DE3545445A1 - Heizelement insb. fuer kochstellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizelement gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Bei bekannten Kochstellenheizelementen, z.B. einer sogenannten Strahlungshei­ zung einer elektrischen Kochmulde, ist im Inneren einer mit Isolierstoff aus­ gelegten Heizkörperschale zumindest ein gewendelter Heizleiterdraht verlegt, der Strahlungswärme in Richtung einer darüber befindlichen Kochmulde z.B. aus Glaskeramikmaterial abgibt. Hierbei ist es bekannt, zwischen Muldenplatte und Heizkörper einen stabförmigen Temperaturfühler oder ein separates Fühlerplätt­ chen anzuordnen, das zumindest einen Teil der Strahlungswärme abfühlt und das Meßergebnis an einen temperaturabhängigen Schalter weiterleitet, der wiederum zur Regelung der Heizleistung bzw. zur Begrenzung der kritischen Temperatur dient. Hierzu bedarf es besonderer Halterungen bzw. Stützpunkte für den Tem­ peraturfühler, d.h. eines beträchtlichen konstruktiven Aufwandes, wobei hinzu kommt, daß die Bauhöhe derartiger Heizeinrichtungen relativ groß ist.

Bei Heizelementen für andere Anwendungszwecke ist es bekannt, den oder die Heizleiter in der sogenannten Dickschichtpasten-Technik auszubilden unter Ver­ wendung von sogenannten Dickschichtpasten und dielektrischem Material, das als Isolations- und Trägerschicht dient und auf welches die Dickschichtpasten zur Schaffung von Heizleiterbahnen aufgebracht werden. Diese Dickschichtpasten werden durch Einbrennen bei erhöhter Temperatur zu Heizleiterbahnen verfe­ stigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1 so auszugestalten, daß zur Anordnung von Steuer­ und Regelungselementen der konstruktive und bauliche Aufwand, insb. auch die Bauhöhe und nicht zuletzt auch der Fertigungsaufwand verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 aufgeführten Maßnahmen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen.

Erfindungsgemäß ist die Steuerbahn unmittelbar auf demselben Träger flach auf­ gebracht, auf dem sich auch die Heizleiterbahnen befinden. Ebenso wie die Heizleiterbahnen ist auch die Steuerbahn in Flachleiter-Technik, insb. in Dickschichtpasten-Technik ausgeführt, so daß bei der Herstellung des Heizele­ mentes sowohl die Heizleiterbahnen als auch die Steuerbahn bzw. Steuerbahnen im wesentlichen in einem Arbeitsgang erstellt werden können. Von besonderem Vorteil ist hierbei der Umstand, daß sich die Steuerbahn unmittelbar an die Heizleiterbahn anfügt, z.B. in derselben Ebene angeordnet ist. Es ergibt sich somit eine extrem flache Bauweise des Heizelementes, verbunden mit einem Mini­ mum an konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand. Vorzugsweise wird die­ se Steuerbahn zur Begrenzung der thermischen Heizflächenbelastung benutzt. Hierbei wird durch sie ein z.B. bei Glaskeramik-Kochplatten zwingend erforder­ licher separater Sicherheitstemperaturbegrenzer mit Temperaturfühler ersetzt. Die Steuerbahn kann aber auch als Teil einer Temperaturregeleinrichtung die­ nen, die auf eine Festtemperatur, z.B. Ankochtemperatur, eingestellt oder auf variable Temperaturen einstellbar ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerbahn als Temperatur­ meß-Widerstand ausgebildet, der sich in unmittelbarer Nähe der Heizleiterbahn oder Heizleiterbahnen befindet und über eine elektrische Auswerteeinrichtung der Steuerung oder Regelung der Heizleistung dient. Um den Strombedarf einer Auswerte-Elektronik niedrig zu halten ist es vorteilhaft, wenn hierbei die Steuerbahn einen hohen Widerstand von ca. 300 bis 550 Ohm besitzt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Material der Steuerbahn einen hohen Temperaturkoeffi­ zienten besitzt von gleich oder größer 3,9 × 10^-3 × K - 1. Diese Steuerbahn wird vorzugsweise in einer unbeheizten Zone der Heizfläche bzw. der Kochstellenflä­ che angeordnet in enger Nachbarschaft zur Heizleiterbahn. Sind mehrere Heiz­ leiterbahnen vorhanden, so besteht die Möglichkeit, jeder einzelnen Heizlei­ terbahn eine solche Steuerbahn mit nachgeschalteter Auswerteeinrichtung zuzu­ ordnen. Insbesondere dies wird in vorteilhafter Weise ermöglicht durch die Ausbildung der Steuerbahnen als Flachleiter bzw. durch Anwendung der Dick­ schichtpasten-Technik sowohl in konstruktiver als auch in fertigungstechni­ scher Hinsicht. In gleicher Weise wie die Heizleiterbahnen werden auch die Steuerbahnen auf dem Träger, z.B. auf der Glasisolierung einer metallischen Trägerplatte, durch Aufdrucken und Einbrennen oder dergleichen aufgebracht, wobei praktisch jede beliebige Heizleiter- und Steuerbahnkonfiguration in ein­ fachster Weise geschaffen werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Teil der Heizleiter­ bahn bzw. Heizleiterbahnen als Steuerbahn ausgebildet, wobei bevorzugt die Steuerbahn aus einem Material mit Halbleitereffekt besteht. Hiermit erhält man eine Art Selbstregelung des Heizleiters, bedingt durch die Widerstandsänderung vorzugsweise mit Sprungcharakteristik des Kaltleitermaterials bei unterschied­ licher Temperatur. In besonders einfacher Weise besteht damit die Möglichkeit, die Wärmewirkung bzw. Heizflächenbelastung nach oben hin zu begrenzen, wodurch wiederum ein besonderer Sicherheitstemperaturbegrenzer erübrigt wird. Dieses Kaltleitermaterial kann in der Druck- oder Dickschichttechnik in einen Ab­ schnitt der Heizleiterbahn eingebracht sein.

