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Die Erfindung betrifft ein Gerät mit Frequenzgenerator und felderzeugender Spule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, in welches mit leitenden Schichten zur Wirbelstrom- und damit Wärmeerzeugung präpariertes Geschirr einbringbar ist.
Es hat sich nun gezeigt, dass dieses Gerät in Richtung auf einen Stapelwärmer vervollkommnet werden kann. Solche Stapelwärmer dienen zur Erwärmung von Tellern od. dgl. vor Speisebeginn. Es sind derartige Stapelwärmer insbesondere zum Gebrauch in der Gastronomie bestimmt und bekannt. Zum Vorwärmen werden dabei Geschirrstapel, z. B. Tellerstapel, in Aufwärmgeräte eingebracht, die verschiedener Art sein können. So ist es z. B. bekannt, die Abwärme feuerbeheizter Koch-oder Brateinrichtungen zu benutzen. Bevorzugt wird jedoch die Erwärmung durch elektrische Widerstandsheizung.
Bei allen bisher bekannten Stapelwärmern besteht der grundsätzliche Nachteil, dass die Wärme den Teller- oder Geschirrstapel von aussen nach innen durchdringen muss. Da es sich bei solchem Geschirr im wesentlichen um Gegenstände aus Keramik handelt, ist sowohl eine erhebliche Wärmemenge, als auch eine hohe Temperatur notwendig, um das nötige Gefälle für den erwünschten Wärmefluss zu erzeugen. Es kommt hinzu, da die Erwärmung von aussen nach innen erfolgt, die Geschirr-Ränder, die anschliessend von der Bedienungsperson angefasst werden müssen, am heissesten sind, während die Mittelbereiche des Geschirrs, die an sich zur Aufrechterhaltung einer möglichst guten Wärmeabgabe an den Inhalt am heissesten sein sollen, dagegen am kühlsten sind.
Es kommt des weiteren hinzu, dass in diesen Stapelwärmern ein Grossteil der aufgewendeten Wärme und der hiezu notwendigen Energie zur Erwärmung des umliegenden Raumes verloren geht. Um hier wenigstens die Verluste einigermassen einzuschränken, ist eine wärmeisolierende Umhüllung notwendig, die darüberhinaus eine entsprechend hohe mechanische Festigkeit aufweisen muss und pflegeleicht sein muss, was zur Anwendung so kostspieliger Werkstoffe, wie z. B. Edelstahl, zwingt. Schliesslich ist auch der zeitlichen Beschleunigung des Aufwärmevorganges eine enge Grenze dadurch gesetzt, dass nur verhältnismässig geringe Querschnitte mit geringer thermischer Leitfähigkeit im Geschirr zur Weiterleitung der Wärme zur Verfügung stehen.
Im Grenzfall führt eine zu schnelle Erwärmung zu so grossen Wärmespannungen im Geschirr, dass dieses zerstört werden kann.
Alle diese Umstände führen dazu, dass zunächst sehr frühzeitig mit dem Vorwärmen des Geschirrs begonnen werden muss, da hiezu ein erheblicher Zeit- und Energieaufwand notwendig ist und dass in der Hauptessenszeit trotzdem zu wenig vollständig vorgewärmtes Geschirr zur Verfügung steht, so dass dann die Teller wieder mit heissem Rand aber kühlem Mittelbereich serviert werden.
Es sind weiterhin Wärmeschränke mit elektrischer Beheizung bekannt, die als geschlossene Gehäuse mit Deckel ausgebildet sind. Dieses Gehäuse entspricht in seiner Form derjenigen des einzubringenden Topfes. Der Feldlinienverlauf des durch eine entsprechende Spulenanordnung erzeugten elektromagnetischen Feldes erstreckt sich in der Wandung des starkwandigen in das Gehäuse einzubringenden metallenen Kochtopfes. Dass dieser Topf aus einem leitungsfähigen Metall besteht, ist Voraussetzung für die Entstehung des dort gewollten Sekundärstroms.
