EP1293597A2 - Flachheizprofil für direkete Mediumbeheizung - Google Patents

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EP1293597A2
EP1293597A2 EP02020582A EP02020582A EP1293597A2 EP 1293597 A2 EP1293597 A2 EP 1293597A2 EP 02020582 A EP02020582 A EP 02020582A EP 02020582 A EP02020582 A EP 02020582A EP 1293597 A2 EP1293597 A2 EP 1293597A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating device
surface element
medium
resistance heating
heating element
Prior art date
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Granted
Application number
EP02020582A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1293597B1 (de
EP1293597A3 (de
Inventor
Uwe Neumann
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.)
Bleckmann GmbH and Co KG
Original Assignee
Bleckmann GmbH
Bleckmann GmbH and Co KG
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 Bleckmann GmbH, Bleckmann GmbH and Co KG filed Critical Bleckmann GmbH
Publication of EP1293597A2 publication Critical patent/EP1293597A2/de
Publication of EP1293597A3 publication Critical patent/EP1293597A3/de
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Publication of EP1293597B1 publication Critical patent/EP1293597B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F39/00—Details of washing machines not specific to a single type of machines covered by groups D06F9/00 - D06F27/00 
    • D06F39/04—Heating arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L15/00—Washing or rinsing machines for crockery or tableware
    • A47L15/42—Details
    • A47L15/4285—Water-heater arrangements
    • 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
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/283—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material the insulating material being an inorganic material, e.g. ceramic

Definitions

  • the invention relates to a heating device according to the preamble of claim 1.
  • a laundry washing machine is known from EP 0 204 984 A2, in which a tubular heater is arranged in the lower region of the tub, which also with at least a thermostat for controlling the temperature.
  • this heater with a relatively large diameter jacket pipe is a not insignificant minimum level for the wash water necessary so that the tubular heater is completely surrounded by water and burns out is prevented.
  • Such a high minimum level runs the one mentioned above Contrary to demand for energy saving.
  • the tubular heater arranged therein provides a significant obstacle to flow, on which such fibers prefer to settle.
  • a laundry washing machine is also known from DE 197 49 958 A1, in which the Disadvantages mentioned with regard to the attachment of fibers by integrating a tubular heater should be avoided in one housing.
  • this requires additional Manufacturing steps and additional material and thus leads to higher manufacturing costs.
  • Moreover can be proportionate by using a tubular heater with a large diameter jacket pipe a reduction in the wash water required and thus a reduction in the amount of heat required for heating is not achieved become.
  • Compared to the use of the pure tubular radiator is even due the larger volume of the arrangement due to the additional housing more water needed.
  • a laundry washing machine is known from DE 18 23 414 U1, in which on the inside or surface radiators are arranged on the outside of the tub shell.
  • Both alternatives result in the disadvantage of poor heat utilization, because only one half-space of the heating elements acts in the direction of the wash water to be heated.
  • the heater is firmly integrated into the outer shell of the tub the disadvantage that replacement is no longer possible in the event of a repair.
  • a combination of this type between the heating device and suds container leaves the cost aspect do not seem to make sense.
  • US 5,155,800 A1 is a heating device for use in corrosive environments and a manufacturing method therefor discloses.
  • This essentially becomes a plate heating element arranged on an insulated carrier plate and the entire arrangement is made with enclosed a plastic sleeve made of a fluoropolymer to hold the electrical elements the heater in front of the corrosive environment, in the case of US 5,155,800 A1 Acid bath to protect.
  • a plastic sleeve made of a fluoropolymer to hold the electrical elements the heater in front of the corrosive environment, in the case of US 5,155,800 A1 Acid bath to protect.
  • the electrical connections of the heating element with connecting wires led outside on one side of the heater. This is a not insignificant one Weak spot.
  • the connecting wires can be exposed inside due to mechanical operating loads abort.
  • US 3,974,360 discloses an integrated electric heater in which Platinum film heating elements glued on under a ceramic plate and by means of a layer of lead titanate are covered. However, this heating element is not for use on both sides liquid or gaseous media provided.
  • the invention is based on the object of producing an inexpensive heating device of the type mentioned so that the simple structural design of the Heating device allows heating of the medium with high efficiency.
  • the heating device according to the invention has a flat outer contour for heating of a liquid or gaseous medium in order to be as large as possible to be in contact with the medium.
  • the one according to the invention is preferably and particularly advantageously Heater almost completely with its outer surface with the one to be heated Medium in direct contact. This results in a high heat emission to the medium achieved and the efficiency of the heating device improved.
  • the heater has one Surface element and at least one electrical resistance heating element for conversion electrical energy in heat with at least two electrical connections. To one good heat emission from that generated by the at least one resistance heating element To achieve heat via one surface element, it is advantageous if it is a good heat conductor Material is used which, on the other hand, is corrosive to media is stable.
  • the surface element can be made of sheet metal, preferably stainless steel or aluminum, but also consist of a suitable electrically insulating material.
  • the at least one resistance heating element is electrically insulated on this surface element applied.
  • the electrical resistance heating element expands in its Geometry essentially in one plane and is at least on one side of the surface element electrically insulated and applied tightly to the medium.
  • the electrical insulation of the resistance heating element on the surface element facing side consists of an applied insulation layer.
  • This insulation layer can extend over the entire side of the surface element on which the resistance heating element is appropriate.
  • the surface element itself can consist of one electrically insulating material, such as ceramic, and thus can additional insulation of the at least one resistance heating element is eliminated, as a result in turn, manufacturing material and manufacturing time can be reduced.
  • the resistance heating element is on the Side facing away from the surface element with an applied electrically insulating protective layer sealed medium-tight.
  • the protective layer can be on the Side of the surface element, on which a resistance heating element is applied, completely be applied, but it can also be only in this way on the resistance heating element be limited that this is completely sealed against the medium.
  • the heat transfer resistance to the medium to be heated secondly it also increases the surface area in contact with the one to be heated Medium stands, which in turn favors the heat emission. Finally material is saved, the total weight is reduced and the heat capacity of the Heater lowered.
  • the protective or Insulation layer between the electrical heating element and the medium to be heated is arranged, thermal conductivities in the range of 1 to 50 W / mK achieved. It is noted that the insulation or protective layer of course also from several Layers can be composed, each of which functions “electrically isolate” and “seal against the medium to be heated” is fulfilled. Finally, can a final finishing layer is also provided on the outer surface of the heater which, for example, has non-stick properties. Preferably for this one version uses a Teflon coating.
  • the High voltage resistance is at least 1250VAC for protection class I or 3750VAC for protection class II and with regard to the maximum permissible leakage current Protection class I maximum 0.75mA or with protection class II maximum 0.25mA permitted.
  • detergents do not only contain "detergent substances”: soap, anionic and non-ionic surfactants.
  • the majority of additives are used for water softening (today mostly zeolites), foam regulators, bleach (for heavy-duty detergents) and fillers.
  • In almost all detergents also contain enzymes. Proteases, lipases and amylases help when removing dirt.
