Die Erfindung betrifft ein großflächiges Heizelement geringer Dicke, insbesondere ein Garofenheizelement.
Aus der
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein großflächiges Heizelement von geringer Dicke zu schaffen, dass hohen Anforderungen an die Isolation genügt und zumindest beim Einbrennen der Schichten formstabil bleibt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 23 gelöst.
Während die dielektrischen ersten Schichten des ersten Paares sowohl der elektrischen Isolation als auch der Sicherung der Formstabilität beim Einbrennen dienen, gewährleisten die zweiten Schichten des zweiten Paares eine zusätzliche elektrische Isolation und die dritten Schichten des zweiten Paares bei insgesamt geringer Gesamtdicke des Heizelements eine zusätzliche Formstabilität beim Einbrennen.
Das Substrat kann aus Stahl, insbesondere aus emaillierfähigem Stahl, vorzugsweise aus Niedrigkohlenstoffstahl bestehen. Es weist insbesondere eine Dicke von wenigstens 0,5 mm, insbesondere von wenigstens 0,8 mm, vorzugsweise von wenigstens 1 mm auf. Selbstverständlich sind auch größere Dicken, beispielsweise 1,5 mm möglich.
Zwischen dem Substrat und den dielektrischen ersten Schichten können Haftvermittlungsschichten, insbesondere Nickelschichten, angeordnet sein.
Die dielektrischen ersten Schichten des wenigstens einen ersten Paares sind insbesondere spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, wobei sie vorzugsweise beide Außenflächen des Substrates vollständig bedecken. Die dielektrischen ersten Schichten des wenigstens einen ersten Paares weisen insbesondere denselben Ausdehnungskoeffizienten und/oder dieselbe Dicke, insbesondere eine Dicke im Bereich von 30 µm bis 70 µm, vorzugsweise von 30 µm bis 50 µm auf. Sie bestehen vorzugsweise aus demselben Material, insbesondere aus dielektrischem Emaille. Auch sind sie vorzugsweise unter denselben Bedingungen gleichzeitig eingebrannt. Schließlich ist insbesondere nur ein erstes Paar dielektrischer erster Schichten vorgesehen.
Die zweite und die dritte Schicht des wenigstens einen zweiten Paares können ebenfalls spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sein und insbesondere beide Außenflächen der dielektrischen ersten Schichten vollständig bedecken.
Die dielektrische zweite Schicht des wenigstens einen zweiten Paares besteht vorzugsweise aus dielektrischem Emaille, die dritte Schicht des wenigstens zweiten Paares insbesondere aus konventionellem Emaille, insbesondere aus Schwarzemaille.
Es sind vorzugsweise wenigstens zwei zweite Paare, insbesondere drei zweite Paare, vorgesehen, wobei die zweiten Schichten aufeinander liegen und die dritten Schichten aufeinander liegen. Die zweiten Schichten weisen insbesondere eine Dicke im Bereich von insgesamt 120 µm bis 180 µm, vorzugsweise 120 µm bis 150 µm auf, die dritten Schichten insbesondere eine Dicke im Bereich von insgesamt 120 µm bis 180µm, vorzugsweise 140 µm bis 160 µm. Die dielektrische zweite Schicht und die dritte Schicht eines zweiten Paares können wiederum unter denselben Bedingungen gleichzeitig eingebrannt sein.
Die heizende vierte Schicht besteht vorzugsweise aus einem Widerstandsmaterial, insbesondere aus Silber. Sie weist vorzugsweise eine Dicke von 7 µm bis 10 µm auf. Auf ihr ist insbesondere eine schützende fünfte Schicht vorgesehen, die insbesondere eine Dicke von 20 µm bis 30 µm, vorzugsweise von etwa 20 µm, aufweist.
Die ersten und/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten und/oder fünften Schichten sind vorzugsweise aufgedruckt.
Das großflächige Heizelement besitzt insbesondere Abmessungen zwischen 100 mm x 100 mm und 700 mm x 700 mm, vorzugsweise zwischen 300 mm x 300 mm und 500 mm und 500 mm.
Ein Verfahren zur Herstellung großflächiger Heizelemente, insbesondere der vorbeschriebenen, weist folgende Verfahrensschritte auf:
Das Aufbringen und Trocknen erfolgt insbesondere seitenweise.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die zugehörige schematische Zeichnung zeigt den Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Heizelementes H.
Die Basis ist ein vorzugsweise ebenes rechteckiges Blech 1 aus kohlenstoffarmem Stahl mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm, vorzugsweise etwa 1 mm, und einer Fläche im Bereich von 100 mm x 100 mm bis 700 mm x 700 mm, beispielsweise 500 x 500 mm. Auf diesem Blech kann sich beidseitig eine nicht dargestellte Haftverstärkungs- oder Haftvermittlungsschicht aus 1g/m2 Nickel befinden, um die auf beiden Seiten des Bleches nachfolgenden Schichten 2 besser aufnehmen zu können.
