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Dokumentenidentifikation DE102004033372A1 16.02.2006
Titel Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad und mit einem Heizelement
Anmelder BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH, 81739 München, DE
Erfinder Drach, Volker, Dr., 97297 Waldbüttelbrunn, DE;
Ebert, Hans-Peter, Dr., 97337 Dettelbach, DE;
Schnell, Wolfgang, 83308 Trostberg, DE;
Schwoshuber, Rainer, 84518 Garching, DE;
Zimmermann, Christian, 84518 Garching, DE;
Zschau, Günter, 83301 Traunreut, DE
DE-Anmeldedatum 09.07.2004
DE-Aktenzeichen 102004033372
Offenlegungstag 16.02.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.02.2006
IPC-Hauptklasse F24C 7/06(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse F24C 1/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      H05B 3/62(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      
Zusammenfassung Die Erfindung geht aus von einer Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad (10) und mit zumindest einem Heizelement (12), welches das Lüfterrad (10) zumindest teilweise umschließt und das zum Heizen eines vom Lüfterrad (10) erzeugten Luftstroms (14) vorgesehen ist.
Um eine gattungsgemäße Gargeräteheizvorrichtung bereitzustellen, mittels derer ein Gargerät besonders schnell und effektiv aufgeheizt werden kann, wird vorgeschlagen, dass das Heizgerät (12) eine in der Richtung des Luftstroms (14) abgeflachte Form aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einer Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad und mit einem Heizelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP 0 388 751 A1 ist eine Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad und mit einem Heizelement bekannt, welches das Lüfterrad vollständig umschließt. Das Heizelement ist aus einem helixförmig um das Lüfterrad gewundenen Glühdraht mit rundem Querschnitt gebildet und ist zum Heizen eines vom Lüfterrad erzeugten Luftstroms vorgesehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Gargeräteheizvorrichtung bereitzustellen, mittels derer ein Gargerät besonders schnell und effektiv aufgeheizt werden kann. Die Effektivität soll insbesondere hinsichtlich eines Wirkungsgrads der Gargeräteheizvorrichtung und einer kostengünstigen Herstellung gesteigert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Die Erfindung geht aus von einer Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad und mit einem Heizelement, welches das Lüfterrad zumindest teilweise umschließt und das zum Heizen eines vom Lüfterrad erzeugten Luftstroms vorgesehen ist.

Es wird vorgeschlagen, dass das Heizelement eine in der Richtung des Luftstroms abgeflachte Form aufweist. Dadurch können einerseits Strömungsverluste reduziert werden, die zu Geräuschbildung führen können, und andererseits kann eine effektive Kontaktfläche, entlang derer der Luftstrom an der Oberfläche des Heizelements vorbeistreicht, vorteilhaft groß ausgestaltet werden. Dadurch kann ein verbesserter Wärmekontakt zwischen dem Heizelement und dem Luftstrom erreicht werden. Durch eine große Kontaktfläche kann eine gegebene Endtemperatur des Luftstroms bei einer vergleichsweise geringen Oberflächentemperatur des Heizelements erreicht werden. Dies kann zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Heizelements führen.

Unter „vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang auch „ausgelegt" und „ausgestattet" verstanden werden. Die vorgeschlagene Gargeräteheizvorrichtung ist prinzipiell in jedem, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Gargerät einsetzbar, sei es in einem Auftaugerät, in einem Dampfgarer oder in einem Backofen. Besondere Vorteile ergeben sich wegen der hohen auftretenden Temperaturen im Zusammenhang mit einem Backofen, insbesondere mit einem Umluftbackofen. Als „abgeflacht in eine Richtung" soll jeder Körper gelten, dessen Querschnitt in der vorgegebenen Richtung größer ist als in einer zweiten Richtung, die transversal zur vorgegebenen Richtung verläuft. Dabei kann jede, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Form des Querschnitts zum Einsatz kommen. Hinsichtlich einer Reduktion des Luftwiderstands könnte beispielsweise ein tropfenförmiger Querschnitt und hinsichtlich einer Reduktion von Produktionskosten ein rechteckiger Querschnitt sinnvoll sein.

