregular
  • a uniform, in particular three, four or sixfold symmetrical surface distribution of depressions or raised sections provided that preferably dimensioned in the same way and in are essentially identical to each other.
  • Such a honeycomb or cell-like structuring of the surface, over which there is a regular network of raised sections extends, or such a nub structure is simple manufacture and has over the entire area of the insulation pad about the same properties, especially with regard to mechanical strength and the radiation behavior for Heating energy.
  • the depressions can have a relatively large proportion of area take the entire insulation pad, for example between 40 and 90%, especially about 50% of the surface.
  • a lateral distance between the centers of gravity, especially the centers adjacent wells can for example between 1.1 and 2 times, preferably about 1.3 times as large as one largest diameter of a recess, so that between the Wells formed relatively narrow raised portions are. This makes it possible to cut much of the length of the Arrange heating conductor in the area of depressions, which the electrical efficiency of the heater is positively influenced.
  • the depth of the wells measured from one preferably about flat top of a raised section to one preferably flat bottom of a depression, can be roughly in the Order of magnitude of the height of the heating conductor.
  • a depth of the recesses is less than a depth of one the recesses of the insulating body of the insulating pad. This leaves insulation material underneath the depressions present that is thermally insulated on the one hand and on the other hand for the mechanical stabilization of the depressions expelling body of the insulating pad.
  • the mean depth of the wells can be between one eighth and three quarters of the thickness of the insulation pad amount, in particular about a quarter. It is also possible that the recesses through a through holes first part of the insulating pad are formed on a preferably flat top of a second part of the Insulation underlay, especially flat and without intermediate gaps lies on.
  • the insulating pad can be built up like a sandwich be, wherein the upper part is designed in the manner of a perforated plate is.
  • the different parts of the insulation pad can be of the same material or of different Materials.
  • the heating conductor be over the top of the raised portions protrudes, preferably by between 10 and 80%, especially around 50% of its height, can especially with heating conductors for higher nominal voltages become very narrow.
  • the heating conductor can cover its entire length Reach into the raised sections so far, that its top or top edge is essentially flush ends with the top of the raised sections or even below it. That is also in the area of the raised sections holding the heating conductor is sufficient Radiant power of the heating conductor achievable, whereby one that varies only slightly across the entire heating level, promoted about uniform heat emission from the heating unit becomes.
  • the round radiator 1 shown in detail in FIG. 1 has a stable, one-piece insulating pad in the form of a thermal insulation molded part, which consists of a either fiber-free or reinforced with physiologically harmless fibers, microporous thermal insulation mass is made.
  • the insulation pad 2 lies in a cup-shaped holding plate 3, the a cooking zone of a hob of a glass ceramic electric cooker forms.
  • the highly heat-insulating, temperature-resistant material the insulation pad has both good electrical insulation Properties, as well as good thermal insulation properties and preferably contains one by flame pyrolysis extracted silica.
  • multi-part insulation pads especially one below the structured insulation pad, possibly support body made of other material may be provided can.
  • a substantially parallel to the flat bottom 4 of the Insulating pad running top 5 of the insulating pad is in the installed state of the radiator, for example Facing the underside of a glass ceramic plate.
  • On the scope of the Insulation pad is axially a continuous Edge 6 made of insulating material, the top 5 of the Insulator parallel top 7 over the upper edge 8 of the vertical edge of the support shell 3 stands out, and which at installed radiator e.g. to the underside of a glass ceramic plate is pressed.
  • a separate molded part made of thermal insulation material is, but also in one piece with other embodiments the insulating pad can be formed on the one hand a spacer between the insulating pad and the glass ceramic plate and on the other hand a heat-insulating side boundary an approximately cup-shaped boiler room.
  • the Top 5 structured evenly network-like or honeycomb-like.
  • the insulating pad has a profile on its top with a network of raised sections 10 and in Cross-section circular, in the schematic figure approximately cylindrical recesses 11, which the interstices of the Form the network of raised portions 10.
  • the in practice usually slightly tapering towards the top 5 Wells, for example with bevels from approx. 5 ° to approx. 35 °, are in parallel to each other Rows 12 with regular intervals along the rows arranged and lie in an area distribution with sixfold rotational symmetry, which is characterized by that when rotating about a central axis of a depression by 60 ° the surface pattern of the depressions 11 and webs 10 merges into itself.
  • the depressions 11 are all in the have essentially the same dimensions in the shown Embodiment has a diameter of about 3 mm and a between the surface 5 and a bottom 13 of a recess measured depth 14 of also about 3 mm. In other versions the depressions can also be smaller, for example in diameter down to approx. 0.5 mm or also larger, for example up to a maximum diameter of about 1 cm.
  • the wells don't have to, either in the embodiment shown, be round in cross section, but can also be triangular, quadrangular, for example or be hexagonal like a honeycomb or one have irregular cross-sectional shape. Their depth can also be smaller or larger than their maximum diameter, however preferably chosen so that below the wells insulating material still remains. In the embodiment shown the depth 14 is approximately a quarter of the axial Insulation pad thickness 2.
  • the network has three adjacent depressions Junction points 17, at each of which three adjacent webs in Angles of 120 ° meet each other.
  • Each not on the edge the insulation pad is six Surround nodes of the network.
  • the narrow, even area distribution from nodes 17, like the distribution of the depressions, sixfold symmetry, the distances between neighboring ones Knots correspond approximately to the diameter of the depressions.
  • the Insulating pad 2 in the area of its top an elongated Heating conductor 20 attached so that it against movement parallel to the insulating pad 2 or to its longitudinal direction and against lifting movements across the insulation pad is positively and / or non-positively secured.
  • the as Electric heating resistor trained heating conductor 20 is at least partially free within the through the insulating pad and the edge of the bowl and can be nested single or multiple spiral turns or spirals or in concentric arcs created by sweeping are interconnected, arranged approximately parallel to the edge 6 be.
  • One or more heating conductors are preferably in the essentially evenly distributed over a heating area that over the entire circumference approximately to the inner circumference of the Edge 6 connects and almost to the raised center 21 of the Insulation pad is enough.
  • Each heating resistor 20 has a continuous length an essentially constant, rectangular one Cross section with parallel broad sides 22 and narrow sides running parallel to each other 23.
  • the broad sides 22 are essentially vertical aligned to the insulating pad so that a heating conductor 20th can also be called a standing ribbon.
  • the Ribbon is made of a FeCrAl alloy and is in its longitudinal direction evenly waved approximately sinusoidally.
  • Half the wavelength of the corrugation deviates from the periodicity of the depressions and in the example shown is approx. 10% smaller than the lateral distance 15 of the neighboring centers Indentations.
  • the measured between the broad sides 22 Thickness 24 of the meandering corrugated ribbon lies at approx. 0.05 mm, its average width 25 at approx. 3 mm.
  • a respective band end of the heating conductor 20 can immediately and without additional intermediate elements as an electrical connection end 26, 27 and by bending or interlacing brought into a position relative to the remaining heating resistor 20 be in which it is special for the electrical connection well suited.
  • the heating conductors 20 were made after the insulation pad was produced 2 in the honeycomb or net-like structured top 5 of the insulation pad up to about half the bandwidth 25 pressed into the network structure of the raised sections.
