CN111918745A - 用于生产具有嵌入式温度传感器的金属板的方法及由此生产的金属板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产具有至少一个嵌入式温度传感器的金属板的方法，并且涉及一种通过该方法生产的金属板。金属板由多个层或板体生产，该多个层或板体通过热预处理和随后的轧制而彼此扩散连接。在金属板的生产期间，将铠装热电偶(24)作为温度传感器轧制到金属板中，或者将由金属制成的保护管(21)轧制到金属板中，在金属板被进一步加工以形成烹饪容器(22)之后，可以将铠装热电偶(24)插入到该保护管中。

Description

用于生产具有嵌入式温度传感器的金属板的方法及由此生产 的金属板
技术领域
本发明涉及一种用于生产以及加工(如果需要)金属板的方法，所述金属板设置有或能够改装有至少一个嵌入式温度传感器。
本发明还涉及一种通过这种方法生产的并且设置有或能够改装有至少一个嵌入式温度传感器的金属板。
背景技术
从文献EP 2 525 938 B1已知一种类似的方法。在通过这种已知方法生产的金属板中，该金属板除了包括嵌入式加热元件之外还包括嵌入式温度传感器，该温度传感器具有显著的测量头，两条导线从该测量头延伸到金属板的外部。具有明显的测量头的温度传感器应由陶瓷体组成，温度传感器的电路嵌入该陶瓷体中。由于陶瓷体，因此由铝或铝合金制成的一个或多个板体需要具有用于陶瓷体的凹部，使得该陶瓷体在轧制过程期间不会损坏。为每个陶瓷体设置这种凹部的必要性使得轧制过程复杂且昂贵。另外，还存在Pt100和Pt1000形式的这种温度传感器，但是它们通常由塑料制成。这意味着缠绕的铂丝不是嵌入陶瓷中，而是嵌入塑料中。这种温度传感器也不适用于要通过轧制生产的金属板，因为在当前情况下，在轧制期间出现的温度大约为380℃。
文献DE 10 2007 054 071 A1涉及一种由多个层组成的复合金属制品，这些层中的一个层设置有带状的凹部。虽然可以将管状体嵌入该复合金属制品中，但是仅仅在将管状体插入凹部之后才实施嵌入金属中，该凹部的截面形状优选地适于管状体的截面形状。然后通过将复合金属制品的金属层压合在一起而将管状体嵌入金属中。在将它们压在一起之前或之后，可以将另一主体插入到管状体中。该另一主体可以是温度传感器，例如导线形传感器。
如果要通过热成型对金属板进行机械加工，例如用于生产烹饪锅或油炸锅，则会出现另一个应特别考虑的问题。即，这种烹饪或油炸容器在从基底到直立壁的过渡处具有半径，即，弯曲部(curvature)，如果温度传感器的连接导线嵌入基底中，则必须将该连接导线围绕该弯曲部拉出。导线必须是能够屈曲的，并且在任何情况下都不应在此过程期间折断。它也必须是能够拉伸的，因为要热成型的材料在壁过渡到基底的弯曲部区域中拉出和拉伸得最大。如果温度传感器牢固地嵌入金属板中，则导线必须承受金属板在深拉期间所经受的相同伸长。另一个问题是必须使温度传感器的导线相对于彼此并且关于金属板绝缘。但是，如今，普通的导线绝缘物是由塑料制成的，其甚至无法承受轧制过程，更不用说深拉过程。