Eine andere Art der Selbstregelung des Heizleiters ist erfindungsgemäß dadurch gegeben, daß die Heizleiterbahn selbst durch Verwendung eines Materials mit temperaturabhängigem Selbstregelungs- oder Drosseleffekt als Steuerbahn ausge­ bildet ist. So hat z.B. das Material Platin, evtl. verstärkt durch Wolfram ei­ nen solchen Drossel- oder Selbstregelungseffekt, wobei bei Leerlaufbetrieb des Heizelementes, also z.B. nach dem Abnehmen des Topfes von der Kochmulde die Heizleistung reduziert und bei Lastbetrieb erhöht wird.

Es zeigt

Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform eines Kochstellenheizelementes in Draufsicht und Schnittansicht.

Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein rundes Kochstellenheizelement, das unmittelbar oder mittelbar z.B. in Verbindung mit einer Muldenplatte oder Glaskeramikplatte als Kochplattenheizung dienen kann. Er besitzt als Träger 1 eine ebene Stahlplatte, die vorzugsweise beidseitig mit Emailbeschichtungen 2 und 3 versehen ist. Auf der Unterseite des Trägers 1, ist auf die für Wärme­ energie gut durchlässige Emailschicht 3 durch Einbrennen aufgebracht, eine Dickschichtheizleiterbahn 4 in nachstehend erläuterter geometrischer Anord­ nung. Hierauf bedarfsweise aufgebracht ist eine ebenfalls isolierende Deck­ schicht 5 z.B. in Form einer Emailschicht. An der Unterseite der Deckschicht 5 wiederum unmittelbar oder mit Abstand angebracht ist eine Reflektorschicht 6. Im Zentrum des Heizelementes ist ein Befestigungsbolzen 7 vorgesehen, der die vorgenannten Schichten durch- und überragt und am Träger 1 angeschweißt ist. Wie Fig. 1 zeigt, ist die Kochstellenfläche 8 unterteilt in zwei Heizzonen, und zwar in eine Intensiv-Heizzone 9 und in eine weniger intensive Heizzone 10 sowie in eine innerste unbeheizte Zone 11 und eine äußerste unbeheizte Randzo­ ne 12. Die Heizleiterbahn 4 besitzt in der innersten unbeheizten Zone 11 An­ schluß- oder Kontaktflächen 13 und innerhalb der inneren Heizzone 10 sowie in­ nerhalb der äußeren Heizzone 9 insgesamt ringförmige Abschnitte 14 bzw. 15, die zueinander konzentrisch angeordnet sind und in welchen die Heizleiterbahn mäanderartig verläuft. Heizleiterbahn 4 und Kontaktflächen sind in Dick­ schichttechnik ausgeführt. Wie die Fig. zeigt, sind die Lücken 16 zwischen den Mäanderwindungen des Abschnittes 15 kleiner als die Lücken 17 zwischen den Mäanderwindungen des Abschnittes 14, während der Querschnitt sämtlicher Ab­ schnitte stets gleich groß ist. Auf diese Weise ist die Heizwirkung des äuße­ ren Abschnittes 15 größer als diejenige des inneren Abschnittes 14. Über Ver­ bindungsabschnitte 18 stehen die beiden Abschnitte 14 und 15 miteinander in elektrischer Verbindung. Innerhalb der unbeheizten Randzone 12 ist ebenfalls als Dickschichtheizleiterbahn oder als sonstige gedruckte Leiterbahn eine Steuerbahn 19 auf dem Träger 1 aufgebracht mit elektrischen Anschluß oder Kon­ taktflächen 20 in der innersten unbeheizten Zone 11. Diese Steuerbahn stellt einen Meßwiderstand dar mit einem Widerstandswert von 300 bis 550 Ohm. Mittels dieses Meßwiderstandes, der z.B. aus reinem Nickel besteht, wird die Tempera­ tur des äußeren Abschnittes 15 der Heizleiterbahn 4 abgefühlt, wobei dieser Meßwiderstand an eine vorbestimmte Meßspannung angelegt sein kann und durch den bei unterschiedlicher Temperatur sich ändernden Widerstand unterschiedli­ che Stromstärken erhalten werden, die zur Steuerung oder Regelung der Heizlei­ stung dient. So besteht die Möglichkeit, mit Hilfe dieses Meßwiderstandes 19 einen Übertemperaturschutz zu schaffen, durch den sichergestellt ist, daß die thermische Heizflächenbelastung eine vorbestimmte kritische Temperatur nicht übersteigt. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, mehr als einen Meßwi­ derstand innerhalb der Kochfläche 8 anzuordnen.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß ein Teil der Heiz­ leiterbahn 4 als Steuerbahn 19′ ausgebildet ist. Vorzugsweise besteht hierbei die Steuerbahn 19′ aus einem Material mit Kaltleitereffekt. Diese Steuerbahn kann einstückiger Bestandteil der Heizleiterbahn 4 sein, d.h. gleichzeitig auf dem Träger 1 aufgebracht werden oder aber die Steuerbahn 19′ kann als separa­ ter Teil z.B. in Form eines Plättchens in die Heizleiterbahn 4 durch Aufdrük­ ken auf Kontakte im Zuge der Heizleiterbahn eingeschaltet werden. Man erhält auf diese Weise durch den Kaltleitereffekt eine Selbstregelung, z.B. selbsttä­ tige Temperaturbegrenzung in einem kritischen Temperaturbereich z.B. bei 600°C bei Anwendung des Heizelementes für Glaskeramik-Kochplatten.

