DE102022200226B4 - Strahlungsheizeinrichtung für ein Kochfeld und Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsheizeinrichtung - Google Patents

Abstract

Strahlungsheizeinrichtung (15, 115) für ein Kochfeld (11), mit:
- einem flächigen Träger (21, 121) aus Wärmedämm-Material mit einer Trägeroberseite (23, 123),
- mindestens einem Heizelement (27, 127) an der Trägeroberseite (23, 123), wobei das Heizelement (27, 127):
- länglich ausgebildet ist,
- an der Trägeroberseite (23, 123) befestigt ist,
- in Bahnen in einem Muster verläuft und dabei eine Heizfläche aufspannt,
- für einen Betrieb mit sichtbarem Strahlen ausgebildet ist, wobei:
- Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) in dem Träger (21, 121) unterhalb der Trägeroberseite (23, 123) und in einer Fläche parallel zur Trägeroberseite (23, 123) angeordnet sind,
- die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) einen Mindestabstand zur Trägeroberseite (23, 123) aufweisen, wobei der Mindestabstand 0,2 mm beträgt,
- die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) aus einem Wärmeverteil-Material bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit mindestens 10 W/(m*K) beträgt,
- die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) eine Wärmeverteilfläche aufspannen und in dieser Wärmeverteilfläche verlaufen,
- die Wärmeverteilfläche mindestens 70% der von dem mindestens einen Heizelement (27, 127) aufgespannten Heizfläche beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass:
- die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) keine vollständig geschlossene Wärmeverteilfläche aufweisen,
- die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) Unterbrechungen (235, 338) aufweisen in der von ihnen aufgespannten Wärmeverteilfläche und
- die Unterbrechungen (235, 338) Unterbrechungsflächen bilden,
- in den Unterbrechungsflächen keine Wärmeverteilmittel und kein Wärmeverteil-Material vorgesehen sind.

Description

• Anwendungsgebiet und Stand der Technik
• Die Erfindung betrifft eine Strahlungsheizeinrichtung für ein Kochfeld sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Strahlungsheizeinrichtung.
• Aus der EP 0 590 315 A2 ist eine solche Strahlungsheizeinrichtung bekannt. Auf einem flächigen und flachen Träger aus elektrisch isolierendem und thermisch dämmendem Wärmedämm-Material ist mindestens ein Heizelement angeordnet. Das Heizelement weist eine Streifenform auf und ist aufrechtstehend an dem Träger durch Einstecken in die Trägeroberseite mit in regelmäßigen Abständen abstehenden Haltefüßen befestigt. Die einzelnen Windungen der Heizelemente verlaufen zwar mit relativ geringem Abstand zueinander, dennoch ist aber eben ein Abstand vorhanden. Im Betrieb der Strahlungsheizeinrichtung glühen die Heizelemente mit Strahlung im sichtbaren Bereich, wobei sie eine Temperatur von 1.000°C bis 1.100°C aufweisen. Durch diese Leuchterscheinung ist genau erkennbar, wo die Heizelemente glühen und somit auch strahlen und Heizleistung erzeugen.
• Aus der EP 0 627 869 A1 ist eine Strahlungsheizeinrichtung in einem Kochfeld dargestellt mit einem flächigen Träger aus Wärmedämm-Material. Auf einer Trägeroberseite sind längliche Heizelemente über eine Fläche verteilt. Das Wärmedämm-Material des Trägers ist in zwei Blechschalen aus Metall angeordnet, welche zu dessen Halterung dienen und dessen Wärme auch verteilen können.
• Aufgabe und Lösung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Strahlungsheizeinrichtung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, eine möglichst effiziente Strahlungsheizeinrichtung zur Verfügung zu stellen, die möglichst viel Heizleistung erzeugt bzw. eine möglichst hohe Ausbeute von Heizleistung im Vergleich zur eingesetzten elektrischen Energie bietet.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Strahlungsheizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zu ihrer Herstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für die Strahlungsheizeinrichtung oder nur für ein Verfahren zu ihrer Herstellung genannt. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für eine Strahlungsheizeinrichtung als auch für ein Verfahren zu ihrer Herstellung selbständig und unabhängig voneinander gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
• Die Strahlungsheizeinrichtung, die allein oder vorteilhaft zu mehreren in ein Kochfeld eingebaut wird und dabei unter einer Kochfeldplatte angeordnet ist, weist einen flächigen Träger aus Wärmedämm-Material auf, das vorteilhaft eine Wärmeleitfähigkeit kleiner als 1 W/(m*K) bei Raumtemperatur aufweist, besonders vorteilhaft kleiner als 0,5 W/(m*K) oder sogar kleiner als 0,1 W/(m*K). Das Wärmedämm-Material kann vorteilhaft einen Anteil von mehr als 50% an pyrogener Kieselsäure und Werkstoffen mit höherem Brechungsindex wie beispielsweise Trübmittel aufweisen. Der Träger ist vorteilhaft auch im Wesentlichen flach oder plan, zumindest dort, wo er mindestens ein Heizelement an einer Trägeroberseite trägt. Dieses Heizelement ist länglich ausgebildet, insbesondere streifenförmig, und an der Trägeroberseite befestigt. Es steht zu einem ganz überwiegenden Teil von der Trägeroberseite ab bzw. über die Trägeroberseite über, also nach oben. Es verläuft dabei in Bahnen in einem bestimmten Muster, wobei ein solches Muster beispielweise konzentrisch und/oder mäanderartig sein kann. Dabei spannt das Heizelement eine Heizfläche auf, die also dadurch gebildet ist, dass es die Fläche innerhalb der am weitesten außen verlaufenden oder äußersten Abschnitte des Heizelements ist. Das Heizelement ist für einen Betrieb mit einem sichtbaren Strahlen ausgebildet, wobei ein Temperaturbereich bis zu 1.200°C gehen kann. Vorteilhaft geht ein Temperaturbereich typischerweise bis 1.100°C, so dass das Heizelement im Betrieb hellorange-rot glüht. Vorteilhaft ist das Heizelement dabei ausgebildet wie aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der eingangs genannten EP 590 315 A2 . Es kann ein einziges Heizelement vorgesehen sein, alternativ können auch mehrere Heizelemente vorgesehen sein, beispielsweise zwei oder drei Heizelemente. Bei der Verwendung von Halogenlampen als Heizelemente sind noch deutlich höhere Temperaturen möglich.