Diese unmittelbar nachfolgenden Schichten 2 nehmen je Seite die gesamte Außenfläche des Bleches 1 ein. Sie sind untereinander identisch ausgebildet und gleichzeitig auf identische Weise erzeugt. Jede der beiden Einzelschichten 2 besteht insbesondere aus dielektrischem Emaille mit einer Dicke im Bereich von etwa 30 µm bis 50 µm, wobei die erste Schicht 2 auf einer ersten Seite aufgedruckt und getrocknet und die zweite Schicht 2 nach Seitenwechsel auf der anderen Seite aufgedruckt und getrocknet wird und anschließend beide Schichten 2 gemeinsam eingebrannt werden. Das Aufdrucken erfolgt insbesondere mittels Siebdruck, das gleichzeitige Einbrennen bei Temperaturen im Bereich von 780°C bis 835°C, vorzugsweise bei 800°C.
Mit dem gleichzeitigen Einbrennen der untereinander identischen Schichten 2 ist die entscheidende Basis dafür geschaffen, dass sich das Blech 1 beim Einbrennen nicht nur der Schichten 2, sondern auch aller nachfolgenden Schichten (aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten) nicht verzieht, also nicht von seiner ursprünglich ebenen Form abweicht. Selbstverständlich können diese untereinander identischem Schichten 2 auch aus anderem dielektrischen Material bestehen. Entscheidend ist, dass zumindest die Schichten 2 die gleichen Einbrenntemperaturen und nach dem Einbrennen die gleichen Dicken besitzen, so dass sie gleichzeitig in einem Einbrennvorgang eingebrannt werden können.
Im Interesse einer hohen elektrischen Isolation bei gleichzeitig guter Formstabilität des Heizelementes H schließen sich an das eine Paar von Schichten 2 nach außen hin weitere Paare von Schichten an, die jedoch je Paar von unterschiedlichem Material sind. So besteht beispielsweise eine der Schichten, hier eine der die Gesamtschicht 3 bildenden Schichten gleichen Materials, aus konventionellem Schwarzemaille, während die andere Schicht, hier eine der die Gesamtschicht 4 bildenden Schichten gleichen Materials, aus dielektrischem Emaille besteht. Schichten gleichen Materials liegen damit immer aufeinander, in diesem Falle drei Schichten dielektrisches Emaille auf einer Seite des Bleches 1 und drei Schichten Schwarzemaille auf der andere Seite des Bleches 1.
Die Herstellung der Schichten 3 und 4 erfolgt in Anlehnung an die Herstellung der Schichten 2, wobei hier die erste Schicht der Gesamtschicht 3 auf einer ersten Seite aufgedruckt und getrocknet und die erste Schicht der Gesamtschicht 4 nach Seitenwechsel auf der anderen Seite aufgedruckt und getrocknet wird und anschließend beide Schichten gemeinsam eingebrannt werden, woran sich auf gleiche Weise das Aufdrucken, Trocknen und Einbrennen der weiteren Schichten der Gesamtschichten 3 und 4 anschließt, so dass sich dies bei aus drei Schichten gebildeten Gesamtschichten 3 und 4 drei Mal wiederholt. Das Aufdrucken erfolgt wiederum mit Siebdruck, das gleichzeitige Einbrennen wiederum bei Temperaturen im Bereich von 780°C bis 835°C. Die Dicke der Gesamtschicht 3 aus Schwarzemaille liegt im Bereich von 140 µm bis 160 µm, die Dicke der Gesamtschicht 4 aus dielektrischem Emaille im Bereich von 120 µm bis 160 µm. Die Dicken sind unter anderem abhängig von der Konsistenz der zu druckenden Emaille-Paste und der Maschenweite des Siebes.
Auf der obersten der die Gesamtschicht 4 bildenden Schichten aus dielektrischem Emaille ist eine Widerstandsheizschicht 5 aus insbesondere Silber aufgebracht, die alle für Filmheizungen üblichen Geometrien aufweisen kann, beispielsweise kreisringförmige, mäanderförmige oder auch vollflächige Geometrien. Wie schon zuvor, erfolgt das Aufdrucken mittels Siebdruck, während das Einbrennen bei Temperaturen von etwa 635 °C erfolgt. Die Dicke liegt im Bereich von 7 µm bis 10 µm.
Die Widerstandsheizschicht 5 kann mit einer kratzfesten Schutzschicht 6 abgedeckt sein, die mittels Siebdruck aufgedruckt und bei Temperaturen im Bereich von 600 °C bis 630 °C gebrannt ist. Ihre Dicke liegt bei etwa 20 µm.
Ein derartiger Schichtaufbau trägt zu einem großflächigen Heizelement H geringer Dicke bei, das die elektrischen Sicherheitsanforderungen der IEC 60335-2 für stationäre Heizelemente der lasse I erfüllt.
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