  • Cellulases (these cleaved cellulose chains) remove cleaved ones Fibers from the fabric. Therefore, regarding the chemical material properties the insulation material, in particular the electrically insulating protective layer, the electrical heating element both electrically compared to the medium to be heated insulated as well as medium-tight sealing, fulfills the following material properties:
  • PH levels greater than 7 required up to a pH of 10 (slightly alkaline).
  • oxidizing or bleaching agents such as Hydrogen peroxide or chlorine bleaching present.
  • the electrically insulating materials used for the protective layer of the invention Heater also has a high surface hardness or mechanical stability the heater is also resistant to abrasion effects due to e.g. of the zeolites contained in the washing solutions for water softening.
  • At least one temperature detection element having electrical connections inside of the jacket or together with the resistance heating element in the protective layer be arranged.
  • the connections of the temperature detection element are preferably also arranged in the connection area and contactable from the outside.
  • the temperature sensing element can also be used for control and / or thermal monitoring and protection of the resistance heating element. Basically, there is also the possibility the function of monitoring the medium to be heated and that of the thermal Monitoring and protection of the resistance heating element by two or to make several different elements.
  • the temperature detection element can, for example, by applying thermistor pastes, such as. NTC or PTC pastes, which can be realized, for example, by Screen printing technology applied to the surface element in addition to the resistance heating element becomes.
  • thermistor pastes such as. NTC or PTC pastes
  • the temperature detection element in the form of a printed thermocouple.
  • the heating device according to the invention has no outer peripheral contour protruding elements that provide special protection or need special packaging. Since the electrical connections are made of electrically conductive Material according to the invention must be made and are therefore expensive Solution to be able to produce this material-saving.
  • connection recess To make electrical contacting of the at least one resistance heating element in a simple manner and the optionally present at least one temperature element To enable in the connection area of the heating device according to the invention can continue be provided that in the connection area for the electrical connections of the at least a resistance heating element and the optionally present at least a temperature detection element at least one connection recess in the Protective layer is provided.
  • To contact the at least one heating element and the optionally present at least one temperature detection element To ensure safe, it is still an advantage if for each electrical connection of the heating element and the temperature detection element which may be present in each case a connection recess is provided.
  • Has the invention Heater multiple resistance heating elements and / or multiple temperature sensing elements or other control and / or regulating elements, so several connection recesses be provided at different locations on the surface element are provided in the protective layer.
  • the connection recesses in the protective layer can be applied when applying the protective layer, for example in the screen printing process, be released, but also subsequently released again by means of a deduction procedure become.
  • connection recesses in the area of an edge of the Area element preferably on the edge itself or in the middle area of one side be provided.
  • connection recesses in the area of an edge of the Area element preferably on the edge itself or in the middle area of one side be provided.
  • a combination of these two locations is also possible possible.
  • connections of the at least one heating element have one in relation to the rest Part of the resistance heating element has lower electrical resistance, so this will created a "cold zone" in the connection area of the heating device according to the invention, i.e. a zone in which there is almost no heat emission.
  • At least one heating element materials are preferred that have a high electrical Possess resistance value.
  • This can be, for example, heating conductor alloys, like Cr, Al, Fe, CrNiFe, nickel alloys or also resistance pastes like in the Thick film technology usual, act.
  • a ferro-nickel alloy, a nickel-chromium alloy or graphite can be used for this.
  • thermocouples that used as a single element or introduced using screen printing technology can be used.
  • the heating device according to the invention can be used in a wide variety of devices or machines be used. For example, this can be used in laundry washing machines, dishwashers, Use tumble dryers etc.
  • this can be used in laundry washing machines, dishwashers, Use tumble dryers etc.
  • the heating device according to the invention with only a slight distance from one To arrange the wall of a tub.
  • the heating device according to the invention can be used in particular when heating a cleaning medium put in a washing machine. With this washing machine it can is a dishwasher or a laundry machine. As a result of low height of the heating device according to the invention, preferably in one area can be from 1.5 mm to 6 mm, the minimum required level for the Reduce cleaning medium compared to washing machines, the well-known tubular heater use.
  • the tubular heaters used in the prior art have a profile height between 6.5 mm and 8.5 mm. Because the distance to the wall of the washing machine both in the known tubular heaters and in the heating device according to the invention or flat heating device is the same, is achieved by the lower overall height, that the level of the medium can be lower. In this context it should be noted that the minimum level of a cleaning medium is determined by the fact that the heating device must be completely enclosed by the cleaning medium, to prevent the heater from burning out.
  • a further advantageous use of the heating device according to the invention can be achieve by having several such heaters in a spaced but parallel manner Alignment to each other are arranged, with the individual heaters over suitable, preferably releasable connecting elements are connected to one another. hereby a radiator-like overall heating device can be constructed in a modular manner, for example for heating one flowing past the flat jacket sides Air flow can be used.
  • a heating device 10 according to the invention is shown in perspective.
  • the heater 10 has a rectangular shape, in the embodiment shown the ratio between width and length in the range of 1: 1.5 to 1: 8 is.
  • the thickness of the heating device 10 is, as can be seen from FIG. 1, much smaller than their width or length.
  • a heating device according to the invention has one Thickness or height in the range from 1.5 mm to 6 mm.
  • the heating device 10 consists essentially of a thermally conductive, in particular good heat-conducting surface element 22 and an electrically insulated one mounted thereon Resistance heating element 30, which by means of a protective layer 80 against the medium is protected in a medium-tight manner and is electrically insulated.
  • the surface element 22 can be a sheet metal part, preferably stainless steel or aluminum, be, but also a suitable electrically insulating material, such as ceramic or Glass is conceivable.
  • the sides 22e (FIG. 2A) of the resistance heating element facing the Surface element 22 is provided with an electrically insulating layer 28.
  • the insulation layer 28 extends over the entire side 22e. But it is also conceivable that only at the locations to which the resistance material of the heating element 30 is applied, a Insulation layer is applied. Finally, a suitable surface element 22 could also be used electrically insulating material are used and thus the entire insulation layer 28 omitted.
  • the resistance heating element 30 is arranged on the insulation layer 28.
  • the resistance heating element 30 extends essentially only in one plane in a W-shape on the Insulating layer 28.
  • connection elements 32 provided, each having a connecting lug 32b. Show the connection lugs 32b due to their significantly larger surface area a significantly better electrical conductivity than the resistance heating element 30, so that the electrical current generates as little heat as possible at this point. This is where the connection flags are 32b in a "cold zone".
  • This "cold zone” as the connection area 22c the heater 10 extends from line A to the bottom edge 22d of the sheet 22.
  • this bend can Touch line A tangentially.
  • any other suitable one Forming the resistance heating element is conceivable, such as a meandering tour with multiple loops.
  • the resistance heating element 30 is covered with a protective layer 80, which this for one electrically isolated from the medium and the other from possibly protects corrosive medium to be heated.
  • the protective layer 80 can be different Executions are applied as described below in connection with the 3A-3C will be explained.
  • the required physical properties of this protective layer 80 are achieved in one embodiment by using the following materials:
  • the resistance heating element 30 is e.g. by means of a screen printing and baking process coated with a glass or glass ceramic layer and then with Teflon (polytetraflurethylene, PTFE - Teflon) coated.
