DE10207515A1

DE10207515A1 - Kochsystem

Info

Publication number: DE10207515A1
Application number: DE2002107515
Authority: DE
Inventors: Karsten Wermbter; Michael Muskalla
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-09-11
Anticipated expiration: 2022-02-23
Also published as: WO2003071192A1; DE10207515B4; AU2003206743A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kochsystem mit einer Kochfläche und einer Halterung, wobei die Halterung die Kochfläche aufnimmt, wobei im Bereich der Unterseite der Kochfläche wenigstens ein Heizelement angeordnet ist, wobei die Halterung aus einem Polymerwerkstoff besteht und an die Kochfläche angeformt ist, und wobei die Halterung die Unterseite der Kochfläche zumindest im Bereich der Heizelemente mit einem Bodenteil überdeckt. Um ein flexibel gestaltbares und einfach zu fertigendes Kochfeld mit guten Standzeiteigenschaften zu schaffen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Bodenteil über eine gasdichte Dichtungsanordnung an die Kochfläche angekoppelt ist, und dass zwischen dem Bodenteil und der Unterseite der Kochfläche eine oder mehrere gegenüber der Umgebung gasdichte Aufnahmeräume gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kochsystem mit einer Kochfläche und einer Halterung, wobei die Halterung die Kochfläche aufnimmt, wobei im Bereich der Unterseite der Kochfläche wenigstens ein Heizelement angeordnet ist, wobei die Halterung aus einem Polymerwerkstoff besteht und an die Kochfläche angeformt ist, und wobei die Halterung die Unterseite der Kochfläche zumindest im Bereich der Heizelemente mit einem Bodenteil überdeckt.
Derartige Kochsysteme sind beispielsweise als Glaskeramik-Kochfelder bekannt. Weitere Ausführungsvarianten derartiger Kochsysteme sind auch Auftischkochgeräte, Grills, Sandwichtoaster, Toaster, Sandwichbräter(-taster) etc.
Die bekannten Kochsysteme bestehen meist aus einer Kochfläche, häufig aus Glaskeramik, die mittels Strahlungsheizkörpern unterseitig beheizt wird. Die Kochfläche ist größtenteils mit einem Kleber in einem metallischen Rahmen fixiert. Die Heizkörper werden unterhalb der Kochfläche von Traversen gehalten. Eine Bodenwanne, die an den Rahmen geschraubt wird, verschließt die Kochmulde. Es entsteht eine geschlossene Einhausung, in der sich Heizkörper mit Traversen und Lastleitungen befinden. Diese Kochmulden haben eine Bauhöhe von etwa 30-40 mm. An der Kochmulde sind verschiedene Elemente zur Montage angebracht und eine Durchführung zum Anschluss der Lastleitungen vorhanden.
Fortschrittliche Kochsysteme sind hinsichtlich Performance und Aufbau verbessert. Sie haben eine geringe Bauhöhe, sind reduziert in der Komponentenanzahl und flexibler in Designmöglichkeit und Montage.
Als Kochflächen werden oxidische und nicht oxidische Keramiken mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Si₃N₄ (EP 0 853 444 A2), SIC (DE 198 35 378 A1) verwendet, vor allem aber Glaskeramiken mit niedriger Wärmedehnung, beschrieben beispielsweise in WO 00/15005; FR 2 744 116, EP 0 861 014 A1; US 6,037,572.
Folgende Möglichkeiten der Beheizung werden genutzt: Verwendet werden vollflächige dünne Schichten insbesondere aus SnO₂ (US 6,037,572) oder leitfähigen Pasten aus Glasfritten mit hohen metallischen Anteilen EP 0 501 010 A1, insbesondere Silber/Pladium EP 0 861 014 A1, EP 0 069 298 A1, US 3,978316. Eine weitere Methode ist die Aufbringung von metallischen Leiterstrukturen aus NiCr-Legierungen durch thermisches Spritzen.