Das gleiche gilt für einen bekannten Induktionstiegel-Ofen. Hier ist ein Tiegel von im wesentlichen Kreiszylinderformgebung vorgesehen, in welchen ein Speiseausgabe-bzw.-transportgefäss von oben eingesetzt werden kann.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, Mittel und Wege aufzuzeigen, wie beim Vorwärmen von Geschirr in Stapelwärmern unter Einsatz eines Minimums von Energie die Mittelbereiche des gestapelten Geschirrs vorgewärmt werden können, wobei die Randbereiche verhältnismässig kühl bleiben. Dabei soll die Erwärmung ohne Erzeugung zu grosser Wärmespannungen im Geschirr möglichst rasch vor sich gehen. Ausserdem soll das Gerät seitlich gut zugänglich sein, damit das Geschirr in einfachster Weise eingebracht und entnommen werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass ausgehend von dem eingangs beschriebenen Gerät die Spule bzw. Spulen des Gerätes im aus Einzelgeschirren gebildeten Geschirrstapel mit dem im Einzelgeschirr vorgesehenen leitenden Schichten ein zumindest angenähert säulenförmiges, gegenüber den andern Feldbereichen verdichtetes elektromagnetisches Feld bilden, wobei die Spule bzw. Spulen im Gerät eine die seitliche Zugänglichkeit des erzeugten verdichteten elektromagnetischen Feldes gewährleistende Ortslage einnehmen.
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Bei einer beispielsweisen Ausführungsform des Gerätes können zwei Spulen aus einem einlagigen bandförmigen spiral zusammengerollten isolierten Leiter, den Raum zum Einbringen des Geschirrstapels bildend in einigem Abstand übereinander spiegelbildlich zueinander angeordnet sein.
Überschreitet der Geschirrstapel eine bestimmte Höhe, kann es vorteilhaft sein, zwei sich X-förmig kreuzende etwa rechteckige Spulen vorzusehen, die mit ihren jeweils parallel laufenden Spulenbereichen oberhalb und unterhalb des Raumes zum Einbringen des Geschirrstapels diesen Raum umschliessen.
Zwischen den beiden Spulen entsteht im Zusammenwirken mit den leitenden Bereichen der Geschirrteile ein in etwa zylinderförmiges Feld, in welches das Geschirr eingebracht wird. Dies hat zunächst zur Folge, dass lediglich die Mittelbereiche der Teller od. dgl. erwärmt werden. Die Tellerränder des Stapels bilden quasi einen Rippenisolierkörper, der sich als so wirksam erwiesen hat, dass eine zusätzliche Wärmeisolation, z. B. in Gestalt einer zusätzlichen Haube, überflüssig ist. Selbst bei erheblicher Aufheizung des säulenartigen Mittelbereiches des Tellerstapels werden die Ränder nur mässig warm und können von den Bedienungspersonen ohne weiteres angefasst werden.
Da die Mittelbereiche der Teller nicht in Radialrichtung, sondern in Axialrichtung erwärmt werden, ist jeweils nur eine wenige Millimeter dicke Materialschicht vor der Wärme zu durchdringen. Wird Geschirr aus einem Werkstoff mit einem extrem niedrigen thermischen Dehnungskoeffizienten eingesetzt, z. B. das sogenannte"Jenaer Glas", dann reichen sehr kurze Zeiten zur Energieaufnahme und Wärmeerzeugung aus.
Es können des weiteren kurze Energiestösse fast beliebiger Höhe eingesetzt werden, die die Mittelbereiche des Geschirrs sogar zum Glühen bringen könnten, während die Ränder immer noch so kühl bleiben, dass sie angegriffen werden könnten. Da schliesslich nur die Bereiche des Geschirrstapels erwärmt werden, die an sich erwärmt werden sollen, ist die aufzuwendende Energiemenge gegenüber den bisher bekannten derartigen Geräten äusserst gering. Die einzelnen Geschirrteile, z. B. die Teller, können bequem und einfach seitlich aus dem Bereich des säulenförmigen elektromagnetischen Feldes entnommen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Gerätes kann dieses als um eine gemeinsame senkrechte Mittelachse schwenkbares Mehrfachgerät für mehrere parallel einander zuordenbare und gleichzeitig oder unabhängig voneinander aufwärmbare Geschirrstapel ausgebildet sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung sieht eine getrennte Anordnung von Spulen und deren Schaltungen für die Grundwelle und die dritte Oberwelle vor, wobei die Grundwellenspule koaxial zur Achse des zu erwärmenden Geschirrstapels ausgerichtet ist und die Spulen für die dritte Oberwelle aufgeteilt und magnetisch gegensinnig gegeneinander gewickelt sind und gekreuzt mit der Grundwellenspule angeordnet sind.