  • the material of the insulation pad is only fiber-reinforced that the heating conductor can easily be pushed in cuts the raised sections.
  • the heating conductor is by locally cutting the fiber composite or by the "barb effect" of those aligned in the direction of insertion Fiber ends anchored particularly well.
  • the one through the sublime Sections 10 formed honeycomb walls or network sections, the depressions forming the honeycomb cells or interstitial spaces 11 separate from each other, are partially when pressed severed, resulting in dashed attachment sections 28 of a heating conductor 20 in a form-fitting manner Intervene material of the raised portions 10 and there in mainly due to friction against lifting and longitudinal displacement are fixed. With appropriate adjustment of the distribution of the raised sections in terms of dimensions and shape of the heating conductor can be a variety relative in this way close to each other, small fixing points in terms of area or surfaces are created for the heating conductor.
  • the area of the fastening sections is expediently so chosen that on the one hand adequate mechanical fixation of the heating conductor on the insulation pad is and on the other hand as little radiation surface of the heat conductor as possible lies in the area of the fastening sections.
  • the raised sections should have a thickness have, which still ensures the required mechanical strength.
  • the through the raised sections 10 or honeycomb walls formed network structure of endlessly interconnected Honeycomb walls or webs can be a sufficient number relatively close to each other attachment points provide, without the positive locking of the heat conductor essential areas of the heat radiating Band surface of the heating conductor are covered.
  • a heating conductor can also have a different course relative to the insulation pad to have. In any case, the insulation pad offers one sufficient number of sufficiently close fastening points.
  • the distance between adjacent fastening points of a heating conductor can preferably be of the order of the width or height of the heating conductor, for example between 1 and 5 mm , especially around 3 mm.
  • the area of an individual incision or incision area does not have to be very large in order to ensure sufficient fastening stability.
  • the average surface area of the fastening areas can in particular be less than 2 mm 2 or less than 1 mm 2 , which ensures that the vast majority of the heating conductor surface is exposed even with a high fastening point density.
  • heat conductors with a positive temperature coefficient of electrical resistance occurs advantageously a certain self-regulation of the temperature differences in the areas of the fastening sections 28, because the current flows through them a little more, if it is slightly colder than the exposed sections are or vice versa.
  • the attachment of the heating conductor to the net-like structured surface can lead to an evening the temperature along the heat conductor lead what experience has shown an improved lifespan. It was even with repeated heating and cooling of the heating conductor no harmful loosening of the heating conductors from their positive Bracket observed. Apparently they're relative narrow webs on which the fastening sections 28 are formed are sufficiently mobile to withstand thermal expansion differences of the materials used slight movements of the heating conductor relative to the insulation pad to catch up with temperature changes.
  • insulating body 30 of the embodiment shown in FIG. 3 are essentially cylindrical or conical instead of slightly widened upward depressions 11 hemispherical Depressions 31 are provided, the diameter of which is approximately the bandwidth of the upright, corrugated heating conductor 32 corresponds.
  • the spacing of the wells as well their depth and cross-sectional dimensions in comparison to the heating conductor can be the corresponding values of the embodiment 1 and 2 correspond.
  • Due to the hemisphere shape have a coherent one between the wells Net forming raised section 33 a base widening downward and can be mechanical be more stable than the webs according to the embodiment 1 and 2.
  • the geometry with rounded, in particular hemispherical depressions is after eating the insulator particularly easy to demold and creates through the Comparison with the embodiment according to FIG. 1 with the same indentation depth larger contact areas in the incision area an even more secure hold of the heating conductor in the insulating body.
  • the insulating body 40 a complementary to the surface of the insulating body 30 Structure in which the raised sections are in shape of dome-shaped knobs 41 that are even distributed over the otherwise flat surface 42 are.
  • a coherent Network of recesses 44 that are at intersections meet and their soil or ground through the flat surface portions 42 of the insulating body are formed is.
  • the corrugated heating conductor flat band 45 is about two Third of the knob radius pressed into the knobs, so that the Heating conductor between the knobs in the area of the depressions hovers freely above the flat surface 42. Even such nubbed surface structures are currently preferred Dry press technology can be produced largely without scrap, because they are easy to demold.
  • FIG. 5 shows sections the surface of an insulating body 50 of another embodiment.
  • the raised sections in the form of frusto-conical knobs 51 which, unlike the 4 in the area of their otherwise flat surface 52 of the insulating body adjacent base 53 bump into each other.
  • this four-fold rotationally symmetrical Knob arrangement becomes the network of wells 54 essentially due to the V-shaped incisions running perpendicular to each other Valleys formed that are perpendicular to intersections to each other.
  • a cone angle of approx. 40 ° and a nub height which is approximately in the range of the flat bandwidth can lie, results in comparison to the embodiment 4 a higher surface density of fastening points for those to be pressed into the flat surface area of the knobs 51 Heating conductor.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

Es wird ein insbesondere als Strahlungsheizkörper für Elektro-Küchenherde verwendbarer Heizkörper (1) beschrieben, der eine Isolierunterlage (2) aus mikroporösem Wärmedämmaterial und mindestens einen an der Oberseite der Isolierunterlage befestigten, elektrischen Heizleiter (20) in Form eines aufrechtstehenden, gewellten Flachbandes hat. Die Isolierunterlage ist an ihrer Oberseite wabenähnlich strukturiert und hat ein Netz von erhabenen Abschnitten (10), zwischen denen etwa zylindrische Vertiefungen (11) liegen. Der Heizleiter greift mit kleinflächigen Befestigungsabschnitten formschlüssig in die erhabenen Abschnitte (10) ein und wird im Bereich der Vertiefungen (11) frei schwebend über der Isolierunterlage gehalten. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkörper, insbesondere für Küchengeräte.
Derartige Heizkörper oder Heizer können insbesondere zur Beheizung einer Kochstelle verwendet werden. Sie sind vorzugsweise als Strahlungsheizkörper ausgebildet und bilden meist eine in sich geschlossene Baueinheit, die als solche an einem entsprechenden Gerät, beispielsweise in einer Kochmulde eines Elektroherdes, befestigt werden kann. Gattungsgemäße Heizkörper haben eine ein- oder mehrteilige Isolierunterlage und mindestens einen an der Oberseite der Isolierunterlage befestigten elektrischen Heizleiter. Das Material der Isolierunterlage ist zweckmäßig zumindest elektrisch isolierend, vorzugsweise aber auch thermisch isolierend, so daß Heizenergie nur in geringem Maße zur Rückseite der Isolierunterlage abgeleitet wird. Der Heizleiter kann beispielsweise in Form eines zumindest abschnittsweise geraden und/oder gewendelten Heizleiterdrahtes vorliegen. Insbesondere bei Strahlungsheizkörpern kann ein Heizleiter auch flachbandförmig und ggf. in Längsrichtung gewellt sein. Die Baueinheit aus Isolierunterlage und Heizleiter hat zweckmäßig eine durchgehende, normalerweise etwa ebene Flächenausdehnung und kann in Betrieb im wesentlichen über die gesamte mit Heizleitern versehene Fläche thermische Energie abgeben, insbesondere abstrahlen.
