DE19711541A1 - Elektrokochplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrokochplatte mit einem Kochplattenkörper mit einer ebenen Oberfläche und einer an seiner Unterseite angeordneten Beheizung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der Praxis sind bereits konventionelle Kochsysteme bekannt, bei denen zur elektrischen Trennung eines Heizleiters von einer Kochzonenunterseite eine Luft­ strecke von 8 mm eingehalten werden muß. Bei diesem Abstand und einer Be­ triebstemperatur von unter 600°C wird eine Spannungsfestigkeit von mindestens 3750 V erreicht. Dabei spielt es keine Rolle, welchen elektrischen Widerstand die Kochzonenabdeckung bei höheren Betriebstemperaturen annimmt. Nachteilig bei diesem konventionellen Kochsystem ist die benötigte Leerlauftemperatur von über 500°C, um beim Kochvorgang brauchbare Ergebnisse zu erzielen. Der Wirkungs­ grad kann bei diesem Kochsystem nicht wesentlich über 70% gesteigert werden.

Anstelle der bei dem konventionellen Kochsystem eingesetzten Glaskeramikplatte ist es auch aus der Praxis bereits bekannt, eine sogenannte Platte aus Hochlei­ stungskeramik, beispielsweise aus Siliciumcarbid oder Siliciumnitrid, auszuwählen, die hochisolierend hergestellt wird. Dadurch kann eine Luftstrecke entfallen, weil die Hochleistungskeramik die Wärme so gut leitet, daß bereits 250°C Betriebstem­ peratur auch für einen Kochvorgang ausreichen und die Keramik in diesem Tempe­ raturbereich den elektrischen Strom nicht leitet. Durch die niedrige Betriebstempe­ ratur von 250°C kann der Kochvorgang allerdings nur mit speziellen Töpfen, die ebenfalls einen Keramikboden besitzen, optimal genutzt werden. Außerdem besit­ zen diese Hochleistungskeramiken keine gerichtete Wärmeleitung, d. h., daß die Wärmeleitung in Längs- und Querrichtung gleich gut ist. Die Kochzone kann also nicht wie bei einer Glaskeramikplatte thermisch abgegrenzt werden.

Die DE 38 27 073 A1 offenbart eine Elektrokochplatte der gattungsgemäßen Art mit einem Kochplattenkörper und einer an dessen Unterseite angeordneten Behei­ zung, die einen elektrischen Heizwiderstand aufweist. Diese Beheizung ist als fla­ che, papierartige bzw. sandwichartige Schicht aus einem wärmebeständigen Mate­ rial mit einem darin angeordneten elektrischen Widerstandselement ausgebildet und steht in Kontakt mit der Unterseite des zu beheizenden Teils des Kochplattenkör­ pers. Der Kochplattenkörper ist alternativ aus Grauguß, einem geformten Edelstahl oder aus einem gesinterten Material gefertigt. Die Beheizung ist gegen die Unter­ seite des Kochplattenkörpers geklebt. Ferner kann die Beheizung dadurch gegen die Unterseite des Kochplattenkörpers gepreßt werden, daß in den unteren Hohl­ raum ein Füllstoff mit flüssigkeitsähnlichen Eigenschaften eingesetzt ist, der von unten durch einen Abschlußdeckel verschlossen wird.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfin­ dung, eine Elektrokochplatte der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Wärmeübertragung zwischen einer Wärmequelle, beispielsweise einen Heizlei­ ter, und einer Wärmesenke, beispielsweise ein Kochgefäß, mit einfachen techni­ schen Mitteln und unter Einhaltung der geforderten elektrischen Durchschlagfe­ stigkeit optimiert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind darin zu sehen, daß die eingangs geschilderten Vorteile der unterschiedlichen Kochsysteme sinnvoll zu einem System verbunden werden. Es können konventionelle Glaskeramiken mit konventionellen Kochgefäßen, aber planen Topfböden eingesetzt werden. Der Wirkungsgrad steigt bei anliegender Heizleiterfolie auf über 80%. Ferner ist es wesentlich und ein Hauptmerkmal der Erfindung, daß die Metallfolie als Heizleiter flächig auf der Glaskeramikunterseite kontaktierend mit Temperaturen zwischen 200°C bis 400°C eingesetzt ist. Bei diesen niedrigen Temperaturen ist die Gefahr, daß sich ein Kochtopf(boden) verzieht und durchbiegt, relativ gering, was sich als ein weiterer Vorteil der Erfindung darstellt. Ferner ist auch ein Kochge­ fäß/Kochtopf mit einem verzugsfreien Glaskeramikboden oder ein komplett aus Glaskeramik gebildetes Kochgefäß mit Vorteil einsetzbar.