  • Teflon polytetraflurethylene, PTFE - Teflon
  • This Teflon layer is neither solvent attacked by other aggressive chemicals. Due to the smooth and slippery Surface is advantageously ensured that no foreign substances on the heating device stick, i.e. Bake in operation and so the heat dissipation properties be deteriorated locally.
  • the electrical resistance heating element 30 after covering with a glass or glass ceramic layer covered with a metal layer, i.e. the outer surface of the heater is e.g. metallized by nickel plating.
  • a ceramic coating can also be applied, for example, by means of plasma spraying Basis of aluminum oxide (thermal conductivity 1-5 W / mK) or silicon nitrite (thermal conductivity 20-50 W / mK) and then a coating with Teflon or acid and alkali-resistant glasses can also be applied.
  • the electrical insulation and the sealing of the resistance heating element compared to the medium to be heated also with a single cover layer, which is preferably made of a material.
  • the resistance heating element 30 and the protective layer 80 are suitable in principle for all methods which are used in Applying a material to form the desired structures, in particular these are Screen printing, enamelling and plasma spraying processes.
  • a surface element 22 is made from a suitable sheet metal made for example by punching (Fig. 2A). Then an insulating layer 28 is applied applied to the inner sides 22e of the surface element 22 (FIG. 2B). This is preferably done with screen printing or plasma spray technology. In the next step (Fig. 2C) this will be Resistance heating element 30 on the insulating layer 28 again with screen printing or plasma spraying technology applied.
  • this protective layer 80 can consist of a single material layer or a combination of several layers of material. That’s it Resistance heating element 30 in the area in contact with the medium medium-tight and shielded electrically insulated. Except for the connections 32 is the entire Heater 10 sealed from the medium. By the way of installation the heating device 10 in, for example, a laundry washing machine must be ensured that the connections 32 do not come into contact with the medium to be heated, in the event that this medium is electrically conductive.
  • FIG. 3A-3C schematically show possible designs of the protective layer in the layer structure of the heating device 10 from FIG. 1 on the basis of a cross section along the line B-B '.
  • the surface element 22 is compared to the resistance heating element 30 by the Insulation layer 28 electrically insulated.
  • the resistance heating element is on this insulation layer 30 arranged, the medium to be heated with a medium resistant and electrically insulating protective layer 80 is shielded.
  • a ceramic plate is used as the surface element 22, then the Insulation layer 28 and also the corresponding manufacturing step are omitted.
  • 3B a Execution of the protective layer 80, in which a uniform thickness D of the Protective layer 80 has been generated, this increases the effective outer surface the heating device 10, but also the thermal resistance and thermal capacity of the protective layer 80 are reduced.
  • the protective layer became essentially only on the resistance heating element 30 and on the edges of the insulating layer 28 applied to ensure the necessary seal against the medium. In this version, the least material is required and thermal resistance and Thermal capacity of the protective layer 80 reduced to a minimum.
  • FIG. 4 shows an example of the installation of the heating device 10 according to the invention.
  • the Heating device 10 is in this case on its two large sides 22a and 22b with a Provide sealing element 29, which along these two large sides 22a, 22b line A (Fig. 1) can be sprayed.
  • the sealing element 29 itself has engagement grooves for walls W of the tub of the laundry washing machine.
  • the two connection recesses 26 are thus arranged outside the tub. 4, can the heating device 10 according to the invention by support brackets S in the Vat to be kept. As can further be seen from FIG.
  • the flat design the heating device 10 has a lower water level than the known tubular radiators possible, since the lower large side 22b has the same distance as the lower horizontal tangential line of a tubular heater, but the upper side 22a has a lower height than the upper tangential line of a known tubular heater.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Erhitzen eines flüssigen oder gasförmigen Mediums sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Heizvorrichtung. Die Heizvorrichtung zum Erhitzten eines flüssigen oder gasförmigen Mediums hat eine ebenflächige Außenkontur und weist ein Flächenelement (22) und wenigstens ein elektrisches Widerstands-Heizelement (30) zum Umwandeln elektrischer Energie in Wärme auf, das mindestens zwei elektrische Anschlüsse (32) besitzt und das sich in seiner Geometrie im wesentlichen in einer Ebene ausdehnt, dabei ist mindestens auf einer Seite des Flächenelements (22) das wenigstens eine Widerstands-Heizelement (30) elektrisch isoliert sowie gegenüber dem Medium dicht aufgetragen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In elektrischen Haushaltsgeräten, insbesondere in solchen zum Waschen und Trocknen von Wäschestücken bzw. Geschirr, werden zum Erhitzen des Reinigungswassers bzw. der Trocknungsluft elektrische Heizvorrichtungen verwendet. Bei der Entwicklung dieser Haushaltsgeräte wird angestrebt, einerseits den elektrischen Energiebedarf der Geräte zu senken, im Falle von Waschmaschinen beispielsweise durch Reduzierung der Wassermenge, andererseits sollen die Herstellkosten gering gehalten werden, dennoch aber eine niedrige Ausfallrate der Geräte während des ihres Lebenszyklus gewährleistet werden. In einem Fehlerfall soll eine Reparatur mit geringen Reparaturkosten verbunden sein. Schließlich ist eine kompakte Bauweise der Heizvorrichtung selbst wünschenswert, wobei zum einen eine möglichst flache Bauform und zum anderen die Anschlusselemente der Heizvorrichtung auf Grund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Beschädigungen besonders berücksichtigt werden sollen.
Aus der EP 0 204 984 A2 ist eine Wäschewaschmaschine bekannt, bei der ein Rohrheizkörper im unteren Bereich des Laugenbehälters angeordnet ist, welcher außerdem mit wenigstens einem Thermostaten für die Steuerung der Temperatur versehen ist. Infolge der Ausgestaltung dieser Heizvorrichtung mit einem einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweisenden Mantelrohr ist ein nicht unerheblicher Mindestpegel für das Waschwasser notwendig, damit der Rohrheizkörper vollständig von Wasser umgeben ist und ein Durchbrennen verhindert wird. Ein derartig hoher Mindestpegel läuft aber der vorstehend erwähnten Forderung nach Energieeinsparung zuwider. Darüber hinaus werden während des Waschvorgangs vom Waschgut Fasern freigesetzt, welche sich vorzugsweise im unteren Bereich des Laugenbehälters ansammeln. Der darin angeordnete Rohrheizkörper stellt dabei ein erhebliches Strömungshindernis dar, auf welchem sich solche Fasern bevorzugt festsetzen. Dies führt dann zu partiellen thermischen Isolierungen, wodurch sich die Heizwendel des Rohrheizkörpers weiter erwärmt und dadurch beschädigt werden kann. Außerdem hat der Rohrheizkörper mit seiner geringen Oberfläche im Verhältnis zu der an das zu erhitzende Waschwasser abzuführenden Wärmemenge eine relativ hohe Oberflächentemperatur. Dies begünstigt insbesondere das Anhaften von Schmutzpartikeln sowie Kalkansatz und hat wiederum eine Verkürzung der Lebensdauer zur Folge. Letztendlich ist die Herstellung eines solchen Rohheizkörpers aufwendig und teuer.