Die Isolierunterlage gattungsgemäßer Heizkörper hat an ihrer Oberseite eine Profilierung mit erhabenen Abschnitten und Vertiefungen. Bekannte Heizkörper dieser Art können in zwei Klassen eingeteilt werden. Bei der einen Klasse sind die Vertiefungen nutförmig und dienen der Festlegung der Position eines in die Nut einzusetzenden Heizleiters. Der in der US-Patentschrift 3 991 298 gezeigte Heizkörper hat eine Isolierunterlage mit ebener Oberfläche, in die eine spiralförmige Nut eingebracht ist. Ein Heizleiter in Form eines glatten Flachbandes steht aufrecht in der Nut und ragt mit dem größten Teil seiner Höhe aus der Nut heraus. Der in der US-Patentschrift 3 612 828 gezeigt Heizkörper hat ebenfalls eine im wesentlichen ebene Isolierunterlage mit einer spiralförmigen, relativ breiten Nut, in die ein in Längsrichtung gewellter Flachband-Heizleiter eingelegt ist. Die Tiefe der Nut entspricht der Höhe des Heizleiters, so daß dieser bündig mit den Oberseiten der erhabenen Abschnitte zwischen den Nuten liegt. In beiden Fällen werden die Heizleiter durch gesonderte Befestigungselemente gegen Abheben aus der Nut gesichert. Im Aufbau ähnlich ist der in der Europäischen Patentschrift EP 0 612 195 gezeigte Heizkörper, bei dem kreisbogenförmige Nuten einen Heizleiter in Form eines aufrechtstehenden, in Längsrichtung gewellten Flachbandes aufnehmen, um die Position des Heizleiters auf der Isolierunterlage festzulegen. In den Nuten sind in Längsrichtung der Nut beabstandete Querstege aus dem Material der Isolierunterlage vorgesehen, in die der Heizleiter eingreift. Die Querstege dienen der Befestigung des Heizleiters an der Isolierunterlage.
Bei der zweiten Klasse von Heizkörpern mit profilierter Isolierunterlage liegen die erhabenen Abschnitte in Form gerader Stege vor, die über eine ebene Oberfläche der Isolierunterlage hinausragen und die der Unterstützung und der Befestigung der darin abschnittsweise eingebetteten Heizleiter dienen. Als Beispiel zeigt die Deutsche Patentschrift DE 27 29 930 einen Heizkörper mit einer runden Isolierunterlage und einem spiralig um der Zentrum verlegten, wendelförmigen Heizleiter. Die Stege der Isolierunterlage verlaufen radial, so daß der Heizleiter jeweils im wesentlichen senkrecht zum Steg über diesen verläuft. Der in der Deutschen Patentschrift DE 28 20 114 gezeigte rechteckige Heizkörper hat in Längsrichtung parallel zueinander verlaufende, wendelförmige Heizleiter, die von gleichmäßig beabstandeten Querstegen der Isolierunterlage getragen werden und in diese abschnittsweise eingebettet sind. Auch hier ist der Verlauf der Stege dem Verlauf der Heizleiter derart angepaßt, daß die Stege im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Heizleiters verlaufen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen gattungsgemäßen Heizkörper derart weiterzubilden, daß er besonders einfach herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Heizkörper mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor.
Ein erfindungsgemäßer Heizkörper zeichnet sich dadurch aus, daß erhabene Abschnitte und Vertiefungen nach Art eines Netzes über die Oberseite der Isolierunterlage verteilt sind und daß der Heizleiter in die erhabenen Abschnitte eingreift. Unter dem Begriff "Netz" ist hier eine Flächenverteilung von in unterschiedlichen Richtungen entlang der Oberseite verlaufenden, im wesentlichen langgestreckten Strukturen zu verstehen, die vorzugsweise an Knotenpunkten aneinandertreffen. Die Knotenpunkte liegen ebenfalls in einer vorgegebenen Flächenverteilung vor.
Eine netzartige Verteilung von erhabenen Abschnitten und Vertiefungen über die Oberseite der Isolierunterlage bietet einem an der Oberseite zu befestigenden Heizleiter in bestimmten, durch die Dimensionierung des Netzes vorgebbaren Abständen im Bereich der erhabenen Abschnitte Befestigungspunkte oder Befestigungsstellen, in die der Heizleiter eingreifen kann. Netzartig, beispielsweise kreuz und quer über die Oberseite verlaufende erhabene Abschnitte oder erhabene Abschnitte zwischen netzartig an der Oberseite verlaufenden Nuten bieten dem Heizleiter eine Vielzahl von Eingriffsstellen bzw. Haltepunkten im wesentlichen unabhängig davon, wie der Heizleiter an der Oberfläche verläuft. Es kann also möglich sein, eine Isolierunterlage mit einer bestimmten netzartigen, wabenförmigen oder genoppten Strukturierung ihrer Oberfläche zum Tragen von unterschiedlich ausgelegten und/oder ausgebildeten Heizleitern zu verwenden, da sich die Profilierung der Oberfläche nicht unbedingt an der gewünschten Art der Verlegung des Heizleiters orientieren muß. Eine erfindungsgemäß ausgebildete Isolierunterlage kann als Universal-Isolierunterlage eingesetzt werden. Sie erleichtert damit die Herstellung von Heizkörpern.
Obwohl die Flächenverteilung von Knotenpunkten und langgestreckten Strukturen irregulär sein kann, ist sie vorzugsweise gleichmäßig, so daß sich in verschiedenen Richtungen in der Fläche der Isolierunterlage gleiche Konfigurationen von erhabenen Abschnitten und Vertiefungen regelmäßig wiederholen. Das Netz kann durch Furchen oder Nuten gebildet sein, zwischen denen erhabene Abschnitte stehen bleiben. Hiedurch können z.B. Oberflächen mit Noppenstruktur geschaffen werden, wobei die Noppen beispielsweise kegelstumpfförmig oder kalottenförmig ausgebildet sein können. Bei anderen Ausführungen sind die Netzzwischenräume durch Vertiefungen gebildet, so daß die erhabenen Abschnitte das Netz bilden. Durch das Aneinandertreffen an Knotenpunkten stabilisieren sich die erhabenen Abschnitte gegenseitig.
Durch die Erfindung ist es möglich, die Isolierunterlage durch geeignete netzartige, wabenartige oder genoppte Strukturierung ihrer Oberseite zur punktuellen formschlüssigen Befestigung und Sicherung des in die erhabenen Abschnitte eingreifenden Heizleiters gegen Abheben von der Isolierunterlage auszubilden. Die Dichte der Befestigungsstellen wird dabei durch die "Maschenweite" des Netzes und den Verlauf des Heizleiters relativ dazu bestimmt. Es ist nicht notwendig, an dem Heizleiter selbst Befestigungsglieder zum formschlüssigen Eingriff in die Isolierunterlage auszubilden, wie es beispielsweise bei den in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 25 51 137 oder der europäischen Patentanmeldung EP 0 590 315 gezeigten Heizleitern der Fall ist. Die dort gezeigten, flachbandförmigen Heizleiter haben einstückig mit dem Heizleiter ausgebildete, in Längsrichtung beabstandete Befestigungsfüße, die durch eine Stanzvorgang hergestellt werden können und die zum Eingreifen in eine Isolierunterlage mit ebener Oberfläche vorgesehen sind. Derartige Befestigungselemente am Heizleiter können bei einer erfindungsgemäß strukturierten Isolierunterlage vermieden werden. Die Erfindung ermöglicht es, daß der Heizleiter entlang seiner Länge einen im wesentlichen konstanten Querschnitt hat. Derartige Heizleiter sind besonders einfach herzustellen, haben entlang ihrer Länge einen gleichförmigen widerstandsaktiven Querschnitt und heizen sich daher bei Anlegen einer elektrischen Spannung sehr gleichmäßig entlang ihrer Länge auf.