Die Richtung des Luftstroms kann dabei durch das Heizelement mitbestimmt sein, so dass das Heizelement die Rolle eines Führungsblechs bzw. Führungsflügels zumindest teilweise übernehmen kann. Dabei können Turbulenzen gezielt durch eine konkave Ausgestaltung des Heizelements vermieden werden. Es sind allerdings auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen Turbulenzen zur Verbesserung einer Homogenität einer Wärmeverteilung in einem Garraum gewünscht sind und in denen eine Formgebung des Heizelements gezielt Turbulenzen erzeugt. Dies kann beispielsweise ohne Verlust an der thermischen Kontaktfläche durch eine gewellte Strömungsabrisskante am Heizelement erreicht werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Luftstrom zumindest im Wesentlichen radial bezüglich einer Rotationsachse des Lüfterrads verläuft. Dadurch können eine Wölbung des Heizelements und damit einhergehende erhöhte Produktionskosten vermieden werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Dicke des Heizelements weniger als 10% einer Breite des Heizelements ausmacht. Dadurch kann eine besonders große Kontaktfläche des Heizelements zum Luftstrom bei kleiner Wärmekapazität des Heizelements erreicht werden. Durch die geringe Wärmekapazität kann eine im Vergleich zu herkömmlichen Heizvorrichtungen verbesserte Regulierbarkeit der Heizvorrichtung erreicht werden, da eine Temperatur schnell auf Regeleingriffe eines Bedieners reagieren kann.

Eine gleichmäßige Erhitzung eines Garraums eines die Gargeräteheizvorrichtung umfassenden Gargeräts kann erreicht werden, wenn das Heizelement kreisringförmig ausgebildet ist und dadurch das Lüfterrad vollständig umschließt.

Ein vorteilhaft kleiner Bauraum bei dennoch gutem Wärmekontakt zwischen dem Heizelement und dem Luftstrom kann erreicht werden, wenn eine Breite des Heizelements zwischen 5 und 15 mm beträgt.

Eine robustes Heizelement bei gleichzeitig kostengünstiger Produktion ist erreichbar, wenn das Heizelement eine Trägerschicht aufweist. Besonders robust und kostengünstig sind Ausgestaltungen der Erfindung, in denen die Trägerschicht aus Stahlblech ausgebildet ist.

Dabei ist eine besonders flexible Gestaltung des Heizelements erreichbar, wenn ein Heizleiter auf die Trägerschicht aufgedruckt ist. Dabei kann eine hinreichende Beständigkeit des Heizleiters erreicht werden, wenn er aus einem Dickschichtmaterial gebildet ist. Zudem ergeben sich dadurch weitere Kosteneinsparungspotenziale. Dabei können Verlustströme in der Trägerschicht vermieden werden, wenn zwischen der Trägerschicht und der Heizschicht eine Isolatorschicht aufgebracht ist. Eine Isolatorschicht aus Emaille hat sich besonders bewährt.

Strahlungsverluste können vorteilhaft vermieden werden, und eine thermische Ankopplung des Heizelements an den Luftstrom kann weiter verbessert werden, wenn mehrere Heizelemente in Lagen übereinander angeordnet sind, wobei zwischen den Lagen vorteilhaft Spalte zur Durchführung des Luftstroms vorgesehen sind. Dabei können eine kostengünstige Serienproduktion und eine kompakte Bauweise erreichbar sein, wenn das Heizelement dazu vorgesehen ist, gestapelt zu werden. Dazu kann das Heizelement beispielsweise angeformte Abstandshülsen aufweisen. Die einzelnen Heizelemente können baugleich oder verschieden sein – beispielsweise um eine kaskadenförmige Anordnung zu erreichen.

Dabei ist ein hinreichender Wärmekontakt zwischen dem durch die Zwischenräume der Heizelemente hindurchströmenden Luftstrom und der Gargeräteheizvorrichtung erreichbar, ohne dass die Heizelemente zu einem über ein tolerierbares Maß hinaus erhöhten Luftwiderstand führen würden, wenn ein Abstand zwischen zwei Heizelementen zwischen 1 und 5 mm liegt.

Umfasst die Gargeräteheizvorrichtung zudem ein Umlenkelement zum Umlenken des Luftstroms, kann der Luftstrom besonders optimiert geführt werden, wodurch eine gleichmäßige Bräunung eines Garguts erreichbar ist. Dabei kann das Gargerät auch eine Stellvorrichtung zum Verstellen des Umlenkelements umfassen, beispielsweise abhängig von einer Bedienereinstellung oder von einer Phase eines Garprozesses. Ist das Umlenkelement zudem beheizbar, kann eine Kontaktfläche weiter vergrößert werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

1 ein Gargerät mit einer Gargeräteheizvorrichtung und einem Lüfterrad,

2 einen Heizkörper der Gargeräteheizvorrichtung aus 1,

3 ein Heizelement des Heizkörpers aus 2,

4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3,

5 einen Heizkörper in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung und

6 einen Heizkörper in einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung.