Bei einer glatten Unterseite des aus Glaskeramik gebildeten Kochplattenkörpers wird die Metallfolie vollflächig angepreßt. Bei einer genoppten Unterseite des aus Glaskeramik bestehenden Kochplattenkörpers wird zwischen der Metallfolie und der Unterseite ein sehr gut die Temperatur leitender Kleber eingesetzt.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung wird darin gesehen, daß eine von der elektrischen Isolation abhängige Grenztemperatur eingehalten wird, so daß jedes thermisch gut leitende Material als Kochzonenabdeckung verwendet werden kann, indem die Regelung die maximale Temperatur einhält, bei der ein eingesetz­ ter Werkstoff gerade noch seine elektrischen Isolationsfestigkeitseigenschaften besitzt. Es erfolgt eine automatische Erhöhung der Temperatur über die Grenz­ temperatur, wenn schlechte Ankochwerte erzielt werden. Dabei wird gleichzeitig und automatisch eine Erhöhung des Luftspaltes zwischen der Unterseite des Kochplattenkörpers und der Metallfolie eingeführt, um auch bei höheren Tempera­ turen elektrisch isolierend zu sein.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Elektrokochplatte in schematischer Darstellung im Schnitt,

Fig. 2 die Elektrokochplatte gemäß Fig. 1 mit anderem Trägerele­ ment im Schnitt,

Fig. 3 die Elektrokochplatte nach Fig. 1 mit Klebeschicht,

Fig. 4 eine Kochplatte mit wellenartig geformtem Heizleiter,

Fig. 5 die Kochplatte nach Fig. 4 in anderer Bauweise im Schnitt,

Fig. 6 die Kochplatte nach Fig. 4 in noch anderer Bauweise im Schnitt,

Fig. 7 eine Kochplatte mit bewegbarem Heizleiter im Schnitt.

Die Elektrokochplatte 11 besitzt einen Kochplattenkörper 1 aus einer Glaskeramik (Ceran), der mit einer ebenen Oberfläche 12 ausgebildet ist, auf welcher ein Koch­ gefäß 13 mit dem Gargut aufgestellt wird. Üblicherweise werden vier Kochplatten unterschiedlicher Größe und mit Brätererweiterung durch einen Kochplattenkörper 1 flächig abgedeckt. Die Unterseite 14 des Kochplattenkörpers 1 kann eben oder genoppt ausgebildet sein. In dem Beispiel nach Fig. 1 wird von einer ebenen Un­ terseite 14 des Kochplattenkörpers 1 ausgegangen. An die Unterseite 14 des Kochplattenkörpers 1 liegt eine Beheizung in Form einer Metallfolie 3 in direktem Kontakt an. Dabei erfolgt die Anlage der Metallfolie 3 flächig und wird unterstützt durch einen Isolierkörper 4. Der Isolierkörper 4 ist aus einem wärmedämmenden und elektrisch nicht leitenden Werkstoff hergestellt und wird mit geeigneten Mit­ teln von unten gegen die Metallfolie 3 flächig angedrückt. Als ein geeignetes Mittel zur Halterung des Isolierkörpers 4 als Stützelement für die Metallfolie 3 kann ge­ mäß den Fig. 2 und 4 eine untergesetzte Schale 5 dienen. Es ist theoretisch aber auch denkbar, andere Abstützelemente und sogar Schraubverbindungen anzu­ bringen.

Durch die nach Fig. 1 erzielte direkte und flächige Kontaktierung des Kochplat­ tenkörpers 1 wird ein optimaler Wirkungsgrad der Wärmeübertragung von dem Heizleiter 3 auf das Gargut in dem Kochgefäß 13 erzielt. Dabei sind wegen der direkten Kontaktierung nur Temperaturen von 200°C bis 400°C notwendig. Die Metallfolie 3 (Folienheizkörper, Heizleiter) ist durch entsprechende elektrische Verbindung 15 mit einer Energiequelle und einer Steuer- und Regeleinrichtung verbunden.

Der Isolierkörper 4 in Fig. 1 ist aus einem thermisch und elektrisch isolierenden, starren und im wesentlichen unelastischen Preßkörper gebildet. Anstelle eines sol­ chen gepreßten Isolierkörpers 4 ist auch eine Filamentmatte oder ein anderer Iso­ lierkörper mit Federeigenschaften einsetzbar, die einerseits für eine ganzflächige Anlage an die Metallfolie geeignet sind und andererseits bei höheren Temperaturen zusätzlich expandieren.