Ein Heizleiter kann beispielsweise im Querschnitt rund sein, hat jedoch bei einer bevorzugten Ausführungsform die Form eines vorzugsweise gewellten Flachbandes, das zueinander parallele Breitseiten und vorzugsweise unabgesetzt durchgehende, parallele Schmalseiten aufweist. Die Breitseiten stehen vorzugsweise geneigt, insbesondere im wesentlichen senkrecht zu einer durch die laterale Erstreckung der Isolierunterlage definierten, vorzugsweise ebenen Fläche. Flachwiderstände, deren widerstandsaktive Querschnitte wenigstens teilweise nicht parallel zu der durch die Isolierunterlage definierten Heizebene, sondern demgegenüber geneigt bis rechtwinklig liegen, sind unter anderem deshalb vorteilhaft, weil sie auch bei hoher Widerstandsleistung quer zu ihrer Längsrichtung und etwa parallel zur Heizebene weniger Raum beanspruchen und daher in höherer Leistungsdichte angeordnet und gegen Kriechströme besser isoliert werden können.
Besonders bevorzugt sind folienartig dünne Heizleiter, deren Dicke vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,1 mm, insbesondere zwischen 0,04 und 0,08 mm liegen kann, insbesondere bei ca. 0,05 mm. Die Breite bzw., bei senkrechtstehendem Flachband die Höhe, kann z.B. zwischen 1 und 5 mm liegen, beispielsweise bei etwa 3 mm. Derartig dünne, flache Heizleiter heizen sich vorteilhaft schnell, z.B. innerhalb weniger als 10 oder 8 oder 5 Sekunden, auf ihre Betriebstemperatur auf, die insbesondere oberhalb 1200 K oder 1300 K und unterhalb 1600 K liegen kann. Das Verhältnis der Masse dieser massearmen Heizleiter zu ihrer Nennleistung kann geringer als 7 x 10-3 Gramm pro Watt [g/W] sein, was die Aufglühzeit gegenüber massiveren Heizleitern deutlich verkürzt. Als Material für den Heizleiter hat sich besonders eine FeCrAl-Legierung bewährt, die einen Aluminiumanteil von mehr als 4% hat, vorzugsweise von etwa 5%.
Es ist möglich, daß ein Heizleiter auch in dem Bereich von Vertiefungen insbesondere geringfügig in das Material der Isolierunterlage eingreift. Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß der Heizleiter ausschließlich in erhabene Abschnitte eingreift, so daß der Heizleiter im Bereich der Vertiefungen nicht in das Material der Isolierunterlage eindringt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn im Bereich mindestens einer Vertiefung, vorzugsweise im Bereich aller Vertiefungen ein lichter Abstand zwischen einem Boden der Vertiefung und dem Heizleiter besteht. Ein derartig gehaltener Heizleiter schwebt im Bereich zwischen den erhabenen Abschnitten oberhalb der Isolierunterlage. In diesem Bereich können Unterschiede der Wärmeausdehnungen von Heizleiter und Isolierunterlage besonders einfach ausgeglichen werden, indem sich beispielsweise der Heizleiter bei Aufheizung in dem frei schwebenden Bereich ausdehnt und entsprechend eine Krümmung ausbildet oder eine vorhandene Krümmung verstärkt. Zudem ist ein frei schwebender Heizleiterabschnitt besonders vorteilhaft bezüglich der erreichbaren Wärmeabstrahlung.
Die erhabenen Abschnitte können mindestens bereichsweise Querschnitte haben, die sich beispielsweise zur Abstrahlseite hin dreiecksförmig oder U-förmig verjüngen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vertiefungen im wesentlichen durch etwa senkrecht zu einer vorzugsweise ebenen Fläche der Isolierunterlage verlaufende Seitenflächen begrenzt. Dadurch liegen die erhabenen Abschnitte in Form von Stegen oder Rippen mit etwa senkrechten Seitenwänden vor. Vertiefungen bzw. erhabene Abschnitte mit etwa senkrechten seitlichen Begrenzungsflächen sind besonders einfach herstellbar, beispielsweise durch Gießen in entsprechende Formen oder auch dadurch, daß Vertiefungen durch Prägen oder Bohren in eine Isolierunterlage eingebracht werden. Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Vertiefung sich zum Heizleiter hin geringfügig aufweitet. Die erhabenen Abschnitte zwischen derartigen Vertiefungen können damit im Querschnitt etwa trapezförmig sein. Vertiefungen mit Seitenflächen, die beispielsweise zwischen 5° und 35° schräg zur Senkrechten der Isolierunterlage ausgerichtet sind, lassen sich gut durch Prägung des noch nicht vollständig gehärteten Materials der Isolierunterlage herstellen. Ein Prägestempel läßt sich bei sich erweiternden Vertiefungen besonders einfach aus der geprägten Isolierunterlage ausformen.
Die Vertiefungen können einen parallel zur vorzugsweise ebenen Fläche der Isolierunterlage liegenden Querschnitt haben, der irregulär geformt ist. Vorzugsweise haben jedoch eine oder alle Vertiefungen einen zentralsymmetrischen Querschnitt, der beispielsweise eine drei-, vier- oder sechszählige Drehsymmetrie aufweist, beispielsweise nach Art von Waben. Die Vertiefungen können eckenfrei sein, so daß ggf. vorhandene Ecken beispielsweise abgerundet sein können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Vertiefungen jeweils kreisrunde Querschnitte, insbesondere im wesentlichen mit identischer Querschnittsfläche. Es können auch komplementäre Strukturen mit entsprechend geformten erhabenen Abschnitten vorgesehen sein. Diese können dann z.B. in Form von Noppen vorliegen, die insbesondere kegelstumpfförmig oder kalottenförmig ausgebildet sein können.
Obwohl die Flächenverteilung der in der Isolierunterlage vorgesehenen Vertiefungen oder Erhebungen irregulär sein kann, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung eine gleichmäßige, insbesondere drei-, vier- oder sechszählig symmetrische Flächenverteilung von Vertiefungen oder erhabenen Abschnitten vorgesehen, die vorzugsweise gleichartig dimensioniert und im wesentlichen identisch zueinander sind. Eine derartige wabenähnliche oder zellenähnliche Strukturierung der Oberfläche, über die sich ein regelmäßiges Netz von erhabenen Abschnitten erstreckt, bzw. eine derartige Noppenstruktur ist einfach herzustellen und hat über den gesamten Bereich der Isolierunterlage etwa gleiche Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich mechanischer Belastbarkeit und des Abstrahlverhaltens für Heizenergie.