Schließlich kann vorgesehen sein, daß die Heizleiterbahn 4 selbst durch Verwen­ dung eines Materials mit temperaturabhängigem Selbstregelungs- oder Drosselef­ fekt als Steuerbahn ausgebildet ist, wobei bevorzugt ein Material mit großem Temperaturkoeffizienten verwendet wird. Ein Selbstregelungs- oder Drosselef­ fekt wird erhalten bei Verwendung von Materialien wie z.B. Platin oder Wolfram oder deren Legierungen.

Selbstverständlich besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, bei Vor­ handensein von zwei Heizleiterbahnen, bzw. von zwei mit Abstand voneinander angeordneten Abschnitten einer Heizleiterbahn, jedem Abschnitt eine Steuerbahn zuzuordnen. So kann die der äußeren Heizleiterbahn benachbarte Steuerbahn der Ankoch-Temperaturbegrenzung dienen, während die dem inneren Abschnitt zugeord­ nete Steuerbahn die Fortkoch-Temperatur regelt. Es ist weiterhin möglich, nur der inneren Heizleiterbahn eine Steuerbahn zuzuordnen, die bewirkt, daß nach dem Erreichen einer vorbestimmten Temperatur die Heizleistung über einen Ener­ gieregler getaktet wird.

Claims (13)

1. Heizelement insbesondere für Kochstellen mit vorzugsweise in Dickschichtpa­ sten-Technik auf einem Träger aufgebrachten Heizleiterbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Träger (1) zumindest eine der oder den Heizleiterbahnen (4) unmittelbar zugeordnete Steuerbahn (19; 19′) auf­ gebracht ist, die in Abhängigkeit von der Temperatur der Heizleiterbahn der Temperatursteuerung oder Temperaturregelung des Heizelementes dient.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbahn der Begrenzung der thermischen Heizflächenbelastung dient.

3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ bahn (19) als Temperatur-Meßwiderstand ausgebildet ist, der sich in unmit­ telbarer Nähe der Heizleiterbahn oder Heizleiterbahnen befindet und über eine elektrische Auswerteeinrichtung der Steuerung oder Regelung der Heiz­ leistung dient.

4. Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbahn (19) als gedruckte Leiterbahn, vorzugsweise als Dickschichtleiterbahn ausgebil­ det ist und zusammen mit der oder den Heizleiterbahnen (4) auf dem Träger, vorzugsweise in unbeheizten Zonen aufgebracht ist.

5. Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfläche in Zonen (9, 10) unterschiedlicher Heizwirkung unterteilt ist und daß jeder Zone eine separate Steuerbahn zugeordnet ist.

6. Heizelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbahn aus einem Material mit großem Temperaturkoeffizienten be­ steht.

7. Heizelement nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand der Steuerbahn (19) 300 bis 550 Ohm beträgt.

8. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Heizleiterbahn (4) als Steuerbahn (19′) mit veränderlichem Widerstand ausgebildet ist.

9. Heizelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbahn (19′) aus einem Material mit Kaltleitereffekt besteht.

10. Heizelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbahn (19′) einstückiger Bestandteil der Heizleiterbahn (4) ist.

11. Heizelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbahn als separater Teil in die Heizleiterbahn eingeschaltet ist.

12. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz­ leiterbahn selbst durch Verwendung eines Materials mit temperaturabhängigem Selbstregelungs- oder Drosseleffekt als Steuerbahn ausgebildet ist.

13. Heizelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material mit großem Temperaturkoeffizienten verwendet wird.