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DE2535379A1 - Heiz- oder kochgeraet mit gegen verletzung geschuetzter glaskeramikplatte - Google Patents

Heiz- oder kochgeraet mit gegen verletzung geschuetzter glaskeramikplatte

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DE2535379A1
DE2535379A1 DE19752535379 DE2535379A DE2535379A1 DE 2535379 A1 DE2535379 A1 DE 2535379A1 DE 19752535379 DE19752535379 DE 19752535379 DE 2535379 A DE2535379 A DE 2535379A DE 2535379 A1 DE2535379 A1 DE 2535379A1
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Germany
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heating
glass ceramic
cooking device
protective layer
ceramic plate
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DE19752535379
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Otto Dipl Phys Lindig
Herwig Dipl Ing Scheidler
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Schott AG
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Jenaer Glaswerk Schott and Gen
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Description

JENAer GLASWERK SCHOTT & GEN.
6500 Mainz Hattenbergstr.
P
Heiz- oder Kochgerät mit gegen Verletzung geschützter Glaskeramikplatte
Die Erfindung betrifft ein Heiz- oder Kochgerät, insbesondere einen Kochherd oder eine Einbaukochmulde, die im wesentlichen aus einer Glaskeramikkochflache besteht, an deren Unterseite Heiz- und Regelelemente angeordnet sind.
Kochflächen aus Glaskeramik für Herde und Einbaukochmulden sind seit einigen Jahren bekannt. Bei normalem Gebrauch widerstehen diese Kochflächen allen mechanischen und thermischen Belastungen
609 8 8 6/0668
2 ; 5379
s—
ohne Bruch, sofern ihr Wärmespannungsfaktor R (R ~ ^
hinreichend hoch liegt, vorzugsweise zwischen 2000 und 4000, wie beispielsweise bei einer Glaskeramik entsprechend Patentanmeldung P 24 29 563.4, und ihre Biegezugfestigkeit mindestens
ο
500 kp/cm beträgt.
Glaskeramikplatten mit diesen Eigenschaften genügen allen für den angegebenen Einsatzzweck vorgeschriebenen Anforderungen und widerstehen im Normalfall auch allen wirklich auftretenden Belastungen. Bei außergewöhnlich hohen mechanischen Belastungen ist jedoch ein Bruch dieser Kochflächen möglich. Solche Brüche gefährden die elektrische Sicherheit der Kochflache jedoch nicht, wenn großflächige, weitestgehend zusammenhängende Bruchstücke entstehen. Die entscheidende Voraussetzung hierfür liegt in der Unterbindung technisch bedeutsamer Wärmespannungen in der Kochfläche, was mit Wärmeausdehnungen unter 0,5 χ 10 für den Temperaturbereich 20 - 700°C im Plattenmaterial hinreichend erfüllt ist.
Es ist bekannt, daß hochfeste Glaskeramiken mit Biegezugfestig-
2
keiten um ca. 1500 kp/cm und insbesondere solche mit einem hohen Anteil an Kristallphase bei Bruch relativ kleine Bruchstücke ergeben. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Glaskeramiken Wärmedehnungen über 0,5 χ 10 /0C aufweisen und der Bruch unter gleichzeitiger thermischer Belastung der Platte eintritt, bei der sich infolge partieller Erhitzung des Mittelfeldes entsprechend große Wärmespannungen aufbauen.
Andererseits sind Silikatwerkstoffe u.a. dadurch gekennzeichnet, daß ihre Zugfestigkeit stark vom Ausmaß der OberflächenVerletzung abhängt und ein Bruch von solchen Oberflächenfehlern ausgeht.
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ORISlNAL INSPECTED
Eine Verletzung der im späteren Belastungsfall zugbeanspruchten Kochflächenunterseite kann eintreten bei Transport und Montage der Kochfläche sowie bei der anschließenden Montage der Heizkörper. Da solche Verletzungen an der kalten Platte entstehen, sind sie relativ unkritisch.
Dennoch wurde in einigen Fällen beobachtet, daß Glaskeramikkochflachen bei Stoßbelastungen zerbrachen, die bei der Festigkeit des eingesetzten Glaskeramikmaterials auch unter Berücksichtigung aller möglichen Verletzungen während des Transportes und des Einbaus an sich nicht zum Bruch hätten führen dürfen.