Die Vertiefungen können einen relativ großen Flächenanteil der gesamten Isolierunterlage einnehmen, beispielsweise zwischen 40 und 90%, insbesondere etwa 50% der Oberfläche. Ein lateraler Abstand der Schwerpunkte, insbesondere der Mittelpunkte benachbarter Vertiefungen kann beispielsweise zwischen 1,1 und 2 mal, vorzugsweise ca. 1,3 mal so groß sein wie ein größter Durchmesser einer Vertiefung, so daß zwischen den Vertiefungen relativ schmale erhabene Abschnitte ausgebildet sind. Dadurch ist es möglich, einen Großteil der Länge des Heizleiters im Bereich von Vertiefungen anzuordnen, was den elektrischen Wirkungsgrad des Heizers positiv beeinflußt. Die Tiefe der Vertiefungen, gemessen von einer vorzugsweise etwa ebenen Oberseite eines erhabenen Abschnittes zu einem vorzugsweise ebenen Boden einer Vertiefung, kann etwa in der Größenordnung der Höhe des Heizleiters liegen. Bevorzugt ist es, wenn das Verhältnis zwischen der Tiefe einer Vertiefung und einer mittleren Höhe eines Heizleiters zwischen 0,2 und 3 liegt, insbesondere bei etwa eins. Es ist bevorzugt, wenn eine Tiefe der Vertiefungen geringer ist als eine Tiefe eines die Vertiefungen aufweisenden Isolierkörpers der Isolierunterlage. Damit bleibt unterhalb der Vertiefungen noch Isoliermaterial vorhanden, das einerseits thermisch isoliert und andererseits zur mechanischen Stabilisierung des die Vertiefungen ausweisenden Körpers der Isolierunterlage beiträgt.
Beispielsweise kann die mittlere Tiefe der Vertiefungen zwischen einem Achtel und drei Viertel der Dicke der Isolierunterlage betragen, insbesondere etwa ein Viertel. Es ist auch möglich, daß die Vertiefungen durch Durchgangslöcher eines ersten Teils der Isolierunterlage gebildet sind, der auf einer vorzugsweise ebenen Oberseite eines zweiten Teils der Isolierunterlage insbesondere flächig und ohne Zwischenspalte aufliegt. Die Isolierunterlage kann sandwichartig aufgebaut sein, wobei der obere Teil nach Art einer Lochplatte ausgebildet ist. Die verschiedenen Teile der Isolierunterlage können aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein.
Obwohl es bevorzugt ist, daß der Heizleiter über die Oberseite der erhabenen Abschnitte hinausragt, vorzugsweise um zwischen 10 und 80%, insbesondere um etwa 50% seiner Höhe, kann insbesondere bei Heizleitern für höhere Nennspannungen dieser sehr schmal werden. Dabei kann der Heizleiter über seine gesamte Höhe derart weit in die erhabenen Abschnitte eingreifen, daß seine Oberseite oder Oberkante im wesentlichen bündig mit der Oberseite der erhabenen Abschnitte abschließt oder sogar darunter angeordnet ist. Damit ist auch im Bereich der den Heizleiter haltenden erhabenen Abschnitte eine ausreichende Abstrahlleistung des Heizleiters erreichbar, wodurch eine über die gesamte Heizebene nur geringfügig variierende, etwa gleichmäßige Wärmeabgabe der Heizeinheit gefördert wird.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung oder auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1
eine perspektivische, schräge Draufsicht auf einen Sektor einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Heizkörpers,
Fig. 2
einen vergrößerten Ausschnitt der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,
Fig. 3
eine Ausführungsform mit einem Isolierkörper, bei dem zwischen halbkugelförmigen Vertiefungen ein Netz von erhabenen Abschnitten vorliegt,
Fig. 4
eine Ausführungsform mit einer zur Fig. 3 komplementären Oberflächenstruktur mit kalottenförmigen Noppen, zwischen denen ein Netz von Vertiefungen liegt und
Fig. 5
eine andere Ausführungsform mit kegelstumpfförmigen Noppen.
Der in Fig. 1 ausschnittsweise gezeigte runde Heizkörper 1 hat eine formstabile, einteilige Isolierunterlage in Form eines Wärmedämmformteils, das aus einer entweder faserfreien oder mit physiologisch unbedenklichen Fasern verstärkten, mikroporösen Wärmedämmstoffmasse hergestellt ist. Die Isolierunterlage 2 liegt in einem topfförmigen Halteblech 3, das eine Kochzone einer Kochmulde eines Glaskeramik-Elektroherdes bildet. Das hochwärmeisolierende, temperaturbeständige Material der Isolierunterlage hat sowohl gute elektrisch isolierende Eigenschaften, als auch gute thermische Isoliereigenschaften und enthält vorzugsweise eine durch Flammenpyrolyse gewonnene Kieselsäure. Es gibt auch Ausführungsformen mit mehrteiligen Isolierunterlagen, wobei insbesondere ein unterhalb der strukturierten Isolierunterlage angeordneter, ggf. aus anderem Material bestehender Trägerkörper vorgesehen sein kann. Eine im wesentlichen parallel zum ebenen Boden 4 der Isolierunterlage verlaufende Oberseite 5 der Isolierunterlage ist im eingebauten Zustand des Heizkörpers beispielsweise der Unterseite einer Glaskeramikplatte zugewandt. Am Umfang der Isolierunterlage steht axial ein ringförmig durchgehender Rand 6 aus Isolierwerkstoff vor, dessen zur Oberseite 5 des Isolierkörpers parallele Oberseite 7 über die Oberkante 8 des vertikalen Randes der Tragschale 3 hinaussteht, und die beim installierten Heizkörper z.B. an die Unterseite einer Glaskeramikplatte gedrückt wird. Der Rand 6, der bei der gezeigten Ausführungsform ein separates Formteil aus Wärmedämmmaterial ist, bei anderen Ausführungsformen aber auch einstückig mit der Isolierunterlage ausgebildet sein kann, bildet einerseits ein Abstandhalter zwischen Isolierunterlage und Glaskeramikplatte und andererseits eine wärmedämmende seitliche Begrenzung eines insgesamt etwa napfförmigen Heizraumes.