• Erfindungsgemäß sind Wärmeverteilmittel in dem Träger unterhalb der Trägeroberseite angeordnet, die bevorzugt in einer Fläche parallel zur Trägeroberseite verlaufen. Die Wärmeverteilmittel sind mit einem Mindestabstand zur Trägeroberseite angeordnet, wobei der Mindestabstand bzw. Abstand 0,2 mm bis 3 mm oder sogar bis 10 mm betragen kann. Somit sind die Wärmeverteilmittel bevorzugt vollständig von dem Wärmedämm-Material bedeckt, aber nicht zu weit unterhalb der Trägeroberseite bzw. zu weit von dem Heizelement entfernt, vorteilhaft eben 0,2 mm bis 10 mm. Die Wärmeverteilmittel oder ein entsprechender Wärmeverteiler bestehen aus einem Wärmeverteil-Material, dessen Wärmeleitfähigkeit größer bzw. deutlich größer ist als diejenige des Wärmedämm-Materials. Vorteilhaft beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeverteil-Materials mindestens 10 W/(m*K) bei Raumtemperatur, besonders vorteilhaft mindestens 20 oder 30 W/(m*K). Die Wärmeverteilmittel spannen eine Wärmeverteilfläche auf und verlaufen in dieser Wärmeverteilfläche. Ähnlich wie zuvor für die Heizfläche beschrieben, wird die Wärmeverteilfläche von den äußersten Abschnitten der Wärmeverteilmittel gebildet und umfasst die gesamte darin oder dazwischenliegende Fläche. Diese Wärmeverteilfläche kann mindestens 70% der von dem mindestens einen Heizelement aufgespannten Heizfläche betragen, vorteilhaft mindestens 90%. So ist es möglich, dass die Wärmeverteilfläche zu einem signifikanten oder zu einem großen bis sehr großen Bereich dort ist, wo die Heizfläche ist. Dadurch kann die Wärmeverteilfläche die Heizfläche sozusagen in der Heizwirkung sehr gut unterstützen oder ergänzen. Bei den vorgenannten sehr hohen Temperaturen, die das Heizelement im Betrieb erreicht und die bei mindestens 800°C liegen, vorteilhaft bei mindestens 1.000°C, wurde herausgefunden, dass eine erhebliche Menge an Heizenergie von dem Heizelement nach oben abgestrahlt wird, wie dies vorgesehen und gewünscht ist. Durch den Abstand der einzelnen Windungen oder Bahnen des Heizelements in lateraler Richtung zueinander entstehen dazwischen gewisse Bereiche, in denen von oben betrachtet die Trägeroberseite zu sehen ist. Aufgrund der sehr geringen Wärmeleitfähigkeit des Wärmedämm-Materials an dieser Trägeroberseite wird die Wärme bzw. Heizenergie aber sozusagen geschluckt. Dies ist ja unter anderem der Sinn der Verwendung des Wärmedämm-Materials für den Träger, damit dessen Wärme bzw. Heizenergie nicht zu einem zu großen Maß nach unten in ein Kochfeldgehäuse hinein abgestrahlt wird.
• Die Erfindung mit dem Anordnen der Wärmeverteilmittel bzw. des Wärmeverteilers in dem Träger unterhalb der Trägeroberseite mit geringem Abstand dazu, also relativ knapp unterhalb der Trägeroberseite, hat den Sinn, dass so die von dem Heizelement nach unten abgegebene Wärme lateral verteilt werden kann. Somit wird diese Wärme also lateral und zur Seite hin in die Bereiche der Trägeroberseite oder des oberen Bereichs des Trägers geleitet, wo die Trägeroberseite zwischen zwei benachbarten Heizelementen liegt. Hier ist die Temperatur der Trägeroberseite schon deutlich geringer als direkt unterhalb des Heizelements oder in unmittelbarer Nähe dazu, insbesondere mit einem Abstand von 1 mm oder weniger. Somit kann hier die seitlich weitergeleitete Wärme von den Wärmeverteilmitteln wieder nach oben abgegeben werden, so dass sie durch die dünne Schicht an Wärmedämm-Material oberhalb der Wärmeverteilmittel hindurchgeht und nach oben abstrahlen kann. Dies ist dann überwiegend in den Bereichen zwischen zwei benachbarten Heizelementen. Somit strahlt diese Wärme in dieselbe Richtung wie auch das Heizelement. Dieser Anteil ist vorhersehbar signifikant geringer als derjenige der Heizelemente selbst, beispielsweise beträgt er nur 5% bis 20% davon. Dennoch wird die gesamte nach oben gestrahlte Wärmeenergie dadurch größer, was die Heizwirkung der Strahlungsheizeinrichtung nach oben verbessert. Des Weiteren wird dadurch zwangsläufig weniger Wärme nach unten in den gesamten Träger abgegeben bzw. es tritt weniger Wärme aus dem Träger nach unten und zur Seite aus, so dass der vorgenannte Effekt der Erwärmung nach unten in ein Kochfeldgehäuse hinein verringert wird. Somit wird mit der Erfindung ein doppelter Vorteil erreicht.