In dem Beispiel nach Fig. 2 liegt die Beheizung in Form einer Metallfolie 3 (Folienheizkörper, Heizleiter) wiederum direkt an der Unterseite 14 des Kochplat­ tenkörpers 1 an, der auch in diesem Beispiel eine Glaskeramikplatte (Ceran) ist. Das Andrücken der Metallfolie 3 an die Unterseite 14 erfolgt in diesem Fall durch ein Kissen 7 aus einem elastischen Werkstoff, das im inneren Hohlraum mit Luft, Flüssigkeit, Gel, Kugelgranulat oder dergleichen Masse gefüllt ist. Das Kissen 7 wird durch einen Halterungstropf 5 getragen und in der Andrückposition unter der Metallfolie 3 gehalten. Das auf seiner gesamten Andrückfläche elastische Kissen eignet sich in optimaler Weise zum Andrücken an die Metallfolie in ganzflächigem Format.

In Fig. 3 ist die Metallfolie 3 als Beheizung unter Zwischenfügung einer Klebe­ schicht 2 an die Unterseite 14 des Kochplattenkörpers 1 gelegt. Auf der zum Kochplattenkörper 1 abgewandten Seite liegt unter der Metallfolie 3 wiederum ein Isolierkörper 4 oder 7. Zur elektrischen Isolation des Heizleiters 3 besteht der Kochplattenkörper 1 (Glaskeramik) aus einem modifizierten Werkstoffe der in sich eine hohe elektrische Spannungsfestigkeit bietet. Alternativ ist seine Oberfläche zusätzlich mit einem elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Überzug ver­ sehen. Diese Überzüge können z. B. aufgedampfte oder durch Temperung herge­ stellte Metalloxyde sein. Anstelle solcher besonderen Werkstoffe für die Glaske­ ramik mit höherer elektrischer Spannungsfestigkeit kann entsprechend Fig. 3 ein Kleber bzw. eine Klebeschicht 2 mit einer hohen elektrischen Isolation und ther­ misch guter Leitfähigkeit eingesetzt werden. Der Wärmewiderstand dieser Klebe­ schicht 2 ist gegenüber dem Kochplattenkörper 1 sehr gering, damit die Klebe­ schicht 2 nicht als thermischer Isolator wirkt.

Die Glaskeramikoberfläche ist regelmäßig glatt ausgeführt, während ihre Untersei­ te 14 im Regelfall genoppt ist. Diese Noppung auf der Unterseite 14 der Glaske­ ramik erhöht ihre mechanische Stabilität bei Schlagbeanspruchung. Sie wirkt sich jedoch störend bei der innigen Anbindung des Heizleiters 3 an die Unterseite 14 der Glaskeramik aus. Auch aus diesem Grunde kann es bei isolierenden Glaskera­ mikwerkstoffen für den Kochplattenkörper 1 notwendig sein, eine Klebeschicht bzw. einen Kleber 2 zum Ausgleich der Noppung auf die Unterseite 14 des Koch­ plattenkörpers 1 aufzutragen. Diese Klebeschicht 2 wirkt dann auch als Vermittler bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien für den Kochplattenkörper und den Heizleiter.

In den vorgenannten Fällen kann die Metallfolie 3 in die Klebeschicht auf- oder eingebracht werden. Die Metallfolie kann wahlweise auch in eine nachfolgende zweite Klebeschicht teilweise oder vollständig eingebettet werden. Auch diese zweite Klebeschicht muß dann ebenfalls sehr gut wärmeleitend sein. In Abhängig­ keit der bestehenden Isolation kann die elektrische Isolationseigenschaft der zwei­ ten Klebeschicht dann allerdings geringer sein.

In den Fig. 4, 5 und 6 sind Beispiele einer Elektrokochplatte mit wellenartig geformter Metallfolie 16 für die Beheizung eingesetzt. In den gezeigten Beispielen sind die oberen und dem Kochplattenkörper 1 zugewandten Wellenberge jeweils in eine Klebeschicht 2 eingebettet, welche sich auf der Unterseite 14 des Kochplat­ tenkörpers 1 befindet. Im Fall der Fig. 6 ist zwischen der ersten Klebeschicht 2 und der Unterseite 14 des Kochplattenkörpers 1 eine weitere Klebeschicht 17 ein­ gefügt, die u. a. auch zum Ausgleich von Unebenheiten auf der Unterseite, bei­ spielsweise Noppen, dienen. Dieser zweite Kleber 17 besitzt sehr gute elektrisch isolierende und wärmeleitende Eigenschaften. In Fig. 4 sind die unteren Wellentä­ ler der wellenartig geformten Metallfolie 16 in den Isolierkörper 6 eingeformt. Die Oberfläche des Isolierkörpers 6 liegt dabei jeweils an den Unterseiten der zuge­ wendeten Metallfolie 16 und teilweise an der Klebeschicht 2 an. Dagegen zeigt Fig. 5, daß die unteren Wellentäler der Metallfolie 16 auf dem in dem Halte­ rungstropf 5 flachliegenden Isolierkörper 18 aufliegen.