1 zeigt ein als Haushaltsbackofen mit Umluftfunktion ausgebildetes Gargerät mit einer Gargeräteheizvorrichtung, die einen Heizkörper 32 mit fünf ringförmigen Heizelementen 12 und ein Lüfterrad 10 umfasst. Die Gargeräteheizvorrichtung ist durch eine Prallwand 24 von einem Garraum 26 des Haushaltsbackofens abgeschirmt und erzeugt mittels des Lüfterrads 10 einen zirkulierenden Luftstrom 14 im Garraum 26. Dabei saugt das Lüfterrad 10 Wrasen aus dem Garraum 26 an, der durch eine zentrale, mit einem Gitter abgeschirmte Öffnung in einen hinter dem Garraum 26 gelagerten Raum 28 eintritt, in dem die Gargeräteheizvorrichtung angeordnet ist. Anschließend bläst das Lüfterrad 10, das durch einen Elektromotor 30 um eine Rotationsachse 16 drehend angetrieben ist, den Luftstrom 14 in alle Richtungen radial nach außen in Richtung des Heizkörpers 32, den der Luftstrom 14 durchdringt, wobei er bei eingeschaltetem Heizkörper 32 gleichzeitig erwärmt wird. Anschließend führen Luftleitöffnungen in einem Randbereich der Prallwand 24 den erwärmten Luftstrom 14 zurück in den Garraum 26.

Der Heizkörper 32 umgreift das Lüfterrad 10 umfänglich und ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus fünf gleichartigen Heizelementen 1212'''' aufgebaut (2), wobei jedoch auch Ausgestaltungen mit mehr oder weniger Heizelementen denkbar sind. Jedes der Heizelemente 1212'''' ist kreisringförmig ausgebildet und in einer Ebene, die senkrecht zur Rotationsachse 16 verläuft, angeordnet. Die Heizelemente 1212'''' sind in axialer Richtung jeweils um 2,5 mm gegeneinander verschoben und weisen eine Dicke D von 1 mm auf, so dass ein Abstand A zwischen zwei Heizelementen 1212'''' 1,5 mm beträgt.

Eine Breite B der Kreisringform der Heizelemente 1212'''' beträgt 10 mm und übersteigt die Dicke D damit um einen Faktor 10. Das Lüfterrad 10 bläst den Luftstrom 14 radial nach außen, so dass der Luftstrom 14 die Heizelemente 1212'''' in ihrer vollen Breite B überstreicht. Die Heizelemente 1212'''' sind in der Richtung des Luftstroms 14 abgeflacht und bieten dem Luftstrom 14 nur die schmalen Ränder mit der Dicke D von 1 mm als Angriffsfläche.

3 zeigt ein einzelnes Heizelement 12 des Heizkörpers 32 in einer axialen Draufsicht. Das Heizelement 12 besteht aus einer Trägerschicht 18, die aus einem Stahlblech gebildet ist, das in einer Ringform mit einem seitlich angeordneten Loch ausgestanzt wurde.

Im Bereich des Lochs ist ein Abstandhalter 34 in einem Tiefziehverfahren angeformt, wobei der Abstandhalter in anderen Ausgestaltungen der Erfindung mit der Trägerschicht 18 verschweißt sein kann oder erst bei einer Montage des Heizkörpers 32 eingelegt werden kann. Durch das Loch bzw. durch den Abstandhalter 34 ist das Heizelement 12 dazu geeignet, gestapelt zu werden. Dadurch kann aus Heizelementen 12 der in 3 dargestellten Art ein flexibel dimensionierbarer Heizkörper 32 gebildet werden.

In einem Herstellprozess des Heizelements 12 werden anschließend die Trägerschicht 18 und der Abstandhalter 34 mit einer Isolatorschicht 22 aus Emaille überzogen, die hier nicht explizit dargestellt ist. Nach einem Einbrennvorgang der Emailleschicht wird das Heizelement 12 schließlich in einem Siebdruckverfahren beidseitig mit einem Heizleiter 20 bedruckt, der aus einem Dickschichtmaterial, vorzugsweise aus einer Silber-Palladium-Legierung, gebildet ist. Dabei werden im Druckvorgang Stromversorgungsanschlüsse 36, 36' in den Heizleiter 20 integriert. Der Heizleiter 20 hat eine Kreisringform, die im Bereich des Abstandhalters 34 bzw. des Lochs über die Breite der Trägerschicht 18 durchbrochen ist.

Zur Montage des Heizkörpers 32 werden die Heizelemente 1212'''' mit den jeweiligen Abstandhaltern 34 übereinander angeordnet. Durch die Abstandhalter 34 wird eine Schraube 38 hindurchgeführt, durch welche die Heizelemente 1212'''' miteinander verspannt werden. Dadurch werden die Heizelemente 1212'''' in axialer Richtung übereinander angeordnet. Es sind auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen mehrere Schrauben über den Umfang der Heizelemente 1212'''' verteilt sind.