• In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Wärmeverteilmittel Metall auf oder bestehen vollständig aus Metall. Dazu können sie bevorzugt Eisen oder Stahl aufweisen, da dies gute Wärmeleiter sind, alternativ Aluminium, da dies ein noch besserer Wärmeleiter ist. Um Korrosion vorzubeugen und um eine langanhaltende Stabilität des Aufbaus zu erreichen, können die Wärmeverteilmittel Edelstahl aufweisen oder ganz aus Edelstahl bestehen. Hierfür bietet sich ein vollständig korrosionsbeständiger Edelstahl an. Andere Eigenschaften einer Oberflächengüte sind weniger bedeutsam. Aluminium ist durch die Oxidschicht nochmals besser geschützt. Weitere Materialien wie Kupfer oder Nickel sind auch verwendbar. Darüber hinaus ist es durchaus möglich, Keramik wie SiC oder Bornitrit oder Keramikgewebe bspw. aus SiC Fasern oder Bornitrit einzusetzen, ebenfalls sogenannte Tyranno-Fasern.
• In Ausgestaltung der Erfindung können die Wärmeverteilmittel eine Dicke von 0,1 mm bis 3 mm aufweisen, vorteilhaft von 1 mm bis 2 mm. Diese Dicke gilt besonders vorteilhaft in Richtung senkrecht zur Fläche der Trägeroberseite. Anders ausgedrückt können die Wärmeverteilmittel eine Dicke zwischen 0,5% und 15% des gesamten Trägers aufweisen, vorteilhaft zwischen 3% und 10%. Vor allem sollten sie deutlich näher an der Trägeroberseite als an einer Trägerunterseite liegen, so dass eine Wärmedämmung nach unten auf alle Fälle noch ausreichend gut ist.
• Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmeverteilmittel keine vollständig geschlossene Wärmeverteilfläche aufweisen. Dies bedeutet, dass sie selbst nicht vollständig geschlossen sind bzw. vorteilhaft in sich und somit in der Wärmeverteilfläche Unterbrechungen aufweisen können. Diese Unterbrechungen bilden wiederum Unterbrechungsflächen, und in diesen Unterbrechungsflächen sind weder die Wärmeverteilmittel noch Wärmeverteil-Material vorgesehen. Vielmehr ist es vorteilhaft, wenn auch in den Unterbrechungsflächen Wärmedämm-Material vorgesehen ist, vor allem um eine stabile Integrität des Trägers erreichen zu können. Dann geht das Wärmedämm-Material nämlich sozusagen durch die Wärmeverteilmittel hindurch. Dabei kann in nochmaliger Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Summe der Unterbrechungsflächen der Wärmeverteilmittel größer ist als 50% der von den Wärmeverteilmitteln insgesamt aufgespannten Wärmeverteilfläche. Unter Umständen kann sogar vorgesehen sein, dass die Summe der Unterbrechungsflächen größer ist als 70% der von den Wärmeverteilmitteln insgesamt aufgespannten Wärmeverteilfläche. Dies bedeutet wiederum, dass das Wärmeverteil-Material auf maximal der Hälfte, vorteilhaft auf maximal 30%, der Wärmeverteilfläche vorgesehen ist. Somit unterbrechen die Wärmeverteilmittel sozusagen den flächigen Aufbau des Trägers aus dem Wärmedämm-Material nur zum Teil und bewirken damit eine gute strukturelle Integrität des Trägers und Erhalt von dessen wärmedämmenden Eigenschaften.
• In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Wärmeverteilmittel als ein Geflecht, als ein Gitter, als ein Gelege oder als ein Gewebe ausgebildet. Sie können jeweils aus länglichen Wärmeleitelementen bestehen, die das Geflecht, das Gitter, das Gelege oder das Gewebe bilden. Diese länglichen Wärmeleitelemente, beispielsweise nach Art von Drähten aus Metall, können lose miteinander verbunden sein bzw. sie können eine innere Bewegbarkeit relativ zueinander aufweisen. Gerade bei den genannten Ausgestaltungen ist dies gut möglich. Der Vorteil hierbei liegt darin, dass eine Ausdehnung aufgrund starker Erwärmung, im Betrieb der Strahlungsheizeinrichtung auf Temperaturen von über 600°C oder sogar über 700°C, keine Spannungen in den Wärmeverteilmitteln bewirkt aufgrund der inneren Bewegbarkeit. Die einzelnen Wärmeleitelemente dehnen sich dann etwas aus und die gesamten Wärmeverteilmittel spannen eine etwas größere Wärmeverteilfläche auf. Nach Abkühlen können sie sich auch wieder zusammenziehen. Die vorgenannten Unterbrechungsflächen verändern ihre Größe und Anordnung auch nur geringfügig, so dass die strukturelle Integrität des Trägers möglichst gewahrt bleibt. Aufgrund der vorgenannten relativ geringen Dicke der Wärmeverteilmittel ändern sie sich in Dickenrichtung, insbesondere in Richtung senkrecht zur Fläche der Trägeroberseite, nur unmerklich. Somit wird in dieser Richtung der Träger von ihnen nicht schädlich auseinandergedrückt.