Aus der DE 197 49 958 A1 ist weiterhin eine Wäschewaschmaschine bekannt, bei der die genannten Nachteile hinsichtlich der Anlagerung von Fasern durch Integration eines Rohrheizkörpers in einem Gehäuse vermieden werden sollen. Dies erfordert jedoch zusätzliche Herstellschritte und zusätzliches Material und führt damit zu höheren Herstellkosten. Außerdem kann durch die Verwendung eines Rohrheizkörpers mit einem einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweisenden Mantelrohr eine Reduzierung des benötigten Waschwassers und damit eine Reduzierung der benötigten Wärmemenge zum Aufheizen nicht erreicht werden. Gegenüber der Verwendung des reinen Rohrheizkörpers wird sogar aufgrund des größeren Volumens der Anordnung infolge des zusätzlichen Gehäuses mehr Wasser benötigt.
Aus dem DE 18 23 414 U1 ist eine Wäschewaschmaschine bekannt, bei der auf der Innenoder der Außenseite des Laugenbehältermantels Flächenheizkörper angeordnet sind. Jedoch ergibt sich bei beiden Alternativen der Nachteil der schlechten Wärmeausnutzung, da nur ein Halbraum der Heizelemente in Richtung des zu beheizenden Waschwassers wirkt. Außerdem hat die feste Integration der Heizvorrichtung in den Mantel des Laugenbehälters den Nachteil, dass eine Auswechslung im Reparaturfall nicht mehr möglich ist. Gerade der Kostenaspekt lässt eine Kombination dieser Art zwischen Heizvorrichtung und Laugenbehälter nicht sinnvoll erscheinen.
Aus der US 5,155,800 A1 ist eine Heizvorrichtung für den Einsatz in korrosiven Umgebungen und ein Herstellungsverfahren hierzu offenbart. Dabei wird im wesentlichen ein Plattenheizelement auf einer isolierten Trägerplatte angeordnet und die gesamte Anordnung wird mit einer Kunststoffhülle aus einem Fluorpolymer eingeschlossen, um die elektrischen Elemente der Heizvorrichtung vor der korrosiven Einsatzumgebung, im Falle der US 5,155,800 A1 ein Säurebad, zu schützen. Durch das Einhüllen der gesamten Heizvorrichtung wird jedoch die Bauhöhe dicker als notwendig, da die Materialstärke der Polymerschicht auf beiden Seiten anfällt. Weiter werden die elektrischen Anschlüsse des Heizelements mit Anschlussdrähten an einer Seite der Heizvorrichtung nach Außen geführt. Dies ist eine nicht unerhebliche Schwachstelle. Die Anschlussdrähte können im Inneren durch mechanische Betriebsbelastungen abbrechen. Insbesondere kann Feuchtigkeit zwischen der Isolation der Anschlussdrähten und den Drähten von Außen in die Heizvorrichtung aufgrund des Ansaugeffektes der durch die thermische Ausdehnung und Kontraktion der Materialien der Heizvorrichtung im Wechsel von Betriebs- und Nichtbetriebszustand eindringen und die Heizvorrichtung durch Korrosion bzw. Kurzschlüsse unbrauchbar werden lassen. Die zahlreichen Herstellschritte und die Verwendung vieler Einzelkomponenten machen auch diese Ausführung einer Heizvorrichtung kostenintensiv.
Aus der japanischen Patentanmeldung 11-307 233 ist eine Heizvorrichtung bekannt, bei der ein elektrisches Heizelement zwischen zwei Aluminiumnitritplatten in Glas eingeschmolzen ist und bei der die elektrischen Anschlüsse an einer Seite herausgeführt sind. Bei dieser Heizvorrichtung besteht jedoch wiederum der Nachteil, dass die elektrischen Anschlüsse aufwendig gegen Abknicken und Abbrechen geschützt werden müssen. Schließlich ist die Herstellung einer solchen Heizvorrichtung insgesamt aufwendig und kostspielig.
Schließlich legt die US 3,974,360 eine integrierte elektrische Heizvorrichtung offen, bei der unter einer Keramikplatte Platinfilm-Heizelemente aufgeklebt und mittels einer Bleititanatschicht überzogen sind. Dieses Heizelement ist jedoch nicht zum beidseitigen Einsatz in flüssigen bzw. gasförmigen Medien vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine kostengünstig herstellbare Heizvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, die bei einfacher konstruktiver Gestaltung der Heizvorrichtung eine Erwärmung des Mediums mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.
Die vorstehende Aufgabe wird hinsichtlich der Heizvorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den sich daran anschließenden Ansprüchen 2 bis 12 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu.
Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung weist eine ebenflächige Außenkontur zum Erhitzten eines flüssigen oder gasförmigen Mediums auf, um mit einer möglichst großen Fläche zu dem Medium in Kontakt zu stehen. Vorzugsweise und besonders vorteilhaft steht die erfindungsgemäße Heizvorrichtung nahezu vollständig mit ihrer Außenfläche mit dem zu erhitzenden Medium in direktem Kontakt. Dadurch wird eine hohe Wärmeabgabe an das Medium erzielt und der Wirkungsgrad der Heizvorrichtung verbessert. Die Heizvorrichtung weist ein Flächenelement und wenigstens ein elektrisches Widerstands-Heizelement zum Umwandeln elektrischer Energie in Wärme mit mindestens zwei elektrische Anschlüsse auf. Um eine gute Wärmeabgabe der von dem wenigstens einen Widerstands-Heizelement erzeugten Wärme über das eine Flächenelement zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn ein gut wärmeleitenden Material verwendet wird, das andererseits gegenüber korrosiv wirkenden Medien beständig ist. Das Flächenelement kann aus Blech, vorzugsweise rostfreier Stahl oder Aluminium, aber auch aus einem geeigneten elektrisch isolierenden Material bestehen.
Auf diesem Flächenelement ist elektrisch isoliert das wenigstens eine Widerstands-Heizelement aufgetragen. Das elektrische Widerstands-Heizelement dehnt sich in seiner Geometrie im wesentlichen in einer Ebene aus und ist mindestens auf einer Seite des Flächenelements elektrisch isoliert sowie gegenüber dem Medium dicht aufgetragen. Durch die Ausführung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ohne einen homogenen geschlossenen Mantel wird die Bauhöhe verringert, außerdem vereinfacht sich die Herstellung wesentlich. Weitere Vorteile sind die Materialeinsparung und die damit verbundene Gewichtsreduzierung. Es sei angemerkt, dass auch auf beiden Seiten des Flächenelementes der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung Widerstands-Heizelemente vorgesehen sein können.
Die elektrische Isolation des Widerstands-Heizelements auf dessen dem Flächenelement zugewandten Seite besteht aus einer aufgetragenen Isolationsschicht. Diese Isolationsschicht kann sich über die gesamte Seite des Flächenelements erstrecken, auf der das Widerstands-Heizelement angebracht ist. Das Flächenelement selbst kann jedoch aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, wie beispielsweise Keramik, und damit kann eine zusätzliche Isolation des wenigstens einen Widerstands-Heizelements entfallen, wodurch wiederum Herstellmaterial als auch Herstellzeit gesenkt werden kann.