Wie insbesondere auch in Fig. 2 gut zu erkennen ist, ist die Oberseite 5 gleichmäßig netzartig bzw. wabenartig strukturiert. Die Isolierunterlage hat an ihrer Oberseite eine Profilierung mit einem Netz von erhabenen Abschnitten 10 und im Querschnitt kreisförmigen, in der schematischen Figur etwa zylindrischen Vertiefungen 11, die die Netzzwischenräume des Netzes der erhabenen Abschnitte 10 bilden. Die in der Praxis in der Regel sich zur Oberseite 5 hin leicht konisch erweiternden Vertiefungen, beispielsweise mit Ausformschrägen von ca. 5° bis ca. 35°, sind in parallel zueinander verlaufenden Reihen 12 mit entlang der Reihen regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet und liegen in einer Flächenverteilung mit sechszähliger Drehsymmetrie vor, die sich dadurch auszeichnet, daß bei Drehung um eine Mittelachse einer Vertiefung um 60° das Flächenmuster der Vertiefungen 11 und Stege 10 in sich selbst übergeht. Die Vertiefungen 11 sind alle im wesentlichen gleich dimensioniert, haben bei der gezeigten Ausführungsform einen Durchmesser von ca. 3 mm und eine zwischen der Oberfläche 5 und einem Boden 13 einer Vertiefung gemessene Tiefe 14 von ebenfalls etwa 3 mm. Bei anderen Ausführungen können die Vertiefungen auch kleiner sein, beispielsweise im Durchmesser bis hinunter zu ca. 0,5 mm oder auch größer, beispielsweise bis zu einem maximalen Durchmesser von ca. 1 cm. Die Vertiefungen müssen auch nicht, wie bei der gezeigten Ausführungsform, im Querschnitt rund sein, sondern können beispielsweise auch dreiecksförmig, vierecksförmig oder nach Art von Waben sechseckförmig sein oder eine irreguläre Querschnittsform haben. Ihre Tiefe kann auch kleiner oder größer als ihr maximaler Durchmesser sein, ist jedoch vorzugsweise so gewählt, daß unterhalb der Vertiefungen noch Isoliermaterial verbleibt. Bei der gezeigten Ausführungsform beträgt die Tiefe 14 ca. ein Viertel der axialen Dicke der Isolierunterlage 2.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist ein lateraler Abstand 15 der Schwerpunkte bzw. Mittelpunkte benachbarter Vertiefungen ca. 1,3 mal so groß wie der Durchmesser der Vertiefungen. Dies bewirkt, daß zwischen den Vertiefungen erhabene Abschnitte 10 verbleiben, die in der gezeigten Ausführungsform durch die etwa zylindrische Form der axial ausgerichteten Vertiefungen im wesentlichen durch senkrecht zur Ebene der Isolierunterlage stehende Seitenwände 16 begrenzt sind. Durch die kreisrunde Querschnittsform ist bedingt, daß die stegförmigen erhabenen Abschnitte 10 eine variable Breite haben, die bei der gezeigten Ausführungsform minimal ca. 0,8 mm beträgt. Die minimale Breite der stegförmigen erhabenen Abschnitte kann insbesondere der mechanischen Festigkeit des Wärmedämmmaterials der Unterlage entsprechend gewählt sein, so daß ein Steg 10 ausreichend mechanisch stabil ist. Die erhabenen Abschnitte 10 bilden ein regelmäßiges Netz von Stegen. Zwischen jeweils drei aneinandergrenzenden Vertiefungen hat das Netz Knotenpunkte 17, an denen jeweils drei angrenzende Stege in Winkeln von jeweils 120° zusammentreffen. Jede nicht am Rande der Isolierunterlage angeordnete Vertiefung ist von sechs Knotenpunkten des Netzes umgeben. Die enge, gleichmäßige Flächenverteilung von Knotenpunkten 17 hat, wie die Verteilung der Vertiefungen, sechszählige Symmetrie, die Abstände benachbarter Knoten entsprechen etwa dem Durchmesser der Vertiefungen.
Wie besonders gut in Fig. 1 zu erkennen ist, ist an der Isolierunterlage 2 im Bereich ihrer Oberseite ein langgestreckter Heizleiter 20 so befestigt, daß er gegen Bewegungen parallel zur Isolierunterlage 2 bzw. zu seiner Längsrichtung und gegen Abhebebewegungen quer zur Isolierunterlage formschlüssig und/oder kraftschlüssig gesichert ist. Der als elektrischer Heizwiderstand ausgebildete Heizleiter 20 liegt wenigstens teilweise frei innerhalb des durch die Isolierunterlage und den Rand begrenzten Napfraumes und kann in ineinanderliegenden ein- oder mehrfachen Spiralwindungen bzw. Spiralen oder in konzentrischen Kreisbögen, die durch Kehren miteinander verbunden sind, etwa parallel zum Rand 6 angeordnet sein. Ein oder mehrere Heizleiter sind vorzugsweise im wesentlichen gleichmäßig über einen Heizbereich verteilt, der über den gesamten Umfang annähernd an den Innenumfang des Randes 6 anschließt und fast bis zum erhabenen Zentrum 21 der Isolierunterlage reicht.
Jeder Heizwiderstand 20 hat über seine gesamte Länge durchgehend einen im wesentlichen konstanten, rechteckförmigen Querschnitt mit parallel zueinander verlaufenden Breitseiten 22 und durchgängig parallel zueinander verlaufenden Schmalseiten 23. Die Breitseiten 22 sind im wesentlichen senkrecht zur Isolierunterlage ausgerichtet, so daß ein Heizleiter 20 auch als stehendes Flachband bezeichnet werden kann. Das Flachband ist aus einer FeCrAl-Legierung hergestellt und ist in seiner Längsrichtung gleichmäßig etwa sinusförmig gewellt. Die halbe Wellenlänge der Wellung weicht von der Periodizität der Vertiefungen ab und ist im gezeigten Beispiel ca. 10% kleiner als der laterale Abstand 15 der Mittelpunkte benachbarter Vertiefungen. Die zwischen den Breitseiten 22 gemessene Dicke 24 des mäanderförmig gewellten Flachbandes liegt bei ca. 0,05 mm, seine mittlere Breite 25 bei ca. 3 mm. Ein jeweiliges Bandende des Heizleiters 20 kann unmittelbar und ohne zusätzliche Zwischenglieder als elektrisches Anschlußende 26, 27 ausgebildet sowie durch Biegen bzw. Verschränken gegenüber dem übrigen Heizwiderstand 20 in eine Lage gebracht sein, in der es sich für den elektrischen Anschluß besonders gut eignet.
Die Heizleiter 20 wurden nach Herstellung der Isolierunterlage 2 in die wabenförmig bzw. netzartig strukturierte Oberseite 5 der Isolierunterlage bis ca. zur Hälfte der Bandbreite 25 in die Netzstruktur der erhabenen Abschnitte eingepreßt. Das Material der Isolierunterlage ist nur so faserverstärkt, daß sich der Heizleiter beim Eindrücken problemlos in die erhabenen Abschnitte einschneidet. Der Heizleiter wird durch das örtliche Zertrennen des Faserverbundes bzw. durch die "Widerhaken-Wirkung" der in Einschubrichtung ausgerichteten Faserenden besonders gut verankert. Die durch die erhabenen Abschnitte 10 gebildeten Wabenwände bzw. Netzabschnitte, die die Wabenzellen bzw. Netzzwischenräume bildenden Vertiefungen 11 voneinander trennen, werden beim Einpressen teilweise durchtrennt, wodurch gestrichelt gezeichnete Befestigungsabschnitte 28 eines Heizleiters 20 formschlüssig in das Material der erhabenen Abschnitte 10 eingreifen und dort im wesentlichen durch Reibung gegen Abheben und Längsverschiebung fixiert sind. Bei entsprechender Anpassung der Verteilung der erhabenen Abschnitte an die Dimensionen und die Form des Heizleiters können auf diese Weise eine Vielzahl relativ nahe beieinanderliegender, flächenmäßig kleiner Fixierungsstellen bzw. -flächen für den Heizleiter geschaffen werden. Die Fläche der Befestigungsabschnitte ist dabei zweckmäßig so gewählt, daß einerseits eine ausreichende mechanische Fixierung des Heizleiters an der Isolierunterlage gewährleistet ist und andererseits möglichst wenig Abstrahlfläche des Heizleiters im Bereich der Befestigungsabschnitte liegt. Wie ausgeführt, sollten die erhabenen Abschnitte jedoch eine Dicke haben, die die erforderliche mechanische Festigkeit noch gewährleistet. Die durch die erhabenen Abschnitte 10 bzw. Wabenwände gebildete Netzstruktur von endlos miteinander verbundenen Wabenwänden oder Stegen kann eine ausreichende Anzahl relativ eng zueinander stehender Befestigungsstellen bereitstellen, ohne daß durch die formschlüssige Befestigung des Heizleiters wesentliche Bereiche der wärmeabstrahlenden Bandoberfläche der Heizleiter abgedeckt werden. Ein Heizleiter kann auch relativ zur Isolierunterlage einen anderen Verlauf haben. In jedem Fall bietet die Isolierunterlage eine ausreichende Zahl hinreichend nahe beieinanderliegender Befestigungsstellen.