• Bevorzugt sind die Wärmeverteilmittel in sich formstabil und/oder eigenstabil ausgebildet. Dies macht ihre Handhabung vor der Herstellung der gesamten Strahlungsheizeinrichtung einfacher und praktikabler. Vor allem auch die Herstellung selbst kann damit erleichtert werden.
• Besonders bevorzugt sind die Wärmeverteilmittel als Gitter ausgebildet mit sich kreuzenden und länglichen Wärmeleitelementen. Diese Wärmeleitelemente können sich in einem Winkel von etwa 90° kreuzen. Für die vorgenannten Eigenschaften der inneren Bewegbarkeit relativ zueinander einerseits und der Formstabilität andererseits können die Wärmeleitelemente an Kontaktpunkten, also dort, wo sich zwei Wärmeleitelemente berühren, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Dabei sollten sie aber nicht materialschlüssig miteinander verbunden sein. So können sie sich bei Ausdehnung aufgrund starker Erwärmung, vor allem wenn diese möglicherweise nicht homogen erfolgt, jeweils im benötigten Maß ausdehnen. Eine Gitterstruktur wird hierfür als sehr vorteilhaft angesehen im Rahmen der Erfindung, vor allem weil zwei aneinander anliegende Wärmeleitelemente jeweils in entgegengesetzte Richtung auseinandergebogen sein können.
• Insgesamt verläuft das Wärmeverteilmittel vorteilhaft in einer Ebene, und zwar parallel zur Trägeroberfläche. Besonders vorteilhaft sind auch nur in einer einzigen Ebene oder Lage ein oder mehrere Wärmeverteilmittel vorgesehen, und nicht in mehreren Ebenen im Träger verteilt.
• Gerade für die vorgenannten länglichen Wärmeleitelemente kann vorteilhaft gelten, dass ihr Durchmesser oder ihre Breite zwischen 5% und 30% des Abstands zweier benachbarter Wärmeleitelemente beträgt, insbesondere wenn diese Wärmeleitelemente direkt benachbart zueinander sind. So kann auch das vorgenannte Ziel erreicht werden, dass die Summe der Unterbrechungsflächen zwischen den Wärmeleitelementen größer oder sogar deutlich größer ist als die Hälfte der insgesamt von den Wärmeverteilmitteln aufgespannten Wärmeverteilfläche.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Trägermaterial bzw. kann der Träger oberhalb der Wärmeverteilmittel und unterhalb der Wärmeverteilmittel durchgehend miteinander verbunden sein. Dies bedeutet, dass Trägermaterial durch die vorgenannten Unterbrechungen hindurch miteinander verbunden ist. Somit verläuft das Trägermaterial durch diese Unterbrechungen hindurch und bewirkt eben, dass der gesamte Träger in sich stabil ist und somit die strukturelle Integrität erhalten bleibt, insbesondere auch beim Betrieb der Strahlungsheizeinrichtung mit Aufheizen der Wärmeverteilmittel und deren dadurch folgender Ausdehnung.
• Für das Heizelement kann eine Befestigung vorgesehen sein, so dass es zumindest teilweise in den Träger bzw. in die Trägeroberfläche eingebettet ist. Dazu kann das Heizelement besonders vorteilhaft unten bzw. an der Unterseite oder an der Unterkante Haltefüße aufweisen, die nach unten abstehen. Diese Haltefüße sind in den Träger bzw. in die Trägeroberfläche eingebettet, insbesondere bei der Herstellung der Strahlungsheizeinrichtung eingedrückt oder eingesteckt. Dies ist aus dem Stand der Technik bekannt. Falls diese Haltefüße nahe oder sehr nahe an die Wärmeverteilmittel reichen können, und wenn diese aus Metall bestehen, so ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Wärmeverteilmittel oder die Haltefüße eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen, zumindest an der Seite zum Heizelement hin. Dies könnte beispielsweise eine Glasschicht, eine Emailleschicht bzw. Keramikschicht oder eine Lackschicht sein, die ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweisen. Allgemein können das mindestens eine Heizelement bzw. dessen Haltefüße und die Wärmeverteilmittel gegeneinander elektrisch isoliert sein, vorzugsweise mittels einer genannten elektrisch isolierenden Beschichtung.
• Vorteilhaft weist der Träger eine erste Schicht aus Wärmedämm-Material und eine zweite Schicht aus Wärmedämm-Material auf, die fest miteinander verbunden sind. Die gedachte Trennfläche zwischen den beiden Schichten verläuft parallel zur Trägeroberfläche. Zwischen den beiden Schichten sind die Wärmeverteilmittel angeordnet und somit fest in den Träger eingebettet. Zumindest diejenige Schicht der beiden Schichten, die die Trägeroberseite bildet oder aufweist, weist vorteilhaft im Wesentlichen gleichbleibende Dicke auf.
• Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer zuvor beschriebenen Strahlungsheizeinrichtung sieht vor, dass eine erste Schicht von Wärmedämm-Material für den Träger bereitgestellt wird. Das Wärmedämm-Material ist unverdichtet. Auf diese erste Schicht von Wärmedämm-Material werden dann die Wärmeverteilmittel aufgebracht oder aufgelegt. Sie können dabei befestigt werden, beispielsweise auch durch Kleber odgl., dies muss aber nicht sein. Anschließend wird eine weitere zweite Schicht von Wärmedämm-Material für den Träger auf die vorhandene erste Schicht und auf die Wärmeverteilmittel aufgebracht. Auch für die zweite Schicht kann unverdichtetes, teilverdichtetes oder weitgehend bzw. vollständig verdichtetes Wärmedämm-Material verwendet werden. Danach wird das Wärmedämm-Material noch einmal verpresst bzw. werden die beiden Schichten zusammengepresst, um so den gesamten Träger zu bilden. Sollten beide Schichten bereits teilweise oder weitgehend oder sogar vollständig vorgepresst sein, so sollten sie mit einem geeigneten Kleber miteinander und mit den integrierten Wärmeverteilmitteln verklebt werden, damit der Träger stabil hält. Anschließend kann das mindestens eine Heizelement an der Trägeroberseite befestigt werden, beispielsweise durch Einstecken mittels von einer Unterkante abstehenden Haltefüßen. Wie zuvor ausgeführt worden ist, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste Schicht von Wärmedämm-Material noch nicht vollständig verpresst ist, insbesondere unverpresst ist. So können die aufgelegten Wärmeverteilmittel zumindest etwas in das lose Wärmedämm-Material einsinken, was ein Verpressen des gesamten Trägers erleichtert und das Ergebnis verbessert. Vor allem wenn dann auch noch die zweite Schicht von Wärmedämm-Material lose aufgebracht wird, also ohne teilweise oder vollständig verpresst zu sein, kann der gesamte Träger mit integrierten Wärmeverteilmitteln besonders gut und in sich stabil hergestellt werden.
• In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Schicht von Wärmedämm-Material mindestens teilverpresst, vorzugsweise um mindestens 30% bis 70% der Dicke zu erreichen, die das lose aufgeschüttete Material aufweist. Dann werden die Wärmeverteilmittel aufgebacht oder aufgelegt. Anschließend wird die zweite Schicht von Wärmedämm-Material aufgebracht, vorteilhaft in ähnlichem Maß vorverdichtet wie für die erste Schicht zuvor beschrieben worden ist, alternativ unverdichtet. Dann kann der gesamte Träger mit darin eingebetteten Wärmeverteilmitteln verpresst werden.
• Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
• Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
• 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Kochfeld mit einer erfindungsgemäßen Strahlungsheizeinrichtung,
• 2 eine Draufsicht auf die Strahlungsheizeinrichtung aus 1,
• 3 eine alternative Ausgestaltung einer Strahlungsheizeinrichtung mit anders ausgebildetem Träger,
• 4 eine Draufsicht auf eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wärmeverteilers mit Schlitzen in einer dünnen Platte,
• 5 eine Draufsicht auf einen alternativ ausgestalteten Wärmeverteiler als Gitter aus rechtwinklig zueinander verlaufenden Drähten,
• 6 eine Schnittdarstellung durch das Gitter des Wärmeverteilers aus 5 und
• 7 eine Schnittdarstellung ähnlich 6 durch einen Wärmeverteiler als Gitter, der mit Flachdrähten ausgebildet ist.
• Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• In der 1 ist eine Schnittdarstellung durch einen Teil eines Kochfelds 11 dargestellt. Das Kochfeld 11 weist eine Kochfeldplatte 12 mit einer Unterseite 13 auf. An diese Unterseite 13 ist eine erfindungsgemäße Strahlungsheizeinrichtung 15 angedrückt. Vorteilhaft befinden sich unter der Kochfeldplatte 12 des Kochfelds 11 noch weitere Heizeinrichtungen bzw. Strahlungsheizeinrichtungen desselben Typs und der derselben Ausgestaltung.
• Die Strahlungsheizeinrichtung 15 weist eine Blechschale 17 auf mit Boden und hochgezogenem Rand, in der sich ein Isolierrand 19 auf einem Träger 21 befindet. Isolierrand 19 und Träger 21 sind jeweils aus einem eingangs beschriebenen Wärmedämm-Material ausgebildet, vorteilhaft faserfrei. Dessen Wärmeleitfähigkeit kann bei weniger als 1 W/(m*k) liegen. Die beiden Teile sind gegeneinander gepresst, und insbesondere der Isolierrand 19 weist eine ausreichend hohe Festigkeit auf, damit die Strahlungsheizeinrichtung 15 von unten gegen die Unterseite 13 der Kochfeldplatte 12 angedrückt werden kann.
• Der Träger 21 ist als eine Art dicke Scheibe ausgebildet mit einer weitgehend oder im Wesentlichen ebenen Trägeroberseite 23. Parallel dazu verläuft eine Trägerunterseite 24, mit der der Träger 21 auf dem Boden der Blechschale 17 aufliegt.
• An der Trägeroberseite 23 ist ein eingangs beschriebenes längliches Heizelement 27 angeordnet, das bandförmig ausgebildet ist mit einer Dicke von etwa 0,05 mm und einer Höhe von beispielsweise 3 mm. Der Verlauf des Heizelements 27 auf dem Träger 21 kann aus der Draufsicht der 2 ersehen werden, insbesondere ist es eine Art Mischung aus konzentrischem und mäanderförmigem Verlauf. Das Heizelement 27 ragt mit Anschlussenden 30a und 30b durch den Isolierrand 19 hindurch nach außen, um elektrisch kontaktiert werden zu können. Dies ist eine Ausbildung wie im Stand der Technik bekannt.
• Innerhalb des Trägers 21 ist erfindungsgemäß ein flacher und flächiger Wärmeverteiler 33 als zuvor beschriebenes Wärmeverteilmittel angeordnet. In der Schnittdarstellung der 1 ist zu ersehen, dass der Wärmeverteiler 33 erheblich näher an der Trägeroberseite 23 als an der Trägerunterseite 24 liegt. Beträgt die Dicke des Trägers 21 beispielsweise etwa 12 mm bis 15 mm, so kann der Abstand des Wärmeverteilers 33 zur Trägeroberseite 23 etwa 2 mm bis 3 mm betragen, an sich aber auch weniger, theoretisch auch nur bis zu 0,2 mm. Die Dicke des Wärmedämm-Materials des Trägers 21 oberhalb des Wärmeverteilers 33 ist also erheblich geringer als die Dicke darunter, beispielsweise um den Faktor 3 bis 10.