Beim Kochen bzw. bei der Bedienung der Elektrokochplatte überwachen Sensoren die Temperatur des Kochplattenkörpers 1 und/oder die Temperatur des Heizleiters 3, 16, sofern diese direkt proportional zur Glaskeramik-Temperatur ist. Wenn der Heizleiter 3, 16 innig an der Unterseite des Kochplattenkörpers 1 anliegt, wird eine Grenztemperatur festgelegt, bei der die notwendigen elektrischen Isoliereigenschaf­ ten garantiert werden können. Diese Temperatur stellt die maximale Grenztempe­ ratur dar. Die Regelung kann nun in Abhängigkeit der Vorwahl des Bedieners die Energie entsprechend erhöhen, bis diese Grenztemperatur erreicht wird.

Nach Fig. 7 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem auf Vorgabe ein Luftspalt 9 zwischen der Unterseite 14 des Kochplattenkörpers 1 und dem Heizleiter 3 eingefügt werden kann. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, auch mit üblichen hohen Temperaturen von bis zu 600°C ohne Beeinträchtigung durch eine zu geringe elektrische Isolation des Kochplattenkörpers 1 kochen zu können. In diesem Fall ist der Heizleiter 3 durch eine Mechanik ergänzt, die an eine vorgeschaltete Regelung in Abhängigkeit ihrer Position die Grenztemperatur vor­ gibt. Diese Regelung muß nun automatisch die Temperaturänderungen pro Zeiteinheit überwachen und bei schnellen Änderungen Informationen zur System­ änderung abgeben. Solche Daten können beispielsweise sein: schlechter Topf, schlechtes Gefäß, guter Topf etc. Die isolierende Wirkung des Luftspaltes ist ab­ hängig von der Größe des Spaltes 9. Je nach benötigter Grenztemperatur kann die Mechanik den Luftspalt nun so dynamisch verändern und eine gewünschte Grenz­ temperatur einstellen. Zu diesem Zweck wird der Isolierkörper 8 entlang der Füh­ rungsstege 9 entsprechend dem Pfeil 19 aufwärts oder abwärts geregelt. Dadurch liegt der Heizleiter 3 in der einen Endstellung direkt unter der Unterseite des Kochplattenkörpers 1 an, während er in der anderen Endstellung einen optimalen Luftspalt 9 zwischen seiner Oberfläche und der Unterseite 14 des Kochplattenkör­ pers 1 einnimmt. Ein solches mechanisches Verfahren zur temperaturabhängigen Absenkung des Heizleiters 3 kann beispielsweise durch Hebel, Gestänge, moto­ risch, Federn, durch Memory-Metalle oder Bimetalle durchgeführt werden. Die Durchführung des Abstandes zwischen dem Heizleiter 3 und dem Kochplattenkör­ per 1 kann manuell mit einem Positionsmelder an die Regelung durchgeführt wer­ den. Sie kann ebenso auch automatisch durch die Regelung selbst anhand der Auswertung der Aufheizkurve über Steller erfolgen. Mit dieser Mechanik ist es möglich, daß die Elektrokochplatte automatisch die Temperatur erhöht und mit der Heizung auf Luftisolationsabstand geht, wenn ein schlechter Topf bzw. ein schlechtes Kochgefäß 13 bei maximal eingestellter Temperatur von 250°C keine guten Ankochergebnisse liefert.

Der Heizleiter 3 für die Beheizung ist im einfachsten Fall aus einer FeCrAl-Le­ gierung gebildet. Theoretisch kann dieser Heizleiter 3 aber auch aus Dick­ schichtwiderständen bestehen, die durch ein Siebdruckverfahren auf die Unterseite 14 des Kochstellenkörpers aufgebracht und anschließend eingebrannt werden. An die Stelle der Klebeschichten tritt dann eine Glasschicht und auf dieser wird der Heizleiter 3 in Dickschichttechnik gelegt. Zum Schutz des Heizleiters 3 vor Kor­ rosion wird er zusätzlich mit einer Glasschicht nach außen abgedeckt. Die Heizlei­ terstrukturen können durch Siebdruck aufgetragen werden.