Falls als Kochfläche eine Glaskeramik verwendet wird, befindet sich zwischen Kochfläche und Heizleiter eine elektrische Isolationsschicht vorzugsweise aus hochisolierenden keramischen Werkstoffen aus dem Stoffsystem Al₂O₃-SiO₂- MgO (Korund, Quarz, Cordierit, Mullit). Diese ist notwendig, da die Glaskeramiken bei Betriebstemperaturen elektrisch leitend werden. Zur normgerechten Erfüllung der elektrischen Sicherheit muss eine Durchschlagfestigkeit von 3750 V im Kochbetrieb gewährleistet sein, die ohne Aufbringung eines elektrischen Isolators nicht realisierbar ist. Eine wirtschaftliche, technisch etablierte Methode zum Aufbringen dieser Schichten ist das thermische Spritzen, insbesondere das atmosphärische Plasmaspritzen. Die WO 00/15005 beschreibt Möglichkeiten, die Isolationsschichten mit hoher thermischer Dehnung auf den niedrig dehnenden Substraten abzuscheiden. Wichtig für eine dauerhafte Stabilität des Schichtverbundes, bestehend aus Kochfläche, Isolationsschicht und Heizschicht ist eine genaue Einstellung der Porosität der Schichten. Große Unterschiede in den thermischen Ausdehnungen von Glaskeramik, Isolationsschicht und Heizleitern verursachen durch hohe thermisch induzierte Spannungen beim Kochbetrieb Risse im Schichtverbund. Durch Erzeugung einer definierten Porosität in den jeweiligen Schichten kann der potentiellen Gefahr von Schädigungen und Delaminationen im Schichtverbund entgegengewirkt werden.
Zwischen dem metallischen Muldenboden und der Heizschicht befindet sich zur thermischen Isolation zwischen Boden und Heizung und zur Vermeidung von Kurzschlüssen eine Isolation.
Die Kontaktierung zwischen Heizleiter und Lastanschlüssen erfolgt durch Löten, Bonden oder Anpressen von Federkontakten bzw. flexiblen Metallfaserpads, die sich gut mit der rauhen Oberfläche von thermische gespritzten Leitern verzahnen.
Die DE 197 03 532 A1 beschreibt eine einteilige steckerfertige Mulde aus wahlweise Kunststoff oder Metall, in der Heizelemente, Temperaturfühler und Verdrahtung integriert sind. Die Kochfläche ist dabei flüssigkeitsdicht mittels eines Klebers mit der Mulde verbunden.
Eine weitere Methode zur Darstellung eines produktionstechnisch einfachen und montagefreundlich aufgebauten Rahmens ist die Verbindung von Kochfläche und Rahmen. Ein Verbundsystem, bei der die Kochfläche ohne Verklebung in den Rahmen integriert ist, wird erzeugt durch Umspritzen oder Umpressen der Kochfläche mit polymeren Materialien. Die EP 98 122 258 beschreibt das Umspritzen von vorgespanntem Flachlgas mit thermoplastischen Kunststoffen. Die DE 195 21 690 schildert einen angespritzten Rahmen aus thermoplastischem Kunstoff mit temperaturbeständigem Schutzbelag. Des Weiteren beschreibt die DE 199 10 467 C1 eine Halterung und ein Verfahren zur Herstellung einer Halterung für im Wesentlichen flache Formkörper aus sprödbrüchigem Werkstoff. Aus DE 199 00 178 C1 ist ein Formkörper aus Sprödwerkstoff, eingefasst in einen Kunststoffrahmen aus temperaturbeständigem, relaxierfähigem, thermoplastischen Material bekannt.
Die beschriebenen Kochmulden zeichnen sich durch einen komplexen Aufbau mit relativ hoher Komponentenanzahl aus. Produktion aller Komponenten und Montage bestehen aus relativ vielen Prozessschritten, der logistische Aufwand ist groß. Durch die große Bauhöhe sind Kochmulden für den Einsatz als Auftischgeräte ungeeignet, der Aufbau ist wenig kompakt. Ein gravierender Nachteil ist der Stoffaustausch zwischen Muldeninnenraum und äußerer Atmosphäre. Durch den häufigen Temperaturwechsel dringen Flüssigkeiten oder Gase ins Muldeninnere. Durch die auftretenden Kondensationsprozesse sammeln sich Feuchtigkeit und organische Substanzen ggf. in den Poren der