• Des Weiteren kann ersehen werden, dass der Wärmeverteiler 33 in horizontaler Richtung gesehen sogar etwas unterhalb des Heizelements 27 hervorsteht bzw. dieses nach außen überragt. Dies ist auch aus dem gestrichelten Verlauf in der Draufsicht der 2 zu erkennen. Insbesondere kann der Wärmeverteiler 33 nahezu unter der gesamten Trägeroberseite 23 verlaufen, die innerhalb des Isolierrands 19 freiliegt. So kann Wärme, die der Wärmeverteiler 33 innerhalb des Trägers 21 vom Heizelement 27 aufgenommen hat, in die Fläche, also in horizontaler Richtung, verteilt werden und dann wieder nach oben abgestrahlt werden in Richtung hin zur Kochfeldplatte 12. Unterhalb des dicken Isolierrands 19 würde dies erkennbar keinen Sinn mehr machen.
• Aus der Draufsicht der 2 ist deutlich und gut zu erkennen, dass die flächige Ausgestaltung des Wärmeverteilers 33 unterhalb des Heizelements 27, das entlang seiner Bahnen verläuft, bewirkt, dass es flächenmäßig einen großen Anteil gibt, insbesondere mehr als 70% oder sogar mehr als 80%, zu dem die Fläche der Trägeroberseite 23 oberhalb des Wärmeverteilers 33 nicht direkt von dem Heizelement 27 bedeckt und somit abgeschirmt ist. Dadurch wird der eingangs genannte Effekt sehr gut erreicht, dass von dem Heizelement 27 nach unten in den Träger 21 hinein abgegebene Wärme von dem knapp darunter angeordnetem Wärmeverteiler 33 aufgenommen wird. Diese Wärme wird vom Heizelement 27 ohnehin nach unten abgegeben. Dann wird die Wärme von dem Wärmeverteiler 33 in horizontaler Richtung verteilt, insbesondere über seine ganze Fläche und in etwa gleichmäßig, und dann wiederum nach oben abgegeben. Dabei muss diese Wärme zwar erneut durch die dünne Schicht von Wärmedämm-Material darüber gehen, aber aufgrund dessen geringer Dicke ist dies gut möglich. Die Wärme verteilt sich hauptsächlich im Material des Wärmeverteilers 33 selbst und nicht im Wärmedämm-Material des Trägers 21. Dabei wird die Wärme natürlich nur dort nach oben abgegeben, wo nicht direkt darüber ein Teil des Heizelements 27 verläuft. Gemäß der Draufsicht der 2 verbleiben aber genügend viele kleine Flächen, beispielsweise zwischen zwei benachbarten Heizelementen oder Bahnen des Heizelements 27, damit der Wärmeverteiler 33 dazwischen nach oben Wärme abgeben bzw. abstrahlen kann. Dadurch wird der eingangs erläuterte Effekt erreicht, dass insgesamt mehr Wärme nach oben abgegeben bzw. abgestrahlt wird. Des Weiteren wird diese Wärme dann auch nicht nach unten in den Träger 21 und in das Kochfeld 11 hinein abgegeben. Dies ist ein weiterer Vorteil der Erfindung.
• In der 3 ist dargestellt, wie bei einer Strahlungsheizeinrichtung 115 ein Träger 121 nicht einteilig und integral mit darin integriertem Wärmeverteiler 133 gebildet ist, sondern aus einem Oberteil 122a und einem Unterteil 122b besteht. Zwischen diesen beiden ist eine deutliche Trennung erkennbar, und genau dazwischen verläuft auch der Wärmeverteiler 133. Entweder können Oberteil 122a und Unterteil 122b fertig als Halbzeuge hergestellt werden, also auch fertig verpresst werden, und dann mit dem Wärmeverteiler 133 dazwischen in eine Blechschale entsprechend 1 eingelegt werden, oder zuvor verklebt werden mit dem Wärmeverteiler 133 dazwischen. Alternativ können sie nur teilverpresst vorgefertigt werden, und dann mit dem Wärmeverteiler 133 zwischen ihnen endgültig verpresst werden, so dass sie bereits als separates Teil in sich stabil miteinander verbunden sind. Als nochmals weitere Alternative können sie aus losem Schüttgut gleich mit eingelegtem Wärmeverteiler 133 verpresst werden, wodurch eine integrale Festigkeit maximiert werden kann. Dies ist auch eingangs erläutert worden.