Insgesamt sind als wesentliche Merkmale der Elektrokochplatte 11 festzuhalten:

• - Die Unterseite 14 des Kochplattenkörpers 1 (Glaskeramik) ist glatt, wenn der Heizleiter als Metallfolie vollflächig angepreßt wird. Die Unterseite 14 darf aber genoppt sein, wenn ein gut temperaturleitender Kleber 2 eingesetzt wird.
• - Eine von der elektrischen Isolation abhängige Grenztemperatur ist einstell­ bar, so daß jedes thermisch gut leitende Material als Kochstellenkörper Ver­ wendung finden kann, indem die Regelung jene maximale Temperatur ein­ hält, bei der der eingesetzte Werkstoff gerade noch seine elektrische Isolati­ onsfestigkeit besitzt.
• - Es erfolgt eine automatische Erhöhung der Temperatur über die Grenztem­ peratur des Heizleiters 3, wenn schlechte Ankochwerte erzielt werden, wobei gleichzeitig eine automatische Erhöhung eines Luftspaltes zwischen dem Kochplattenkörper und dem Heizleiter eintritt, um auch bei höheren Tempe­ raturen eine elektrische Isolierung zu gewährleisten.
• - Es wird eine Glaskeramik für den Kochstellenkörper mit einer elektrischen Isolation gewählt, die entweder in Form höherer spezifischer Isolation oder durch eine zusätzliche Beschichtung mit einer elektrisch isolierenden, aber thermisch gut leitenden Schicht (Metalloxyde) erreichbar ist.

Claims (10)

1. Elektrokochplatte mit einem Kochplattenkörper mit einer ebenen Oberfläche und einer an seiner Unterseite angeordneten Beheizung, die als flache, insbe­ sondere sandwichartige Schicht aus wärmebeständigem Material mit darin angeordnetem elektrischem Widerstandselement ausgebildet ist und in Kon­ takt mit-der Unterseite des zu beheizenden Teils des Kochplattenkörpers an­ geordnet ist, wobei die Beheizung gegen die Unterseite des Kochplattenkör­ pers bedrückt und durch einen Kleber und/oder einen Füllstoff als Träger­ element gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplattenkörper (1) eine Glaskeramikplatte ist, an deren Untersei­ te (14) eine als Beheizung wirkende Metallfolie (3, 16) in direkten Kontakt gebracht ist, die mit einer elektrischen Energiequelle in Verbindung steht.

2. Elektrokochplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Metallfolie (3, 16) und der Unterseite (14) des Kochplat­ tenkörpers (1) eine Klebeschicht (2, 17) eingefügt ist, die aus einem hoch­ wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Material besteht.

3. Elektrokochplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (3, 16) durch ein Trägerelement aus einem elastisch ver­ formbaren Material gegen die Unterseite (14) des Kochplattenkörpers (1) gedrückt ist.

4. Elektrokochplatte nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement ein mit einem elastisch verformbaren Material gefüll­ tes Kissen (7) ist.

5. Elektrokochplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kissen (7) mit Luft, Flüssigkeit, Gel, Kugelgranulat oder dergleichen gefüllt ist.

6. Elektrokochplatte nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement eine Fasermatte mit Federeigenschaften ist.

7. Elektrokochplatte nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (16) wellenartig geformt ist, wobei die zur Plattenunter­ seite (14) gerichteten oberen Wellen in einer Klebeschicht (2) eingesetzt sind, während die gegenüberliegenden unteren Wellen auf oder in einen Isolations­ körper (6, 18) aufstehen bzw. eingesetzt sind.

8. Elektrokochplatte nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der elektrischen Isolation des Kochplattenkörpers (1) abhängige Grenztemperatur eingerichtet ist, bei welcher der eingesetzte Werkstoff seine erforderliche elektrische Isolationsfestigkeit besitzt.

9. Elektrokochplatte nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Erhöhung der Temperatur über die Grenztemperatur regelbar ist, bei welcher automatisch ein Luftspalt (9) zwischen der Untersei­ te (14) des Kochplattenkörpers (1) und dem Heizleiter (3) eingerichtet ist.

10. Elektrokochplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (3) zusammen mit dem darunter angeordneten Isolierkör­ per (8) entsprechend der Temperaturregelung mechanisch zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert höhenverschiebbar ist.