thermischen Isolation und haben direkten Kontakt zu den porösen Schichten der elektrischen Isolation. Das eindringende Wasser führt im Langzeitbetrieb zur Rissbildung in den keramischen Schichten. Die Bildung einer Korrosionsschicht zwischen Heizleiter und Stromzufuhr kann zum Versagen der Kontaktierung führen. Insgesamt ist die elektrische Sicherheit und damit die Produktsicherheit so nicht gewährleistet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein leistungsfähiges Kochsystem zu schaffen, das sich durch eine flache Bauweise, Designfeinheit und einfache Montage auszeichnet. Die Anzahl der Komponenten des Moduls soll gering sein und der Herstellungsprozess aus wenig Schritten bestehen und geringen logistischen Aufwand mit sich führen. Die Langzeitbeständigkeit und Produktsicherheit der Mulde müssen dabei gewährleistet sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das Bodenteil über eine gasdichte Dichtungsanordnung an die Kochfläche angekoppelt ist, und dass zwischen dem Bodenteil und der Unterseite der Kochfläche eine oder mehrere gegenüber der Umgebung gasdichte Aufnahmeräume gebildet sind.
Die Erfindung beschreibt ein Kochsystem, aufgebaut aus einer Kochfläche, die zumindest bereichsweise mit polymeren Materialien gasdicht gekapselt ist und somit eine Einhausung enthält. Die Langzeitbeständigkeit und dauerhafte Funktionsfähigkeit des Modul wird durch diese gasdichte Kapselung gewährleistet. Das System kann auch eine gasdichte steckbare Anschlussmöglichkeit für die Lastleitungen und Sensorik aufweisen, und individuell geformte Hilfen zur Modulmontage besitzen. Die Kochfläche ist dabei sowohl direkt beheizt und aufgebaut aus Kochfläche, elektrischer Isolationsschicht, Heizschichten und thermischer Isolation beschrieben, als auch mit einem Kunststoff-Thermoplast, Duroplast und/oder Elastomer) umspritzt, umpresst oder in sonstiger Weise umgeben. Dabei kann die Kochfläche nach einer Ausgestaltung der Erfindung mit mehreren unterschiedlich gestalteten und mit Heizleitern versehenen Kochzonen nicht nur im Randbereich von Kunststoff umgeben, sondern sie wird komplett gasdicht an ihrer Unterseite eingekapselt.
Das entstehende Modul mit hoher Kochperformance hat eine erheblich reduzierte Bauhöhe im Bereich von beispielsweise < 20 mm.
Entgegen dem konventionellen Aufbau mit modularen Heizkörpern muss das Kochsystem nicht zweiteilig sein, da Heizkörpermontage und Heizkörperaustausch bei direkter Beheizung nicht stattfinden. Ein kompaktes Modul mit einteiliger Einhausung erschwert das Vorgehen bei Reparaturen in diesem Fall nicht.
Die direkte Beheizung in Verbindung mit einem Kunststoffgehäuse erlaubt freiere Designmöglichkeiten. In Tische oder Arbeitsplatten eingelassene Kochsysteme erhalten eine Auflageborte und Montagelaschen oder -winkel. Bei Auftischkochgeräten können die Standbeine/Füße durch geeignete Werkzeuggestaltung direkt in die Halterung integriert werden. Bei Grillmodulen, die in Tische o. ä. eingehängt werden, können Haken an beliebiger Stelle angeformt werden.
Die Gestaltung der Halterung kann den Designanforderungen der jeweiligen Anwendung angeglichen werden. Ein Auftischgerät erhält erst durch eine einteilige Einhausung die notwendige optische Anmutung.
Die Kunststoffeinhausung stellt einen sehr guten Transportschutz für die Kochfläche und die Heizleiter dar.
In nur einem Prozessschritt können beispielsweise die Halterung mit der Dichtungsanordnung realisiert werden. Die Komplexität des Prozesses und die Prozesszeiten verkürzen sich. Logistikvorteile bei der Produktion der Mulde entstehen.