Intensive Untersuchungen ergaben nun, daß durch die selbst geringen Relativbewegungen zwischen der Unterseite einer Glaskeramikkochfläche und der an ihr anliegenden Heiz- und Regel-, elemente im Fall einer Stoßbelastung der Kochfläche, z.B. durch fallende Gegenstände aus größerer Höhe, die untere Oberfläche der Glaskeramikplatte durch die schlagenden Heiz- oder Regelelemente unerwartet stark verletzt wird. Da bei jeglicher Belastung (von oben) einer horizontal eingebauten Platte die schädlichen Zugspannungen immer an der Unterseite auftreten, sind diese Beschädigungen die Ursache für die unerwarteten Brüche.
Da die Verletzbarkeit von Glaskeramiken im heißen Zustand, insbesondere bei Temperaturen des Transformationsbereiches der Glasphase, gegenüber der Verletzbarkeit bei Raumtemperatur wesentlich größer ist, kann somit die Reduzierung der Festigkeit durch Verletzung bei diesen Temperaturen sehr kritisch sein.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Heiz- oder Kochgerät, insbesondere ein Kochherd oder eine Einbaukochmulde mit einer Glaskeramik-Heizfläche, deren Gebrauchsfestigkeit gegenüber Extrembelastungen, insbesondere auch im heißen Zustand, wesentlich verbessert ist, und deren Gebrauchsfestigkeit auch über die gesamte Lebensdauer der Kochfläche erhalten bleibt.
Dieses Ziel, die Gebrauchsfestigkeit der Glaskeramikkochflächen zu erhöhen und zu erhalten, wird dadurch erreicht, daß die Kochflächen, auch im heißen Zustand, vor kritischen mechanischen Verletzungen geschützt werden.
Die Erfindung besteht in einem Heiz- oder Kochgerät, insbesondere einem Kochherd oder einer Einbaukochmulde, das aus einer Glaskeramikplatte mit einer partiellen Temperaturbelastbarkeit von mehr als 600 C und einem Wärmespannungsfaktor ^- 750 sowie aus Heiz- und Regelelementen besteht, die an der Unterseite der Glaskeramikplatte angeordnet sind, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß sich zwischen der Unterseite der Glaskeramikplatte und den Heiz- und Regelelementen eine Schicht zum Schutz der Glaskeramikplatte gegen Oberflächenverletzungen durch Stoß und Verkratzen befindet, welche aus einem mindestens bis 800 C hitzebeständigen anorganischen Material besteht, höchstens 200 ,um dick
1+) — 6 K >" m^ ist, und deren Wärmedurchlaßwiderstand —r- ^. 25 χ 10 ~—:
ist, so daß die Wärmeübertragung von den Heizelementen zur Glaskeramikplatte nicht nachteilig beeinflußt wird.
+) A = Wärmedurchlaßzahl; K = Grad Kelvin; W = Watt
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„s- 2 35379
Völlig überraschend hat sich gezeigt, daß bereits durch sehr dünne, nur einige 10 ,um dicke Schutzschichten eine wirksame Erhöhung der Gebrauchsfestigkeit zu erreichen ist. Dadurch, daß diese Schicht dünn gehalten v/erden kann, beeinflußt sie die anderen wärmetechnischen Eigenschaften der Glaskeramikplatte nicht negativ und ist erst hierdurch praktisch anwendbar. Der Wärmedurchlaßv/iderstand —r— , der den Wert von 25 χ 10~D ^-~— nicht überschreiten soll, ist zwar von dem Material der Schutzschicht abhängig, läßt sich aber durch eine entsprechende Schichtdicke hinreichend tief einstellen.
Wird eine solche Schutzschicht unmittelbar nach der Herstellung der Glaskeramik, vor oder nach der Kristallisation, auf die spätere Plattenunterseite aufgebracht, schützt sie die Kochfläche, außer im heißen Zustand, auch vor allen möglichen Verletzungen bei Transport und Montage. Daher kann durch diese Schutzschicht über die gesamte Lebensdauer der Kochfläche die bei der Herstellung erzielte Festigkeit erhalten werden.