Der Luftstrom 14 strömt, angetrieben durch das Lüfterrad 10, durch die Zwischenräume zwischen den Heizelementen 1212'''' radial nach außen. Die Heizleiter 20, durch die in einem Umluftgarmodus des Haushaltsbackofens über die Stromversorgungsanschlüsse 36, 36' Strom geleitet wird, erwärmen sich aufgrund des spezifischen elektrischen Widerstands des Dickschichtmaterials des Heizleiters 20. Der Luftstrom 14 überstreicht die Heizleiter 20 und erwärmt sich dabei ebenfalls, bevor er in den Garraum 26 eingeleitet wird.

In den 5 und 6 sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt. Analoge Merkmale sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf Unterschiede zu dem in den 14 dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Hinblick auf gleich bleibende Merkmale kann auf die Beschreibung zu dem in den 14 dargestellten Ausführungsbeispiel verwiesen werden.

5 zeigt einen alternativen Heizkörper 32 mit insgesamt 16 flügelförmigen Heizelementen 12, die gleichmäßig über den Umfang des Heizkörpers 32 verteilt sind und an einem hier nicht dargestellten Trägerring befestigt sind.

Die Heizelemente 12 überlappen sich in Umfangsrichtung, so dass sich in Umfangsrichtung ein kaskadenförmiger Verlauf ergibt. Die Heizelemente 12 sind zudem relativ zu einer vom Heizkörper aufgespannten Ebene schräg ausgerichtet, und zwar um etwa 10–20° um eine Verbindungslinie zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt des Heizelements 12 und dem Mittelpunkt des Heizkörpers 32 gedreht. Dieser Mittelpunkt fällt mit einer Rotationsachse 16 eines hier nicht dargestellten Lüfterrads zusammen.

6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit einem Heizkörper 32, in dem ein Stapel ringförmiger Heizelemente 12 von einen Kranz blütenblattförmiger Heizelemente 12' umgeben ist. Die Heizelemente 12' sind gewölbt und lenken einen Luftstrom 14 aus einer radialen Richtung in eine Richtung um, die eine axiale Komponente aufweist. Eine Steuereinheit des den Heizkörper 32 umfassenden Gargeräts kann im Betrieb die Heizelemente 12' je nach Bedarf zu- oder abschalten. Es sind zudem Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen ein Stellmittel eine Neigung der Heizelemente 12' relativ zu einer Rotationsachse 16 eines hier nicht dargestellten Lüfterrads selbsttätig abhängig von einem Betriebsparameter einstellt. Ferner sind Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen gewölbte Heizelemente 12' der in 6 dargestellten Art den Luftstrom 14 direkt in die Richtung einer Luftleitöffnung in einem Prallblech leiten.

10Lüfterrad 12Heizelement 14Luftstrom 16Rotationsachse 18Trägerschicht 20Heizleiter 22Isolatorschicht 24Prallwand 26Garraum 28Raum 30Elektromotor 32Heizkörper 34Abstandhalter 36Stromversorgungsanschluss 38Schraube AAbstand DDicke BBreite

Anspruch[de]
  1. Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad (10) und mit zumindest einem Heizelement (12), welches das Lüfterrad (10) zumindest teilweise umschließt und das zum Heizen eines vom Lüfterrad (10) erzeugten Luftstroms (14) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) eine in der Richtung des Luftstroms (14) abgeflachte Form aufweist.
  2. Gargeräteheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (14) zumindest im Wesentlichen radial bezüglich einer Rotationsachse (16) des Lüfterrads (10) verläuft.
  3. Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (D) des Heizelements (12) weniger als 10% einer Breite (B) des Heizelements (12) ausmacht.
  4. Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) kreisringförmig ausgebildet ist.
  5. Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite (B) des Heizelements (12) zwischen 5 und 15 mm beträgt.
  6. Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) eine Trägerschicht (18) aufweist.
  7. Gargeräteheizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizleiter (20) auf die Trägerschicht (18) aufgedruckt ist.
  8. Gargeräteheizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Trägerschicht (18) und dem Heizleiter (20) eine Isolatorschicht (22) aufgebracht ist.
  9. Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Heizelemente (12) übereinander angeordnet sind.
  10. Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) dazu vorgesehen ist, gestapelt zu werden.
  11. Gargeräteheizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (A) zwischen Heizelementen (12) zwischen 1 und 5 mm liegt.
  12. Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Umlenkelement (12') zum Umlenken des Luftstroms (14).
  13. Heizelement (12) für eine Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  14. Gargerät mit einer Gargeräteheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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