Gegenüber dem zu erhitzenden Medium ist das Widerstands-Heizelement auf dessen dem Flächenelement abgewandten Seite mit einer aufgetragenen elektrisch isolierenden Schutzschicht mediumsdicht abgedichtet. Die Schutzschicht kann dabei im einfachsten Fall auf der Seite des Flächenelements, auf der ein Widerstands-Heizelement aufgetragen ist, vollständig aufgetragen sein, sie kann aber auch lediglich derart auf das Widerstands-Heizelement beschränkt sein, dass dieses vollständig gegenüber dem Medium abgedichtet ist. Damit kann zum einen eine gleichmäßige Schichtdicke auf dem Widerstands-Heizelement erreicht werden, wodurch der Wärmeübergangswiderstand zum zu erhitzenden Medium optimiert wird, zum anderen erhöht sich damit auch die Oberfläche, die in Kontakt mit dem zu erhitzenden Medium steht, wodurch wiederum die Wärmeabgabe begünstigt wird. Schließlich wird damit Material eingespart, das Gesamtgewicht verringert und die Wärmekapazität der Heizvorrichtung gesenkt. Hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit werden von der Schutz- bzw. Isolationsschicht, die zwischen dem elektrischen Heizelement und dem zu erhitzenden Medium angeordnet ist, Wärmeleitfähigkeiten im Bereich von 1 bis 50 W/mK erreicht. Es sei angemerkt, dass die Isolations- bzw. Schutzschicht selbstverständlich auch aus mehreren Schichten zusammengesetzt sein kann, von den jeweils eine der Funktionen "elektrisch Isolieren" und "gegenüber dem zu erhitzenden Medium abdichten" erfüllt wird. Schließlich kann auch eine abschließende veredelnde Schicht auf der Außenfläche der Heizvorrichtung vorgesehen werden, die beispielsweise Antihafteigenschaften aufweist. Vorzugsweise wird dafür in einer Ausführung eine Teflonbeschichtung verwendet.
Hinsichtlich der mechanischen Elastizität werden bei den verwendeten Materialien, insbesondere bei den Glaskeramik-Dielektrikumspasten für die Schutzschutzschichten, Elastizitäten erreicht, die einem Elastizitätsmodul E von 50 bis 125 kN/mm2 entsprechen. Dadurch, dass die Ausdehnungs- und Verformungseigenschaften der verwendeten Materialien, so hat Aluminium ein E-Modul von ca. 75 kN/mm2, möglichst in der gleichen Größenordnung liegen, wird sichergestellt, dass die Isolations- und Schutzschicht sich im erfindungsgemäßen Betriebseinsatz nicht ablöst bzw. abgesprengt wird.
Hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften, vor allem der eingesetzten Isolationsmaterialien, werden bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung folgende Kriterien erfüllt. Die Hochspannungsfestigkeit beträgt mindestens 1250VAC für die Schutzklasse I bzw. 3750VAC für die Schutzklasse II und hinsichtlich des maximal zulässigen Ableitstroms werden bei Schutzklasse I maximal 0,75mA bzw. bei der Schutzklasse II maximal 0,25mA zugelassen.
Moderne Waschmittel enthalten nicht nur "waschaktive Substanzen": Seife, anionische und nicht ionische Tenside. Den größeren Anteil machen Hilfsstoffe zur Wasserenthärtung (heute meist Zeolithe), Schaumregulatoren, Bleichmittel (bei Vollwaschmitteln) und Füllstoffe aus. In fast allen Waschmitteln sind auch Enzyme enthalten. Proteasen, Lipasen und Amylasen helfen bei der Schmutzentfernung. Cellulasen (diese spalten Zellulose-Ketten) entfernen abgespaltene Fasern aus dem Gewebe. Daher werden hinsichtlich der chemischen Materialeigenschaften des Isolationsmaterials, insbesondere der elektrisch Isolierenden Schutzschicht, die das elektrische Heizelement gegenüber dem zu erhitzenden Medium sowohl elektrisch isoliert als auch mediumsdicht abdichtet, folgende Materialeigenschaften erfüllt:
Für den Einsatz in Wäschewaschmaschinen ist eine Stabilität gegenüber Laugen, d.h. PH-Werte größer als 7 bis zu einem PH-Wert von 10 (leicht alkalisch) erforderlich. Gleichzeitig ist aber auch eine chemische Resistenz gegenüber Oxydations- bzw. Bleichmitteln wie z.B. Wasserstoffperoxyd oder Chlorbleichen vorhanden.
Für den Einsatz in Geschirrspülmaschinen wird eine chemische Beständigkeit hinsichtlich des PH-Wertes der eingesetzten Waschlösungen von 5 bis 10 erreicht, da die eingesetzten Spülmittel, insbesondere durch die Verwendung von Säuren in Klarspülern, den PH-Wert auch in den sauren Bereich verschieben können.
Da die eingesetzten elektrisch isolierenden Materialien für die Schutzschicht der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung auch eine hohe Oberflächenhärte bzw. mechanische Stabilität aufweisen, ist die Heizvorrichtung auch resistent gegenüber Abrasioneffekten aufgrund z.B. von den in den Waschlösungen enthaltenen Zeolithe zur Wasserenthärtung.
Um die Temperatur des zu erhitzenden Mediums überwachen zu können, kann weiterhin wenigstens ein elektrische Anschlüsse aufweisendes Temperaturerfassungselement im Inneren des Mantels bzw. zusammen mit dem Widerstands-Heizelement in der Schutzschicht angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Anschlüsse des Temperaturerfassungselementes ebenfalls im Anschlussbereich angeordnet und von außen kontaktierbar. Das Temperaturerfassungselement kann auch zur Steuerung und/oder thermischen Überwachung sowie Absicherung des Widerstands-Heizelements dienen. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, die Funktion der Überwachung des zu erhitzenden Mediums und die der thermischen Überwachung sowie Absicherung des Widerstands-Heizelements durch zwei oder mehrere unterschiedliche Elemente vorzunehmen.
Das Temperaturerfassungselement kann beispielsweise durch Aufbringen von Thermistorenpasten, wie z.B. NTC- oder PTC-Pasten, realisiert werden, welche beispielsweise durch Siebdrucktechnik zusätzlich zu dem Widerstandsheizelement auf das Flächenelement aufgebracht wird. Ebenso besteht die Möglichkeit, Thermistorenpillen, beispielsweise NTC- oder PTC-Pillen, einzusetzen. Weiterhin kann das Temperaturerfassungselement in Form eines gedruckten Thermoelements ausgeführt werden.
Durch das Vorsehen wenigstens eines Anschlussbereiches an dem Flächenelement auf der Seite mit der Schutzschicht, in dem die elektrischen Anschlüsse des wenigstens einen Widerstands-Heizelements angeordnet und von außen kontaktierbar sind, wird vermieden, dass bei der Herstellung, der Montage und/oder der Lagerung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung die elektrischen Anschlüsse des Widerstands-Heizelements beschädigt werden können. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Heizvorrichtung keine über ihre Außenumfangskontur hinaus überstehende Elemente auf, die einen besonderen Schutz bzw. eine besondere Verpackung benötigen. Da die elektrischen Anschlüsse aus elektrisch gutleitendem Material gefertigt sein müssen und damit teuer sind, ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung diese materialsparend herstellen zu können.