Eine erfindungsgemäße Schutzschicht kann durch verschiedene Ausführungen erreicht werden. Generell darf diese Schicht jedoch keine Bestandteile enthalten, die während der gesamten Lebensdauer zu schädlichen Reaktionen mit der Kochfläche bzw. den Heiz- und Regelelementen führen können. Die Schutzschicht selbst muß über die gesamte Lebensdauer hinreichend temperatur- und abriebfest sein.
Aus der FR-PS 2 107 300 ist es zwar bekannt, die Unterseite einer Glaskeramikkochfläche zur Verhinderung von thermischen Schaden, z.B. feinen Haarrissen infolge Überhitzung und/oder chemischer Reaktion, mit einer Schicht eines kristallisierenden
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Glaspulvers zu verst..._n. Durch die anschließende Kristallisation wird diese Schicht aber zu einer Einheit fest mit der Platte verschmolzen und ist somit den gleichen Beschädigungen ausgesetzt, die durch die vorliegende Erfindung vermieden verden sollen.
Die erfindungsgemäße Schutzschicht kann entweder auf die Unterseite der Glaskeramikplatte oder auf die mit der Platte in Berührung kommenden Flächen der Heiz- und Regelelemente aufgetragen werden. Die Schicht kann aber auch als getrennte Zwischenlage bei der Montage zwischen die Glaskeramikplatte und die Heiz- und Regelelemente gebracht werden.
Wird die Schutzschicht auf die Heiz- und Regelelemente oder insbesondere auf die Glaskeramikplatte aufgetragen, so erfolgt die Verbindung mit dem Substrat vorzugsweise durch Pxleben oder Sintern, nie jedoch durch Verschmelzen.
Als Beschichtungsmaterialien sind in diesem Fall Pulver aus anorganischen Substanzen wie Al3O3, SiO2 oder MgO, aber auch aus Mischungen dieser Stoffe geeignet. So hat sich z.B. eine Beschichtungsmasse aus einer feinstgemahlenen Keramikfaser bewährt, die unter dem Namen "Fiberfrax" von der Firma Carborundum vertrieben wird. Die Faser enthält im wesentlichen auch die oben angegebenen anorganischen Substanzen. Die Schichtdicke sollte mindestens 25 ,um betragen.
Wird die erfindungsgemäße Schutzschicht als getrennte Zwischenlage ausgeführt, so besteht sie vorzugsweise aus einer dünnen Glimmerfolie, einem Fiberfraxpapier, einem Asbestpapier oder aus einer Metallfolie, z.B. einer Nickelfolie.
; 609886/0668
2.3
35379
Im folgenden werden zwei beispielhafte Ausführungen der Erfindung näher beschrieben und die erfindungsgemäßen Eigenschaften anhand von Testergebnissen dargelegt.
Auf die Unterseite einer Glaskeramikplatte wird eine 50 ,um dicke Schutzschicht aus feinstgemahlenera Fiberfrax, der ca. 1 % anorganischen Binder enthält, gleichmäßig aufgespritzt. Nach Trocknen der Schicht wird die Platte in eine Einbaukochmulde eingebaut und darunter Kontaktheizkörper montiert.
Ein Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Kochgerät mit dem beschriebenen Juifbau ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Die Kochfläche besteht aus einer Glaskeramikplatte 1, auf deren.Unterseite erfindungsgemäß die Fiberfraxschicht 2 aufgetragen ist. Unterhalb der Kochfläche ist ein Heizelement angeordnet, das zum Zwecke eines besseren Wärmeüberganges mittels einer Druckfeder 4 an die Kochfläche angepreßt ist.
Zur Festigkeitsprüfung werden die Heizkörper nach Einbau 60 min mit Nennspannung betrieben. Hiernach hat sich ein Temperaturglei chgewi ch
Glaskeramik.