Damit kann eine magnetische Entwicklung von Grundwellenschwingkreis und Schwingkreis für die dritte Oberwelle erreicht werden. Trotzdem induzieren beide Magnetfelder intensiv in die leitenden Schichten in bzw. an den Böden des Geschirrs, z. B. der Teller. Durch die gewählte Anordnung werden die Feldlinien des im Tellerstapel gebildeten Feldes der dritten Oberwelle in Richtung der Achse des Tellerstapels und damit des Stapelwärmers nach oben und unten umgebogen. Damit ist die gewünschte, möglichst weitgehende Annäherung des Feldes an eine säulenförmige Ausbildung erreicht.
In Weiterbildung dieser vorteilhaften Gestaltung kann die Grundwellenspule in einer Gegentaktgeneratorschaltung eine Mittelanzapfung aufweisen, wobei weiterhin die Spulen für die dritte Oberwelle in mehrere, vorzugsweise zwei Gruppen von je zwei magnetisch gegensinnig gegeneinander gewickelten Spulenpaaren, die gegeneinander um 900 horizontal gedreht angeordnet sind, vorgesehen sind.
Die Benutzung einer Gegentaktschaltung mit Mittelanzapfung der Grundwellenspule erlaubt einen Generator hoher Leistung einzusetzen, was eine entsprechend kurze Erwärmungszeit mit sich bringt. Die getrennte Anordnung der Spulen für die dritte Oberwelle löst die Schwierigkeit, die, jeweils in Serie mit dem Grundwellenkreis geschaltet, einzeln auf Resonanz der dritten Oberwelle abgestimmt werden müssen.
Es treten nämlich zwischen den Schwingungskreisen der dritten Oberwelle, obwohl sich die Spulen in verhältnismässig grösserer Entfernung gegenüberstehen, eine gewisse magnetische Kopplung auf, aus der voneinander verschiedene Resonanzlagen resultieren, die von der genauen dritten Oberwelle erheblich abweichen.
Mit der vorgeschlagenen Schaltung und Anordnung wird eine phasenreine Zusammenfügung von Grundwelle und dritter Oberwelle zu einem annähernd rechteckigen Spannungsverlauf ermöglicht, was Voraussetzung für einen befriedigenden Wirkungsgrad des Generators ist.
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Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen rein schematisch und beispielsweise dargestellten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes weiter erläutert. Fig. 1 zeigt ein Schaltschema, zugleich mit der räumlichen Zuordnung der einzelnen Geräteteile, in Fig. 2 ist ein praxisgerechtes Gerät in Seitenansicht dargestellt, Fig. 3 zeigt eine andere mögliche Ausführungsform des Gerätes, Fig. 4 gibt die Draufsicht auf eine weitere variierte Ausführungsform dieses Gerätes wieder, Fig. 5 zeigt rein schematisch Aufbau und Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Gerätes, Fig. 6 ebenso schematisch Aufbau und Schaltbild einer weiteren Fortentwicklung des Gerätes.
In dem erfindungsgemässen Gerät nach Fig. 1 sind zwei Geräte --1 und 2-- vorgesehen, die mit Spulen --3 und 4--zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes ausgestattet sind, die im vorliegenden Fall über Leitungen --5-- parallel und magnetisch gleichsinnig geschaltet und über einen Frequenzgenerator --6-- mit einem Anschluss --7-- an ein an sich beliebiges Versorgungsnetz angeschlossen sind.