Um auf einfache Weise eine elektrische Kontaktierung des wenigstens einen Widerstands-Heizelements und des gegebenenfalls vorhandenen mindestens einen Temperaturelementes im Anschlussbereich der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung zu ermöglichen, kann weiterhin vorgesehen sein, dass im Anschlussbereich für die elektrischen Anschlüsse des wenigstens einen Widerstands-Heizelements und des gegebenenfalls vorhandenen mindestens einen Temperaturerfassungselementes wenigstens eine Anschlussausnehmung in der Schutzschicht vorgesehen ist. Um die Kontaktierung des wenigstens einen Heizelements und des gegebenenfalls vorhandenen mindestens einen Temperaturerfassungselementes sicher gewährleisten zu können, ist es weiterhin von Vorteil, wenn für jeden elektrischen Anschluss des Heizelements und des gegebenenfalls vorhandenen Temperaturerfassungselementes jeweils eine Anschlussausnehmung vorgesehen ist. Weist die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mehrere Widerstands-Heizelemente und/oder mehrere Temperaturerfassungselemente bzw. weitere Steuer- und/oder Regelelemente auf, so können mehrere Anschlussausnehmungen vorgesehen sein, die an unterschiedlichen Stelle des Flächenelements in der Schutzschicht vorgesehen sind. Die Anschlussausnehmungen in der Schutzschicht können dabei beim Auftragen der Schutzschicht, beispielsweise im Siebdruckverfahren, freigelassen werden, aber auch nachträglich durch ein Abtragungsverfahren wieder freigelegt werden.
Hierbei kann eine oder mehrere Anschlussausnehmungen im Bereich einer Randkante des Flächenelements, vorzugsweise an der Randkante selbst oder im Mittenbereich einer Seite vorgesehen sein. Selbstverständlich ist auch eine Kombination dieser beiden Anordnungsstellen möglich.
Weisen die Anschlüsse des wenigstens einen Heizelements einen gegenüber dem übrigen Teil des Widerstands-Heizelements geringeren elektrischen Widerstand auf, so wird hierdurch im Anschlussbereich der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung eine "kalte Zone" geschaffen, d.h. eine Zone, in der nahezu keine Wärmeabgabe erfolgt.
Für das wenigstens eine Heizelement werden Materialien bevorzugt, die einen hohen elektrischen Widerstandswert besitzen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Heizleiterlegierungen, wie Cr, Al, Fe, CrNiFe, Nickellegierungen oder auch Widerstandspasten wie in der Dickschichttechnik üblich, handeln. Ebenso können eine Ferro-Nickel-Legierung, eine Nickel-Chrom-Legierung oder Graphit hierfür Verwendung finden.
Für das Temperaturerfassungselement sowie gegebenenfalls weitere Steuer- oder Regelelemente kann eine Thermistorenpaste (NTC- oder PTC-Paste) bzw. Thermistorenpillen (NTC- oder PTC-Pillen) Verwendung finden. Darüber hinaus können Thermoelemente, die als einzelnes Element eingesetzt oder auch mittels Siebdrucktechnologie eingebracht werden können, verwendet werden.
Die vorstehende Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 15 gelöst. In den Ansprüchen 16 bis 25 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu.
Mit den erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die gleichen Vorteile erzielen, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung erläutert worden sind.
Die erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann bei den unterschiedlichsten Geräten bzw. Maschinen eingesetzt werden. So kann diese beispielsweise bei Wäschewaschmaschinen, Geschirrspülmaschinen, Wäschetrocknern usw. Verwendung finden. Hierbei besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit nur einem geringfügigen Abstand zu einer Wand eines Laugenbehälters anzuordnen. Ebenso besteht die Möglichkeit, aufgrund ihrer ebenflächigen Ausgestaltung als Teil der Wand des Laugenbehälters vorzusehen.
Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung lässt sich insbesondere bei dem Erhitzen eines Reinigungsmediums in einer Waschmaschine einsetzen. Bei dieser Waschmaschine kann es sich um eine Geschirrspülmaschine oder eine Wäschewaschmaschine handeln. Infolge der geringen Bauhöhe der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, die vorzugsweise in einem Bereich von 1,5 mm bis 6 mm liegen kann, lässt sich der minimal notwendige Pegel für das Reinigungsmedium gegenüber den Waschmaschinen reduzieren, die bekannte Rohrheizkörper verwenden. Die im Stand der Technik eingesetzten Rohrheizkörper weisen eine Profilhöhe zwischen 6,5 mm und 8,5 mm auf. Da der Abstand zu der Wand der Waschmaschine sowohl bei den bekannten Rohrheizkörpern als auch bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung bzw. Flachheizvorrichtung gleich ist, wird durch die geringere Bauhöhe erreicht, dass der Pegel des Mediums geringer ausfallen kann. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass der Minimalpegel eines Reinigungsmediums durch die Tatsache bestimmt ist, dass die Heizvorrichtung vollständig von dem Reinigungsmedium umschlossen sein muss, um ein Durchbrennen der Heizvorrichtung zu verhindern.
Eine weitere vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung lässt sich dadurch erzielen, dass mehrere derartige Heizvorrichtungen in beabstandeter, aber paralleler Ausrichtung zueinander angeordnet sind, wobei die einzelnen Heizvorrichtungen über geeignete, vorzugsweise lösbare Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Hierdurch lässt sich eine radiatorähnliche Gesamtheizvorrichtung modulartig aufbauen, die beispielsweise zur Erwärmung eines an den ebenflächigen Mantelseiten vorbeiströmenden Luftstromes einsetzen lässt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungsfiguren erläutert. Die hierbei verwendeten Begriffe "links", "rechts", "unten" und "oben" beziehen sich auf die Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Figurenbezeichnungen. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass in den einzelnen Ausführungsbeispielen baugleiche und/oder funktionsgleiche Bauteile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Hierbei ist:
Fig. 1
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
Fig. 2A-2D
perspektivische Ansichten, die die Herstellschritte bei der Fertigung der in Fig. 1 gezeigten Heizvorrichtung wiedergeben;
Fig. 3A-3C
Schnittdarstellung entlang der Linie B-B' in Fig. 1 des Aufbaus der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung für unterschiedliche Ausführungen der Schutzschicht; und
Fig. 4
zeigt eine perspektivische Teildarstellung der Einbaulage einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung 10 perspektivisch dargestellt. Die Heizvorrichtung 10 weist eine Rechteckform auf, bei der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Verhältnis zwischen Breitenmaß und Längenmaß im Bereich von 1 : 1,5 bis 1 : 8 beträgt. Die Dicke bzw. Stärke der Heizvorrichtung 10 ist, wie dies aus Fig. 1 hervorgeht, sehr viel kleiner als deren Breite bzw. Länge. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel kann das Verhältnis zwischen Dicke bzw. Stärke und Länge der Heizvorrichtung im Bereich von 1 : 30 bis 1 : 100 liegen. Idealerweise besitzt eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung eine Dicke bzw. Höhe im Bereich von 1,5 mm bis 6 mm.