Ausführungsbeispiele

- Umspritzung/Umpressung mit Hochleistungskunststoffen mit extrem hoher Temperaturbeständigkeit im Bereich von ca. 450°C und relativ geringem Schrumpf (kleiner als 0,5%) oder einer relativ hohen Elastizität ohne Einsatz von thermischen Isolationsmaterialien zwischen Heizleiter und Bodenteil.
- Umspritzung/Umpressung mit Kunststoffen mit einer Temperaturbeständigkeit im Bereich von ca. 150°C-250°C und relativ geringem Schrumpf (kleiner als 0,5%), wie beispielsweise Durolaste (z. B. SMC, BMC) oder bestimmten Thermoplasten wie z. B. PEEK, PEI oder PET, unter Einsatz von Isolationsmaterialien wie z. B. Mineralfaserboards (Ca-silicat), Boards mit luftgefüllten Mikroglaskugeln, Vermicullit, oder Fasermatten aus SiO₂/A₂O₃/ZrO₂ Fasergeweben. Diese müssen adhäsiv fixiert werden, damit sie beim Umspritz-/Umpressvorgang nicht delokalisiert werden.

Anwendungsbeispiele

- Kochmulde in Arbeitsplatte
- Kochmulde in Tisch
- Auftischgrill/-kocher
- Sandwich-Toaster/Waffeleisen
- Toaster.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kochsystem mit einer Kochfläche und einer Halterung in Seitenansicht und im Schnitt und
Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung des in Fig. 1 gezeigten Kochsystems.
In der Fig. 1 ist ein Kochsystem mit einer Kochfläche 20 und einer Halterung 10 gezeigt. Die Kochfläche 20 besteht aus einer Glaskeramik und wird von der Halterung 10 getragen. Die Halterung 10 besteht aus Kunststoff beispielsweise aus einem Duromer. Sie weist ein Bodenteil 11 auf, das die gesamte Unterseite der Kochfläche 20 überdeckt. An das Bodenteil 11 ist ein umlaufender Steg 15 angeformt. Dieser steigt vom Bodenteil 10 auf und ist zur Oberseite der Kochfläche 20 geführt. Der Steg 15 geht in einen Deckabschnitt 12 über, der auf der Oberseite der Kochfläche 20 aufliegt. Der Deckabschnitt, der Steg 15 sowie der äußere Randbereich des Bodenteils 10 bilden eine U-förmige Dichtungsanordnung 16. Diese fasst den Rand der Kochfläche 20 gas- und flüssigkeitsdicht ein. Dem Deckabschnitt 12 abgekehrt, besitzt die Halterung 10 einen einteilig angeformeten Stützabschnitt 13. Dieser Stützabschnitt dient zum Einbau des Kochsystems in einen Ausschnitt einer Arbeitsplatte. Dabei stützt sich der Stützabschnitt 13 auf der Oberseite der Arbeitsplatte ab. An die Halterung 10 sind auch noch verteilt angeordnete Montageelemente 14 angeformt. Mit diesen kann das Kochsystem an der Arbeitsplatte befestigt beispielsweise verschraubt werden.
An der Unterseite der Kochfläche 20 sind mehrere Heizelemente 21 angeordnet. Diese sind auf bekannte Weise als gedruckte oder gespritzte Schichten ausgebildet, die unmittelbar auf die Kochfläche 20 aufgebracht sind. Zur thermischen Isolation ist zwischen dem Heizelement 21 und der Halterung 10 eine Isolatorschicht 22 vorgesehen. Diese besteht beispielsweise aus einer Mineralfaserschicht.
Zur Herstellung des Kochsystems wird die Halterung 10 an die Kochfläche 20 angeformt. Hierzu können beispielsweise bekannte Spritzgieß- oder Kunststoffpressverfahren eingesetzt werden. Dabei wird die Kochfläche in ein Werkzeug eingelegt und anschließend mit einem Polymer umspritzt oder umpresst. Die dabei gebildete Dichtungsanordnung 16 gewährleistet die gasdichte Abschirmung der Heizelemente 21 gegenüber der umgebenden Atmosphäre. Aufgrund der einteiligen Herstellung der Halterung 10 ergibt sich ein geringer Fertigungsaufwand. In Kombination mit der an die Kochfläche 20 angeformten Heizelementen 21 kann insbesondere auch eine niedrige Bauhöhe realisiert werden.