Durch die getroffene spiegelbildliche Anordnung der beiden Flachspulen-3 und 4-- entsteht zwischen beiden ein elektromagnetisches Wechselfeld, in welches nun auf eine entsprechend der Ausbildung des einzubringenden Geschirrs beschaffenen Unterlage-8-- ein Gesehirrstapel eingesehoben werden kann, z. B. bestehend aus Tellern --9--, die mit Ein- bzw. Auflagen --11-- aus leitendem Material in bzw. auf ihren Böden ausgestattet sind.
Im Zusammenwirken der Spulen entsteht ein angenähert zylindrisches bzw. säulenförmiges elektromagnetisches Wechselfeld--12--, das für eine angenähert gleichmässige Erwärmung aller Tellermittelbereiche sorgt.
Rein theoretisch könnte natürlich von der Annahme ausgegangen werden, dass zur Erzeugung eines solchen Feldes eine Zylinderspule vorteilhaft sei. Eine solche Zylinderspule würde aber die im vorliegenden Fall notwendige Handhabung, nämlich die seitliche Beschickung mit Stapeln von Geschirrteilen und deren Entnahme unmöglich machen.
Bei der Ausbildung eines Gerätes, also eines Stapelwärmers für die praktische Anwendung kann dieses Gerät zunächst gemäss Fig. 2 mit einer Grundplatte --21-- ausgestattet sein, die sich in einen senkrechten oder angenähert senkrechten Arm --22-- fortsetzt, der an seinem oberen Ende mit einem Kragarm --23-- ausgestattet ist. Die Grundplatte --21-- nimmt zunächst den Frequenzgenerator --6-- des Gerätes auf, das über die Leitung-S-, z. B. mittels eines üblichen Steckers-24-, an eine beliebige Netzsteckdose angeschlossen werden kann, vorausgesetzt, dass der Frequenzgenerator --6-- zur Umwandlung von Strömen um 220 V Spannung und 50 Hz Frequenz ausgelegt ist. Selbstverständlich kann der Frequenzgenerator --6-- auch z.
B. zum Anschluss an Fahrzeugstromversorgungskreise ausgebildet sein.
Die Grundplatte ist des weiteren mit einer Unterlage --8-- zur Aufnahme eines Geschirrstapels ausgestattet, in welche eine der beiden im vorliegenden Fall verwendeten Flachspulen untergebracht ist.
Mit dieser Flachspule ist eine zweite Flachspule in einem Kopf teil --25-- des Gerätes parallel und magnetisch gleichsinnig geschaltet, die am freien Ende des Kragarmes --23-- axial ausgerichtet gegenüber der Unterlage --8-- angeordnet ist.
In den Bereich zwischen Unterlage --8-- und Kopf teil --25-- kann nun in einfacher und bequemer Weise ein nur in seinen Umrisslinien angedeuteter Geschirrstapel --26-- eingebracht werden. Er kann ganz oder Stück für Stück wieder entnommen werden, sobald die erwünschte Aufwärmung stattgefunden hat.
Ebenso einfach wie in seiner technischen Funktion ist das Gerät auch in seinem äusseren Aufbau gestaltet. Es ist entsprechend klein, leicht und pflegegereeht.
Zur Ausbildung höherer säulenförmiger elektromagnetischer Wechselfelder kann auch eine Anordnung gewählt werden, bei der nach Fig. 3 zwei etwa rechteckförmige Wicklungen-27-X-förmig gekreuzt werden. In dem von diesen Wicklungen umschlossenen Bereich bildet sich wieder ein säulenförmiges elektromagnetisches Wechselfeld, in welcher der Geschirrstapel von den Seiten her, die ja auch bei dieser Wicklungsanordnung offen sind, eingeschoben und entnommen werden kann.