• Aus der 3 ist auch zu ersehen, dass bei dem hier dargestellten Heizelement 127 Haltefüße 128 nach unten abstehen und vollständig in dem Träger 121 bzw. in das Oberteil 122 eingesteckt sind. Die Länge der Haltefüße 128 kann in etwa so groß sein wie die Höhe des Heizelements 127 selbst, vorteilhaft etwas geringer sein, beispielsweise also etwa 2 mm bis 3 mm betragen. Es ist von Vorteil, wenn die Haltefüße 128 den Wärmeverteiler 133 nicht berühren, wobei ein Abstand gering sein könnte und sollte. Vorteilhaft ist der Wärmeverteiler 133 aus eingangs genanntem Metall gefertigt, insbesondere aus Aluminium oder Edelstahl mit jeweils hoher bekannter Wärmeleitfähigkeit von etwa 200 W/(m*K) oder 20 W/(m*K). Ein direkter Kontakt an die Haltefüße 128 könnte aber zu ungewünschtem Stromfluss und insbesondere zu einem Kurzschluss führen. Abhilfe könnte hier allgemein dadurch geschafft werden, dass das Wärmeverteilmittel bzw. der Wärmeverteiler 133 elektrisch leitfähig beschichtet ist durch eine an sich beliebige Beschichtung, welche beispielsweise eine Oxidschicht sein kann, alternativ eine Emaille- oder Glasschicht. Besser wäre es aber in jedem Fall, den Wärmeverteiler 133 mit geringem Abstand unterhalb der Haltefüße 128 anzuordnen. Der Abstand kann vorteilhaft mindestens 0,1 mm oder 0,2 mm betragen und sollte aber nicht mehr als 2 mm oder gar 3 mm betragen.
• In der 4 ist eine Draufsicht auf eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wärmeverteilers 233 dargestellt. Der Wärmeverteiler 233 besteht aus einer dünnen Metallplatte 234 mit einer Dicke von etwa 0,2 mm, bevorzugt aus Aluminium oder Edelstahl. In die Metallplatte 234 sind radial verlaufende Schlitze 235 eingebracht, insbesondere eingestanzt, von denen hier nur einige dargestellt sind. In der Mitte der Halteplatte 234 verbleibt ein zentraler Bereich, um hier auch die Stabilität des Wärmeverteiler 233 zu gewährleisten. Durch die radial verlaufenden Schlitze 235 wird eine Wärmeverteilung in radialer Richtung gut ermöglicht. Des Weiteren kann so versucht werden, eine Ausdehnung des Wärmeverteilers 233 beim Erhitzen im Betrieb einer Strahlungsheizeinrichtung, in der er eingebaut ist, auszugleichen. Dabei ist auch zu beachten, dass die in radialer Richtung verlaufenden sich erweiternden Bereiche der Platte 234 in radialer Richtung nicht zwingend durchgängig sein müssten. Eine Wärmeleitung im Wärmeverteiler wird allgemein nicht über große Entfernungen benötigt für die Funktion der Erfindung, eigentlich reicht eine gute Wärmeleitung über eine Entfernung, die dem Abstand zweier Bahnen des Heizelements 27 entsprechend 2 entspricht.
• Eine alternative und bevorzugte Ausgestaltung für einen Wärmeverteiler 333 ist der 5 zu entnehmen. Der Wärmeverteiler 333 ist hier als Gitter ausgebildet mit vertikalen Drähten 337a und horizontalen Drähten 337b, sie können aus Edelstahl oder Aluminium bestehen. Wie zuvor beschrieben, können sie auch elektrisch isoliert sein an der Oberfläche oder zumindest an der Oberseite, beispielsweise mit einer Glas-, Keramik- oder Emaille-Schicht. Vorteilhaft sind die Drähte 337a und 337b identisch und als Runddrähte ausgebildet mit einer Dicke von etwa 1 mm. Der Abstand direkt zueinander benachbarter Drähte kann 3 mm oder mehr betragen. Das Gitter des Wärmeverteilers 333 ist erkennbar regelmäßig ausgebildet, die Drähte 337a und 337b kreuzen sich rechtwinklig mit Zwischenräumen 338 dazwischen, die den vorgenannten Unterbrechungen entsprechen. Dabei sind diese Drähte 337a und 337b nicht unlösbar miteinander verbunden oder verschweißt bzw. verklebt. Sie sind nur, wie die 6 im Schnitt zeigt, jeweils als ganz schwache Zickzack-Form gebogen. Dadurch ist der Wärmeverteiler 333 einerseits in sich relativ stabil. So kann er beispielsweise als sehr große Matte hergestellt werden und daraus in passender Größe ausgeschnitten oder ausgestanzt werden. Des Weiteren können sich einzelne Drähte 337a und 337b relativ leicht bzgl. ihrer Länge und auch in ihrer Position zueinander aufgrund thermisch induzierter Ausdehnung bewegen. Dies ist bei der Metallplatte der 4 kaum oder gar nicht möglich.
• Die Schnittdarstellung durch den Wärmeverteiler 333 gemäß 6 entspricht einer üblichen Ausgestaltung eines solchen Gitters. Der Abstand zwischen den runden Drähten 337a einerseits und den runden Drähten 337b andererseits ist hier übertrieben groß dargestellt für eine bessere Deutlichkeit. In der Regel liegen sie jeweils aneinander an.
• In der 7 ist eine Schnittdarstellung durch einen weiteren erfindungsgemäßen Wärmeverteiler 433 dargestellt, wobei diese ähnlich zur 6 ist. Hier ist das Gitter allerdings aus Flachdrähten 439a und 439b ausgebildet, wie am Schnitt durch den Flachdraht 439a gut zu ersehen ist. Dadurch kann die Fläche von Zwischenräumen 338 im Gitter des Wärmeverteiler 333 gemäß 5 nochmals etwas reduziert werden, so dass die Gesamtfläche aller Zwischenräume mindestens 50% der Gesamtfläche des Wärmeverteilers 333 beträgt.