Bei der gezeigten Ausführungsform ergeben sich pro Vollwelle des Heizleiters 20 im Durchschnitt etwa zwei Befestigungsstellen bzw. Schnittbereiche mit den Stegen 10. Vorzugsweise kann der Abstand benachbarter Befestigungsstellen eines Heizleiters in der Größenordnung der Breite bzw. Höhe des Heizleiters liegen, beispielsweise zwischen 1 und 5 mm, insbesondere bei etwa 3 mm. Die Flächenausdehnung einer einzelnen Einschnittstelle bzw. eines Einschnittbereiches muß nicht sehr groß sein, um ausreichende Befestigungsstabilität zu gewährleisten. Die mittlere Flächenausdehnung der Befestigungsbereiche kann insbesondere weniger als 2 mm2 oder weniger als 1 mm2 betragen, wodurch gewährleistet ist, daß auch bei hoher Befestigungsstellendichte der weitaus größte Teil der Heizleiteroberfläche freiliegt.
Bei vorzugsweise verwendeten Heizleitern mit positivem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes tritt vorteilhaft eine gewisse Selbstregulierung der Temperaturunterschiede in den Bereichen der Befestigungsabschnitte 28 ein, denn diese werden etwas stärker vom Strom durchflossen, wenn sie gegenüber den freiliegenden Abschnitten etwas kälter sind bzw. umgekehrt. Die Anbringung der Heizleiter an der netzartig strukturierten Oberfläche kann zu einer Vergleichmäßigung der Temperatur entlang des Heizleiters führen, was erfahrungsgemäß eine verbesserte Lebensdauer ergibt. Es wurde auch bei wiederholtem Aufheizen und Abkühlen der Heizleiter keine schädliche Lockerung der Heizleiter aus ihrer formschlüssigen Halterung beobachtet. Offenbar sind die relativ schmalen Stege, an denen die Befestigungsabschnitte 28 ausgebildet sind, ausreichend beweglich, um die durch Wärmeausdehnungsunterschiede der verwendeten Materialien bedingten geringfügigen Bewegungen des Heizleiters relativ zur Isolierunterlage bei Temperaturwechslen aufzufangen.
Im Bereich der Vertiefungen wird der nur zur Hälfte seiner Breite 25 in die Isolierunterlage eingedrückte Heizleiter in einem lichten Abstand 29 oberhalb des Bodens 13 der Vertiefungen gehalten und schwebt sozusagen frei ohne Berührungskontakte mit der Isolierunterlage. Die freischwebenden Bereiche innerhalb der Vertiefungen können sich durch Vergrößerung oder durch Verkleinerung ihrer Krümmung bei Temperaturwechseln anpassen, ohne daß schädliche Spannungen entstehen. Es ist auch zu bemerken, daß die innerhalb des Isoliermaterials liegenden Befestigungsabschnitte 28 im Vergleich zu den freiliegenden, zur Heizleistung direkt beitragenden Oberflächenbereichen der Heizleiter flächenmäßig nur sehr gering ist. Die Mehrzahl der relativ schmalen Stege wird entlang von Schnittflächen durchtrennt, deren Auftreffwinkel zu den jeweils den durchschnittenen erhabenen Abschnitt begrenzenden Seitenflächen von 90° nur geringfügig, beispielsweise um zwischen 0 und 30° abweicht. Durch die insgesamt vergleichsweise geringe Eingriffsfläche des Heizleiters in die Isolierunterlage ist der elektrische Wirkungsgrad, das Verhältnis der eingesetzten elektrischen Leistung zur direkt zur Heizung verwendbaren thermischen Leistung, im Vergleich zu größerflächig eingebetteten Heizleitern relativ hoch. Grundsätzlich sollte die Eingrifftiefe des Heizleiters in das Material der Isolierunterlage möglichst gering gehalten werden, um bei ausreichender mechanischer Halterung möglichst große Oberflächenbereiche des Heizleiters unbedeckt zu halten.
Bei dem Isolierkörper 30 der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind anstelle der im wesentlichen zylindrischen bzw. konisch leicht nach oben erweiterten Vertiefungen 11 halbkugelförmige Vertiefungen 31 vorgesehen, deren Durchmesser etwa der Bandbreite des aufrechtstehenden, gewellten Heizleiters 32 entspricht. Die Abstandsverteilung der Vertiefungen sowie deren Tiefen- und Querschnittsdimensionierung im Vergleich zum Heizleiter kann den entsprechenden Werten der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 entsprechen. Durch die Halbkugelform haben die zwischen den Vertiefungen liegenden, ein zusammenhängendes Netz bildenden erhabenen Abschnitt 33 eine sich nach unten verbreiternde Basis und können dadurch mechanisch stabiler sein als die Stege der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2. Die Geometrie mit abgerundeten, insbesondere halbkugeligen Vertiefungen ist nach dem Fressen des Isolierkörpers besonders gut entformbar und schafft durch die im Vergleich zur Ausführung nach Fig. 1 bei gleicher Eindrücktiefe des Heizleiters größere Kontaktflächen im Einschnittbereich einen noch sichereren Halt des Heizleiters im Isolierkörper.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform hat der Isolierkörper 40 eine zur Oberfläche des Isolierkörpers 30 komplementäre Struktur, bei der die erhabenen Abschnitte in Form von kalottenförmigen Noppen 41 vorliegen, die gleichmäßig über die ansonsten ebene Oberfläche 42 verteilt angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich zwischen den mit lateralem Abstand zueinander angeordneten Noppen ein zusammenhängendes Netz von Vertiefungen 44, die an Kreuzungspunkten aneinandertreffen und deren Boden bzw. Grund durch die ebenen Oberflächenabschnitte 42 des Isolierkörpers gebildet ist. Das gewellte Heizleiterflachband 45 ist etwa um zwei Drittel des Noppenradius in die Noppen eingepreßt, so daß der Heizleiter zwischen den Noppen im Bereich der Vertiefungen über der ebenen Oberfläche 42 frei schwebt. Auch derartige, genoppte Oberflächenstrukturen sind in der derzeit bevorzugten Trockenpreßtechnik weitgehend ausschußfrei herstellbar, da sie gut entformbar sind.