Claims

1. Kochsystem mit einer Kochfläche und einer Halterung, wobei die Halterung die Kochfläche aufnimmt, wobei im Bereich der Unterseite der Kochfläche wenigstens ein Heizelement angeordnet ist, wobei die Halterung aus einem Polymerwerkstoff besteht und an die Kochfläche angeformt ist, und wobei die Halterung die Unterseite der Kochfläche zumindest im Bereich der Heizelemente mit einem Bodenteil überdeckt, dadurch gekennzeichnet,
dass das Bodenteil (11) über eine gasdichte Dichtungsanordnung (16) an die Kochfläche (20) angekoppelt ist, und
dass zwischen dem Bodenteil (11) und der Unterseite der Kochfläche (20) eine oder mehrere gegenüber der Umgebung gasdichte Aufnahmeräume gebildet sind.

2. Kochsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (16) im Bereich des Randes der Kochfläche (20) umlaufend ausgebildet ist.

3. Kochsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Bodenteil (11) die Unterseite der Kochfläche (20) vollständig überdeckt, und die Unterseite der Kochfläche (20) zumindest in deren Randbereich unterfängt,
dass an das Bodenteil (11) ein Steg (15) angeschlossen ist, der in Richtung zur Plattenoberseite der Kochfläche (20) geführt ist,
dass an den Steg (15) ein Deckabschnitt (12) angeformt ist, der auf der Plattenoberseite aufliegt, und
dass die Dichtungsanordnung (16) von dem Deckabschnitt (12), dem Steg (15) und dem die Kochfläche (20) stützenden Abschnitt des Bodenteils (11) gebildet ist.

4. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Halterung (10) wenigstens eine gasdichte Steckaufnahme für eine Lastteilung aufweist, und
dass die Heizelemente mit der Steckaufnahme verdrahtet sind.

5. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (10) einteilig angeformte Montageelemente (14) aufweist.

6. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (10) im Kunststoff-Spritzgießverfahren oder im -Pressverfahren einteilig an die Kochfläche (20) angeformt ist.

7. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (21) als leitfähige Schichten ausgebildet und direkt auf die Unterseite der Kochfläche (20) aufgebracht ist.

8. Kochsystem nach Anspruch 7, daduruch gekennzeichnet, dass zwischen dem Heizelement (21) eine thermische Isolatorschicht, beispielsweise eine Mineralfaserschicht, eine Schicht mit luftgefüllten Mikroglaskugeln eine Vernicullit-Schicht, oder eine Fasermatte aus SiO₂/Al₂-O₃ oder ZrO₂-Gewebe, angeordnet ist.

9. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerwerkstoff für die Halterung (10) eine Temperaturbeständigkeit ≤ 450°C aufweist.

10. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerwerkstoff für die Halterung (10) einen Schrumpf ⊰ 0,5% aufweist.

11. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymerwerkstoff für die Halterung ein SMC-, oder ein BMC- Werkstoff (Duroplast) oder ein PEEK-, PEI- oder PET-Werkstoff verwendet ist.