Claims (15)

1. Strahlungsheizeinrichtung (15, 115) für ein Kochfeld (11), mit: - einem flächigen Träger (21, 121) aus Wärmedämm-Material mit einer Trägeroberseite (23, 123), - mindestens einem Heizelement (27, 127) an der Trägeroberseite (23, 123), wobei das Heizelement (27, 127): - länglich ausgebildet ist, - an der Trägeroberseite (23, 123) befestigt ist, - in Bahnen in einem Muster verläuft und dabei eine Heizfläche aufspannt, - für einen Betrieb mit sichtbarem Strahlen ausgebildet ist, wobei: - Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) in dem Träger (21, 121) unterhalb der Trägeroberseite (23, 123) und in einer Fläche parallel zur Trägeroberseite (23, 123) angeordnet sind, - die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) einen Mindestabstand zur Trägeroberseite (23, 123) aufweisen, wobei der Mindestabstand 0,2 mm beträgt, - die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) aus einem Wärmeverteil-Material bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit mindestens 10 W/(m*K) beträgt, - die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) eine Wärmeverteilfläche aufspannen und in dieser Wärmeverteilfläche verlaufen, - die Wärmeverteilfläche mindestens 70% der von dem mindestens einen Heizelement (27, 127) aufgespannten Heizfläche beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass: - die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) keine vollständig geschlossene Wärmeverteilfläche aufweisen, - die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) Unterbrechungen (235, 338) aufweisen in der von ihnen aufgespannten Wärmeverteilfläche und - die Unterbrechungen (235, 338) Unterbrechungsflächen bilden, - in den Unterbrechungsflächen keine Wärmeverteilmittel und kein Wärmeverteil-Material vorgesehen sind.
2. Strahlungsheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) Metall aufweisen oder vollständig aus Metall bestehen.
3. Strahlungsheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) Keramik aufweisen oder vollständig aus Keramik bestehen.
4. Strahlungsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) eine Dicke von 0,1 mm bis 3 mm aufweisen.
5. Strahlungsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Unterbrechungsflächen größer ist als 50% der von den Wärmeverteilmitteln (33, 133, 233, 333, 433) insgesamt aufgespannten Wärmeverteilfläche.
6. Strahlungsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverteilmittel (333, 433) ein Geflecht, ein Gitter, ein Gelege oder ein Gewebe sind, das aus länglichen Wärmeleitelementen (337a, 337b, 437a, 437b) besteht, die lose miteinander verbunden sind und/oder die eine innere Bewegbarkeit relativ zueinander aufweisen, wobei die Wärmeverteilmittel (333, 433) in sich formstabil und/oder eigenstabil sind.
7. Strahlungsheizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverteilmittel (333, 433) als Gitter ausgebildet sind mit sich kreuzenden länglichen Wärmeleitelementen (337a, 337b, 437a, 437b), wobei die Wärmeleitelemente (337a, 337b, 437a, 437b) an Kontaktpunkten formschlüssig und/oder kraftschlüssig, aber nicht materialschlüssig miteinander verbunden sind.
8. Strahlungsheizeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser oder eine Breite der Wärmeleitelemente (337a, 337b, 437a, 437b) zwischen 5% und 30% des Abstands zweier benachbarter Wärmeleitelemente (337a, 337b, 437a, 437b) betragen.
9. Strahlungsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial und der Träger (21, 121) oberhalb der Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) und unterhalb der Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) durchgehend miteinander verbunden ist, wobei Trägermaterial durch die Unterbrechungen (235, 338) in den Wärmeverteilmitteln (33, 133, 233, 333, 433) hindurch verläuft.
10. Strahlungsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (27, 127) zur Befestigung zumindest teilweise in den Träger (21, 121) und in die Trägeroberfläche eingebettet ist.
11. Strahlungsheizeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (27, 127) und/oder dessen Haltefüße (128) und die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) gegeneinander elektrisch isoliert sind mittels einer elektrisch isolierenden Beschichtung, wobei eine elektrisch isolierende Beschichtung auf den Wärmeverteilmitteln (33, 133, 233, 333, 433) aufgebracht ist.
12. Strahlungsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (121) eine 1. Schicht (121a) aus Wärmedämm-Material und eine 2. Schicht (121b) aus Wärmedämm-Material aufweist, die miteinander fest verbunden sind und zwischen denen die Wärmeverteilmittel (33, 133, 233, 333, 433) angeordnet sind.
13. Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - eine 1. Schicht (121a) von Wärmedämm-Material für den Träger (121) bereitgestellt wird, - auf die 1. Schicht (121a) von Wärmedämm-Material werden die Wärmeverteilmittel (133) aufgebracht oder aufgelegt, - anschließend wird eine weitere 2. Schicht (121b) von Wärmedämm-Material für den Träger (121) auf die andere 1. Schicht (121a) und die Wärmeverteilmittel (133) aufgebracht, danach das Wärmedämm-Material verpresst wird, um den Träger (121) zu bilden, danach das Heizelement (27, 127) an der Trägeroberseite (123) befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverteilmittel (133) auf eine unverpresste 1. Schicht (121a) von Wärmedämm-Material aufgebracht oder aufgelegt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Wärmeverteilmittel (133) die 2. Schicht (121b) von Wärmedämm-Material aufgebracht wird noch ohne Verpressen, und dann der gesamte Verbund aus Wärmedämm-Material mit darin eingebetteten Wärmeverteilmitteln (133) verpresst wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass - zuerst die 1. Schicht (121a) von Wärmedämm-Material mindestens teilverpresst wird, - anschließend die Wärmeverteilmittel (133) aufgebracht oder aufgelegt werden, wobei anschließend Wärmedämm-Material für die 2. Schicht (121b) unverdichtet oder vorverdichtet auf die Wärmeverteilmittel (133) aufgebracht wird, - anschließend eine fertigstellende Verpressung des Trägers (121) mit darin eingebetteten Wärmeverteilmitteln (133) erfolgt.

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