Die schematische Darstellung in Fig. 5 zeigt ausschnittsweise die Oberfläche eines Isolierkörpers 50 einer anderen Ausführungsform. Hier liegen die erhabenen Abschnitte in Form von kegelstumpfförmigen Noppen 51 vor, die im Unterschied zu den Noppen 41 gemäß Fig. 4 im Bereich ihrer an die ansonsten ebene Oberfläche 52 des Isolierkörpers angrenzenden Basis 53 aneinander stoßen. Bei dieser vierzählig drehsymmetrischen Noppenanordnung wird das Netz von Vertiefungen 54 im wesentlichen durch senkrecht zueinander verlaufende, V-förmig eingeschnittene Täler gebildet, die an Kreuzungspunkten senkrecht zueinander verlaufen. Bei einem Kegelwinkel von ca. 40° und einer Noppenhöhe, die etwa im Bereich der Flachbandbreite liegen kann, ergibt sich im Vergleich zur Ausführungsform nach Fig. 4 eine höhere Flächendichte von Befestigungsstellen für den in den ebenen Oberflächenbereich der Noppen 51 einzupressenden Heizleiter.
Bei den Ausführungsformen nach den Fign. 3 bis 5, deren Isolierkörper aus dem gleichen Material wie diejenige nach Fig. 1 und 2 hergestellt sein kann, liegen die Vertiefungen als zusammenhängendes Netz vor, während sich in den Netzzwischenräumen die erhabenen Abschnitte befinden, die der Verankerung des Heizleiters dienen.
Die beispielhaft gezeigten Ausführungsformen machen deutlich, daß durch die Erfindung universell verwendbare Isolierkörper geschaffen werden können, die insbesondere aufgrund ihrer netzartigen Oberflächenstrukturierung für die einpressende Befestigung von Heizleitern, insbesondere senkrecht stehenden Heizleiterbändern, hervorragend geeignet sind.

Claims (15)

  1. Heizkörper, insbesondere für Küchengeräte, mit einer Isolierunterlage, die an ihrer Oberseite eine Profilierung mit erhabenen Abschnitten und Vertiefungen aufweist, und mit mindestens einem an der Oberseite der Isolierunterlage befestigten, elektrischen Heizleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die erhabenen Abschnitte (10; 33; 41; 51) und Vertiefungen (11; 31; 44; 54) nach Art eines Netzes über die Oberseite (5) der Isolierunterlage (2; 30; 40; 50) verteilt sind und daß der Heizleiter (20; 32) in die erhabenen Abschnitte (10; 33; 41; 51) eingreift.
  2. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz durch an Knotenpunkten (17) aneinandertreffende erhabene Abschnitte (10; 33) gebildet ist.
  3. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz durch an Knotenpunkten aufeinandertreffende Vertiefungen (44; 54) gebildet ist, wobei vorzugsweise zwischen den Vertiefungen erhabene Abschnitte in Form von, insbesondere kegelstumpfförmigen oder kalottenförmigen, Noppen (41; 51) ausgebildet sind.
  4. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (20; 32) in Längsrichtung einen im wesentlichen konstanten Querschnitt hat, wobei vorzugsweise der Heizleiter (20; 32) die Form eines vorzugsweise in Längsrichtung gewellten Flachbandes mit parallel zueinander verlaufenden Breitseiten (22) und durchgängig parallel zueinander verlaufenden Schmalseiten (23) hat, wobei insbesondere die Breitseiten (22) geneigt, insbesondere im wesentlichen senkrecht zur Isolierunterlage (2) ausgerichtet sind, wobei vorzugsweise der Heizleiter (20; 32) eine Dicke (24) zwischen 0,02 und 0,1 mm, insbesondere zwischen 0,04 und 0,08 mm, vorzugsweise von ca. 0,05 mm hat, wobei er eine Breite (25) zwischen 1 und 5 mm hat, vorzugsweise etwa 3 mm.
  5. Heizleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Masse des Heizleiters (20; 32) zu seiner Nennleistung geringer ist als 7 x 10-3 Gramm je Watt [g/W] und/oder daß der Heizleiter (20; 32) aus einer Eisen-Chrom-Aluminiumlegierung mit einem Aluminiumanteil von mehr als 4%, vorzugsweise ca. 5% besteht.
  6. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (20; 32) ausschließlich in erhabene Abschnitte (10; 33; 41; 51) eingreift.
  7. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Vertiefungen (11; 31; 44, 54) ein lichter Abstand (29) zwischen einem Boden (13; 42; 52) einer Vertiefung (11; 31; 44; 54) und dem Heizleiter (20; 32) besteht.
  8. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (11) im wesentlichen durch steil zu einer Ebene der Isolierunterlage verlaufende Seitenflächen (16) seitlich begrenzt sind, wobei sich vorzugsweise eine Vertiefung (11) zum Heizleiter (20) hin geringfügig aufweitet.
  9. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Vertiefungen (11) einen zentralsymmetrischen Querschnitt haben, insbesondere mit einer drei-, vier- oder sechszähligen Drehsymmetrie und/oder daß die Vertiefungen einen eckenfreien, insbesondere kreisrunden Querschnitt haben.
  10. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß erhabene Abschnitte (41; 51) einen zentralsymmetrischen Querschnitt haben, insbesondere mit einer drei-, vier- oder sechszähligen Drehsymmetrie und/oder daß erhabene Abschnitte einen eckenfreien, insbesondere kreisrunden Querschnitt haben und/oder daß erhabene Abschnitte als, vorzugsweise kegelstumpfförmige oder halbkugelförmige, Noppen (41; 51) ausgebildet sind.
  11. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine gleichmäßige, insbesondere drei-, vier- oder sechszählig symmetrische Flächenverteilung von gleichartig dimensionierten Vertiefungen (11) oder erhabenen Abschnitten (41; 51) vorgesehen ist.
  12. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein lateraler Abstand (15) der Schwerpunkte, insbesondere der Mittelpunkte benachbarter Vertiefungen (11; 31) zwischen 1,1 und 2 mal, insbesondere ca. 1,3 mal so groß ist wie ein größter Durchmesser einer Vertiefung (11; 31).
  13. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis zwischen einer Tiefe (14) einer Vertiefung (11; 31) und einer mittleren Höhe (25) eines Heizleiters (20) zwischen 0,2 und 3, insbesondere bei ca. 1 liegt und/oder daß eine Tiefe (14) der Vertiefungen (11; 31) geringer ist als eine Tiefe eines die Vertiefungen (11) aufweisenden Isolierkörpers (2) der Isolierunterlage.
  14. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter über seine gesamte Höhe in die erhabenen Abschnitte eingreift, insbesondere mit einer Oberkante im wesentlichen bündig mit der Oberseite angeordnet ist oder daß der Heizleiter (20; 32) über die Oberseite der erhabenen Abschnitte (10; 33) hinausragt, vorzugsweise um zwischen 10 und 80%, insbesondere um etwa 50% seiner Höhe (25).
  15. Isolierunterlage für einen Heizkörper, insbesondere einen Strahlungsheizkörper, mit einer an einer Oberseite der Isolierunterlage vorgesehenen Profilierung mit erhabenen Abschnitten und Vertiefungen, die nach Art eines Netzes über die Oberseite verteilt sind, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2, 3, 8 bis 13.
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