Gleichgewicht eingestellt mit ca. 700 C auf der Unterseite der
Im heißen Zustand wird nun die mechanische Festigkeit dieser Kochfläche durch Fallenlassen eines 1,8 kg schweren Topfes gemäß VDE-Prüfung 0720 geprüft. Abweichend von der VDE-Vorschrift
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V7ird die Fallhöhe nach je 5 Versuchen um 5 cm gesteigert/ solange bis der Bruch der Kochfläche eintritt. Bei der geprüften Platte mit Schutzschicht tritt der Bruch bei — 50 cm ein. Die Bruchhöhe ist somit -v 3x so hoch wie die von VDE vorgeschriebene Höhe von 15 cm.
Wird die gleiche Glaskeramikplatte ohne Beschichtung in gleicher Weise eingebaut und geprüft, so tritt der Bruch bei ca. 20 - 25 cm ein, da die Kochfläche während der Prüfung durch den Heizkörper verletzt wird.
Beispiel 2
Für einen weiteren Versuch wird eine entsprechende Glaskeramikplatte ohne Schutzschicht wie bei Beispiel 1 in eine Kuchmulde eingebaut. Bei der Montage der Heizkörper wird jedoch zwischen Heizkörper und Glaskeramikplatte ein ca. 100 ,um dünnes Asbestpapier gelegt. Anschließend wird im heißen Betriebszustand die gleiche Prüfung wie bei Beispiel 1 durchgeführt. Der Bruch tritt ebenfalls bei ca. 50 cm ein. Diese lose Schutzschicht ist damit genauso wirksam wie die aufgespritzte Fiberfraxschicht und erhöht die Bruchfestigkeit um das ca. 3-fache im Vergleich zu einer Kochfläche ohne Schutzschicht.
Eine Ausführungsform der Erfindung entsprechend dem Beispiel 2 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Zwischen einer Glaskeramikplatte 1 und einem Heizelement 3, welches mittels einer Feder 4 an die Kochfläche angedrückt ist, befindet sich als erfindungsgemäße Schutzschicht eine Zwischenlage 2 aus Asbestpapier.
609886/0668 original inspected

Claims (1)

  1. 35379
    Patentansprüche
    Heiz- oder Kochgerät, insbesondere in der Form eines Kochherdes oder einer Einbaukochmulde, bestehend aus einer Glaskeranikplatte mit einer partiellen Temperaturbelastbarkeit
    y 600 C und einem Wärrnespannungsfaktor -χ 750 sowie aus Heiz- und Regelelementen, die an der Unterseite der Glaskeramikplatte angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Unterseite der. Glaskeramikplatte und den Heiz- und RegeIelementen eine Schicht zum Schutz der Glaskeramikplatte gegen Oberflächenverletzungen durch Stoß und Verkratzen befindet, welche aus einem mindestens bis 8OO C hitzebeständigen, anorganischen Material besteht, höchstens 200 ,um dick ist und einen Wärmedurchlaßwiderstand -j- ^ 25 χ ΙΟ""6 besitzt, so daß die Wärmeübertragung von den Heizelementen zur Glaskeramikplatte nicht nachteilig beeinflußt wird.
    2. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schutzschicht auf die Unterseite der Glaskeramikplatte aufgebracht ist.
    Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schutzschicht auf die mit der Glaskeramikplatte in Berührung kommenden Flächen der Heiz- und Regelelemente aufgebracht ist.
    609886/0668 f?/Q/^L //vSP£c
    Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schutzschicht aus einer mindestens 25 ,um starken, fest auf ihrer Unterlage haftenden, aber nicht angeschmolzenen Schicht aus feinstgemahlenem, anorganischem Pulver besteht.
    Hei2- oder Kochgerät nach Anspruch 4r dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht angeklebt oder angesintert ist
    6. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus Al2O0, S:*-02' aus einer Mischung dieser Komponenten besteht.
    7. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem Glühkörperlack auf z.B. Silicon-Titan-Basis besteht.
    8. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht in Form einer dünnen, in sich zusammenhängenden Zwischenlage lose zwischen der Glasker.amikplatte und den Heiz- bzw. Regelelementen angeordnet ist.
    9. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zwischenlage aus einer dünnen Glimmerfolie besteht.
    609 88 6/0668
    10. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zwischenlage aus einem dünnen Fiberfraxpapier besteht.
    11. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zwischenlage aus einer dünnen Metallfolie, z.B. aus Nickel, besteht.
    609886/0668
    Leerseite
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