Die Heizvorrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem wärmeleitenden, insbesondere gut wärmeleitenden Flächenelement 22 sowie einem darauf angebrachten elektrisch isolierten Widerstands-Heizelements 30, das mittels einer Schutzschicht 80 gegenüber dem Medium mediumsdicht geschützt und elektrisch isoliert ist.
Das Flächenelement 22 kann ein Blechteil, vorzugsweise rostfreier Stahl oder Aluminium, sein, aber auch ein geeignetes elektrisch isolierendes Material, beispielsweise Keramik oder Glas, ist denkbar. Die dem Widerstands-Heizelement zugewandte Seiten 22e (Fig. 2A) des Flächenelements 22 ist mit einer elektrisch isolierenden Schicht 28 versehen. Die Isolierschicht 28 erstreckt sich dabei über die gesamte Seite 22e. Denkbar ist aber auch, dass nur an den Stellen, auf die das Widerstandsmaterial des Heizelements 30 aufgetragen ist, eine Isolationsschicht aufgetragen ist. Schließlich könnte als Flächenelement 22 auch ein geeignetes elektrisch isolierendes Material verwendet werden und damit die gesamte Isolationsschicht 28 entfallen.
Auf der Isolationsschicht 28 ist das Widerstands-Heizelement 30 angeordnet. Das Widerstands-Heizelement 30 erstreckt sich im wesentlichen nur in einer Ebene in W-Form auf der Isolierschicht 28. An seinen beiden Enden ist das Widerstands-Heizelement 30 mit Anschlusselementen 32 versehen, die jeweils eine Anschlussfahne 32b besitzen. Dabei weisen die Anschlussfahnen 32b aufgrund ihrer deutlich größeren Flächenausdehnung eine wesentlich bessere elektrische Leitfähigkeit auf als das Widerstandsheizelement 30, so dass der elektrische Strom an dieser Stelle möglichst wenig Wärme erzeugt. Damit liegen die Anschlussfahnen 32b in einer "kalten Zone". Diese "kalte Zone" als der Anschlussbereich 22c der Heizvorrichtung 10 erstreckt sich von der Line A bis zur unteren Kante 22d des Flächenelements 22. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die mittlere 180°-Biegung des Widerstands-Heizelements 30 bis dicht an die Linie A herangeführt. Im Extremfall kann diese Biegung die Linie A tangential berühren. Es sei angemerkt, dass natürlich auch jede andere geeignete Ausformung des Widerstands-Heizelements denkbar ist, wie z.B. eine mäanderförmige Führung mit mehreren Schleifen. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Struktur symmetrisch und gleichmäßig auf dem Flächenelement angeordnet ist, weil dadurch eine gleichmäßige Wärmeabgabe erzielt wird.
Das Widerstands-Heizelement 30 ist mit einer Schutzschicht 80 abgedeckt, die dieses zum einen elektrisch gegenüber dem Medium isoliert und zum anderen vor dem möglicherweise korrosivem zu erhitzenden Medium schützt. Die Schutzschicht 80 kann dabei in unterschiedlichen Ausführungen aufgetragen werden, wie weiter unten im Zusammenhang mit den Fig. 3A-3C erläutert wird. Die geforderten physikalischen Eigenschaften dieser Schutzschicht 80 werden in einem Ausführungsbeispiel durch den Einsatz folgender Materialien erreicht:
Das Widerstands-Heizelement 30 wird z.B. mittels eines Siebdruck- und Einbrennvorgangs mit einer Glas- bzw. Glaskeramikschicht überzogen und anschließende mit Teflon (Polytetraflurethylen, PTFE - Teflon) beschichtet. Diese Teflonschicht wird weder von Lösungsmitteln noch von anderen aggressiven Chemikalien angegriffen. Durch die glatte und gleitfähige Oberfläche wird vorteilhaft sichergestellt, dass keine Fremdsubstanzen an der Heizvorrichtung haften bleiben, d.h. im Einsatzbetrieb anbacken und so die Wärmeabgabeeigenschaften lokal verschlechtert werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das elektrische Widerstands-Heizelement 30 nach der Abdeckung mit einer Glas- bzw. Glaskeramikschicht mit einer Metallschicht überzogen, d.h. die Außenfläche der Heizvorrichtung wird z.B. durch vernickeln metallisiert.
Schließlich kann auch mittels Plasmaspritzen ein keramischer Überzug beispielsweise auf Basis von Aluminiumoxyd (Wärmeleitfähigkeit 1-5 W/mK) oder Siliziumnitrit (Wärmeleitfähigkeit 20-50 W/mK) aufgetragen werden und anschließend eine Beschichtung mit Teflon oder auch säure und laugenbeständigen Gläsern aufgetragen werden.
Selbstverständlich kann die elektrische Isolation und die Abdichtung des Widerstands-Heizelements gegenüber dem zu erhitzenden Medium auch mit einer einzigen Abdeckschicht, die vorzugsweise aus einem Material besteht, hergestellt sein.
Als Auftragungsverfahren für die elektrische Isolationsschicht 28, das Widerstands-Heizelement 30 und die Schutzschicht 80 eigenen sich prinzipiell alle Verfahren, die beim Auftragen eines Materials die erwünschten Strukturen ausbilden, insbesondere sind das Siebdruck-, Emaillier- und Plasmaspritzverfahren.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10 wird nachstehend an Hand der Fig. 2A bis 2D erläutert: Zunächst wird aus einem geeigneten Blech ein Flächenelement 22 beispielsweise durch Stanzen hergestellt (Fig. 2A). Daraufhin wird eine Isolierschicht 28 auf den Innenseiten 22e des Flächenelements 22 aufgetragen (Fig. 2B). Dies erfolgt vorzugsweise mit Siebdruck bzw. Plasmaspritztechnologie. Im nächsten Schritt (Fig. 2C) wird das Widerstands-Heizelements 30 auf die Isolierschicht 28 wiederum mit Siebdruck bzw. Plasmaspritztechnologie aufgetragen.
Anschließend wird über die Isolationsschicht 28 und das Widerstands-Heizelements 30 die Schutzschicht 80 aufgebracht, die gegen die in der Anwendung auftretenden zu erhitzenden, insbesondere aggressiven, Medien wie z.B. Laugen in Waschmaschinen resistent ist und auch den Anforderungen an die elektrischen Eigenschaften bzgl. der einschlägigen Normen entspricht. Diese Schutzschicht kann wie vorstehend erläutert aus einer einzelnen Materialschicht oder einer Kombination aus mehreren Materialschichten bestehen. Dadurch ist das Widerstands-Heizelements 30 in dem mit dem Medium in Kontakt stehenden Bereich mediumsdicht und elektrisch isoliert abgeschirmt. Bis auf die Anschlüsse 32 ist somit die gesamte Heizvorrichtung 10 gegenüber dem Medium abgedichtet. Durch die Art und Weise des Einbaus der Heizvorrichtung 10 in beispielsweise eine Wäschewaschmaschine muss sichergestellt werden, das die Anschlüsse 32 nicht in Kontakt mit dem zu erhitzenden Medium gelangen, für den Fall, dass dieses Medium elektrisch leitfähig ist.