Eine weitere für die Praxis gedachte Variation des Gerätes ist in Fig. 4 dargestellt. Es kann z. B. wie dort gezeigt, als Drehgerät ausgebildet sein. Die Grundplatte --21-- ist z. B. auf einer Küchendurchreiche - angeordnet. Auf der Grundplatte befindet sich ein Drehkreuz --32-- mit einer senkrechten Mittelsäule --33-- und z. B. vier Armen --35-- am oberen Ende der Säule und ebensolchen nicht sichtbaren Armen oberhalb der Grundplatte --21--. Jedes dieser Armpaare ist mit Kopfstücken --25-- und
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wieder nicht sichtbaren Unterlagen --8-- ausgestattet, zwischen welche die Geschirrstapel-26-eingebracht werden können. Die Drehrichtung des Gerätes in Richtung des Pfeiles --36-- angenommen, kann z.
B. von rechts her in Richtung des Pfeiles --37-- die Beschickung des Gerätes aus der Küche mit frisch gespültem Geschirr erfolgen. Es durchläuft bis zur Entnahmeseite, wo das Geschirr in Richtung des Pfeiles --38-- entnommen werden kann, eine Zwischenstation die bei dem hohen Wirkungsgrad des Gerätes vollauf zur Aufwärmung des Geschirrs ausreicht. Der leere Gerätebereich gelangt in gleichem Takt wieder zur Küchenseite, wo er erneut bestückt werden kann.
Eine vorteilhafte Ausbildungsform ist in Fig. 5 dargestellt, wobei links rein schematisch ein Stapel aus Tellern --9-- angedeutet ist, mit einer Grundwellenspule --42--, die koaxial mit der Achse des Tellerstapels ausgerichtet ist und zwei Spulen --43 und 44-für die dritte Oberwelle. Während die Grundwellenspule in Resonanz mit einem Kondensator-Co-geschaltet ist, befinden sich die rechtsläufige
EMI4.1
Resonanz mit dem Kondensator --C3--'
Der Feldlinienverlauf des von den Oberwellenspulen erzeugten Feldes ist gestrichelt dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Feldlinien im Sinne der gewünschten Ausbildung eines weitgehenden säulenförmigen Feldes nach oben und unten abgelenkt werden.
Eine Fortbildung dieser Geräteausbildung ist noch in Fig. 6 wiedergegeben. Hier sind in entsprechender räumlicher Anordnung zur Grundwellenspule --42-- vier Teilspulen --45, 46,47 und 48-- für die dritte Oberwelle vorgesehen. Die Grundwellenspule --42-- weist eine Mittelanzapfung auf und ist mit zwei Kondensatoren-2Co-im Gegentakt geschaltet. Die Spulen --45 und 47-- sind magnetisch gegensinnig gegeneinander gewickelt und stehen in Resonanz mit dem Kondensator --C3'--, ebenso sind die Spulen - 46 und 48-magnetisch gegensinnig gegeneinander gewickelt und stehen in Resonanz mit dem Kondensator --C3"--. Damit ergibt sich die Möglichkeit, einen Generator hoher Leistung in Gegentaktschaltung zu verwenden, der Voraussetzung für eine kurze Erwärmungszeit ist.
Jedes der mit der Grundwellenspule --42-- gekreuzten Spulenpaare --45, 47 und 46, 48-- kann mit dem jeweiligen Kondensator auf die dritte Oberwelle abgestimmt werden, ohne dass sich zwei verschiedene Resonanzlagen einstellen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gerät mit Frequenzgenerator und felderzeugender Spule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, in welches mit leitenden Schichten zur Wirbelstrom- und damit Wärmeerzeugung präpariertes Geschirr einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule bzw. Spulen (3, 4 ; 27 ; 42,43, 44,45, 46,47, 48) des Gerätes im aus Einzelgeschirren (9) gebildeten Geschirrstapel (26) mit den im Einzelgeschirr (9) vorgesehenen leitenden Schichten (11) ein zumindest angenähert säulenförmiges gegenüber den andern Feldbereichen verdichtetes elektromagnetisches Feld (12) bilden, wobei die Spule bzw. Spulen im Gerät eine die seitliche Zugänglichkeit des erzeugten verdichteten elektromagnetischen Feldes (12) gewährleistende Ortslage einnehmen.