Die Fig. 3A-3C zeigen schematisch mögliche Ausführungen der Schutzschicht im Schichtaufbau der Heizvorrichtung 10 aus Fig. 1 an Hand eines Querschnitts entlang der Linie B-B'. In Fig. 3A ist das Flächenelement 22 gegenüber dem Widerstands-Heizelement 30 durch die Isolationsschicht 28 elektrisch isoliert. Auf dieser Isolationsschicht ist das Widerstands-Heizelement 30 angeordnet, das gegenüber dem zu erhitzenden Medium mit einer mediumsresistenten und elektrisch isolierenden Schutzschicht 80 abgeschirmt ist. Für den Fall, dass als Flächenelement 22 beispielsweise eine Keramikplatte zum Einsatz kommt, dann kann die Isolationsschicht 28 und auch der entsprechende Herstellschritt entfallen. Fig. 3B eine die Ausführung der Schutzschicht 80, bei der bei der Auftragung eine gleichmäßige Stärke D der Schutzschicht 80 erzeugt worden ist, dadurch erhöht sich einmal die wirksame Außenfläche der Heizvorrichtung 10, aber auch der Wärmewiderstand und Wärmekapazität der Schutzschicht 80 werden verringert. Bei der Ausführung in Fig. 3C wurde die Schutzschicht im wesentlichen nur auf das Widerstands-Heizelement 30 und an dessen Rändern auf die Isolierschicht 28 aufgetragen, um die notwendige Abdichtung gegenüber dem Medium zu gewährleisten. In dieser Ausführung wird das wenigste Material benötigt und Wärmewiderstand und Wärmekapazität der Schutzschicht 80 auf ein Minimum reduziert.
In Fig. 4 ist ein Beispiel des Einbaus der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10 gezeigt. Die Heizvorrichtung 10 ist hierbei an seinen beiden großflächigen Seiten 22a bzw. 22b mit einem Dichtelement 29 versehen, welches auf diese beiden großflächigen Seiten 22a, 22b entlang der Linie A (Fig. 1) aufgespritzt sein kann. Das Dichtelement 29 selbst besitzt wiederum Eingriffsnuten für Wände W des Bottichs der Wäschewaschmaschine. Die beiden Anschlussausnehmungen 26 sind damit außerhalb des Bottichs angeordnet. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, kann die erfindungsgemäße Heizvorrichtung 10 noch durch Stützklammern S in dem Bottich gehalten werden. Wie weiterhin aus Fig. 4 hervorgeht, ist durch die flache Ausgestaltung der Heizvorrichtung 10 ein gegenüber den bekannten Rohrheizkörpern niedriger Wasserpegel möglich, da die untere großflächige Seite 22b den gleichen Abstand aufweist wie die untere horizontale Tangentiallinie eines Rohrheizkörpers, jedoch die obere Seite 22a eine geringere Höhe besitzt als die obere Tangentiallinie eines bekannten Rohrheizkörpers.
Neben dem Aufspritzen des Dichtelements 29 besteht auch die Möglichkeit, eine Labyrinthdichtung oder eine andere Dichtung aufzuziehen, ohne dass diese Dichtung mechanisch mit dem Heizmantel verbunden wird.

Claims (12)

  1. Heizvorrichtung für Waschmaschinen, insbesondere Wäschewaschmaschinen und Geschirrspülmaschinen, mit ebenflächiger Außenkontur zum Erhitzten eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, mit einem Flächenelement (22) und wenigstens einem elektrischen Widerstands-Heizelement (30) zum Umwandeln elektrischer Energie in Wärme, das mindestens zwei elektrische Anschlüsse (32) besitzt und das sich in seiner Geometrie im wesentlichen in einer Ebene ausdehnt,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens auf einer Seite des Flächenelements (22) das wenigstens eine Widerstands-Heizelement (30) elektrisch isoliert sowie gegenüber dem Medium dicht aufgetragen ist und die elektrische Isolation und Abdichtung des Widerstands-Heizelements (30) gegenüber dem Medium eine Hochspannungsfestigkeit von wenigstens 1250VAC, vorzugsweise 3750VAC, einen maximalen Ableitstrom von 0,75mA, vorzugsweise 0,25mA, eine chemische Stabilität gegenüber dem Medium in einem PH-Bereich von 7 bis 10, vorzugsweise 5 bis 10 und eine Wärmeleitfähigkeit von 1W/mK, vorzugsweise von 10 bis 50W/mK aufweist.
  2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolation des Widerstands-Heizelements (30) auf dessen dem Flächenelement (22) abgewandten Seite gegenüber dem Medium aus einer aufgetragenen elektrisch isolierenden Schutzschicht (80) besteht.
  3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolation des Widerstands-Heizelements (30) auf dessen dem Flächenelement (22) zugewandten Seite aus einer aufgetragenen Isolationsschicht (28) besteht.
  4. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolation des Widerstands-Heizelements (30) auf dessen dem Flächenelement (22) zugewandten Seite darin besteht, dass das Material des Flächenelements (22) ein elektrischer Isolator ist.
  5. Heizvorrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (22) wenigstens einen Anschlussbereich (22c) aufweist, in dem die elektrischen Anschlüsse (32) des Widerstands-Heizelements (30) angeordnet und kontaktierbar sind.
  6. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektrische Anschlüsse aufweisendes Temperaturerfassungselement elektrisch isoliert auf das Flächenelement (22) aufgetragen ist, dessen elektrische Anschlüsse vorzugsweise in einem Anschlussbereich (22c) des Flächenelements (22) angeordnet und kontaktierbar sind, wobei vorzugsweise das mindestens eine Temperaturerfassungselement durch das Aufbringen von Thermistorenpillen in die Heizvorrichtung integriert ist.
  7. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Anschlussbereich (22c) des Flächenelements (22) für die elektrischen Anschlüsse (32) des wenigstens einen Widerstands-Heizelements (30) bzw. eines vorhandenen Temperaturerfassungselements wenigstens eine Anschlussausnehmung (26) in der Schutzschicht (80) vorgesehen ist.
  8. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schutzschicht (28) vorzugsweise Glaskeramik, Zirkonoxid, oder Aluminiumoxid, vorzugsweise Siliziumnitrit ist.
  9. Heizvorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (22) wahlweise aus Aluminium oder korrosionsfreiem Edelstahl besteht.
  10. Heizvorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (22) wahlweise aus Keramik oder Glas besteht.
  11. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflächen der Heizvorrichtung mit einer Beschichtung aus einer Fluorkohlenwasserstoffverbindung, insbesondere einem perfluorierten Fluorkohlenwasserrstoffverbindung, vorzugsweise Polytetraflurethylen, oder einer Metallisierung, vorzugsweise einer Nickelschicht, versehen ist.
  12. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (28), das wenigstens eine Widerstands-Heizelement (30) und die Schutzschicht (80) wahlweise mittels eines Siebdruck-, Emaillier- oder Plasmaspritzverfahren oder einer Kombination dieser Verfahren aufgetragen sind.
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