为了避免这些问题，在用于油炸或烹饪并且通常具有适合于感应烹饪的厚基底的现代热成型厨房容器中很常见的是设置一个孔，设置有连接导线的温度传感器可以从该厨房容器的外侧平行于基底的平面插入该孔中并到达成品热成型容器的基底中的基底中心。温度传感器被设置成借助其实现烹饪过程的控制。为此，容器必须能够将信号无线传输到控制装置，在该控制装置中对信号进行处理，并且使容器的感应或其它加热适于特定的食物制备程序。在将温度传感器结合在容器中时出现的一个具体问题是，在基底中仅能产生一个直孔。因此，温度传感器的连接导线必须从孔的入口沿着容器的壁的外侧向上拉，例如，拉至应答器，该应答器将实施来自温度传感器的温度信号的无线传输。为了保护温度传感器和应答器的连接导线不受损坏并且不影响容器的光学外观，通常，将温度传感器和应答器的连接导线隐藏在附接到容器壁的外侧的适当尺寸的手柄或锅柄下方。如果容器是锅，则对应的手柄在容器的相对侧上附接到外侧，然而该对应的手柄必须具有与以上提及的手柄相同且相对较大的尺寸。就容器的外观而言，所有这些都不是很有利。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生产金属板的方法，该金属板包括至少一个嵌入式温度传感器，并且该金属板使得能够消除上述缺点。
根据本发明，该目的通过在引言中提到的类型的方法来解决，该方法的特征在于以下步骤：在第一板体与第二板体之间布置至少一个金属保护管，该金属保护管是铠装热电偶的护套或者导管，在生产以及加工(如果需要)金属板之后，温度传感器(优选为铠装热电偶)能够插入该导管，该第一板体和该第二板体未设置有用于容纳该保护管或每个保护管的凹部，并且该第一板体和该第二板体分别由铝和/或铝合金制成；通过由轧制所实现的第一板体和第二板体之间的压缩和材料位移，将该保护管或每个保护管以直接接触的方式嵌入该第一板体和该第二板体中；以及由此，连接板体的整个表面，其中，在高于铝或铝合金的再结晶温度但低于铝的熔点的温度下对板体进行热预处理，然后通过轧制将板体彼此压靠，以实现将该保护管或每个保护管嵌入板体中，其中，板体在它们彼此接触侧的区域中经受相互扩散结合，从而使板体在整个表面区域上彼此材料连接，并且与该保护管或每个保护管材料连接，以形成要生产的金属板。
此外，本发明的目的通过一种由这种方法生产的金属板解决，该金属板设置有或能够改装有至少一个嵌入式温度传感器，并且包括：该温度传感器的至少一个保护管，该保护管布置在分别由铝或铝合金制成的第一板体与第二板体之间，并且该第一板体与该第二板体在轧制之前未设置有用于容纳该保护管或每个保护管的凹部，其中，该保护管或每个保护管以直接接触的方式嵌入该第一板体和该第二板体中，其中，该第一板体和该第二板体在整个表面上彼此材料连接，并且与该保护管或每个保护管材料连接，并且其中，所有板体在它们的接触侧的区域中包括相互扩散连接，使得所有板体在整个表面区域上彼此材料连接，并且与该保护管或每个保护管材料连接，以形成要生产的金属板。
可以看出，本发明的基本构思在于，在由板体形成的金属板的生产中所涉及的轧制过程中，保护管或导管被轧制到金属板中，该保护管是铠装热电偶的护套，该导管是在生产以及通过热成型机械加工(如果需要)金属板之后，温度传感器(优选为铠装热电偶)能够插入的导管。保护管优选地是具有例如大约1.5mm的直径的细管，在该细管中，温度测量头的连接导线(优选地，热电偶的热电偶导线)被保护管以可移动的方式容纳或支撑，并由陶瓷粉末等与保护管的壁绝缘。该保护管(附带地，该保护管可以是铠装热电偶的护套，该热电偶可以从一开始就轧制到金属板中，或仅仅在该金属板生产后才插入到该金属板中)将承受在金属板的生产和随后的热成型中所涉及的变形，因为该热电偶的连接导线能够在管内相对移动，并且也将承受该变形。此外，这些连接导线不具有会防止这种情况的塑料等制成的绝缘体。根据本发明，在板体中未设置有预先生产的凹部，该预先生产的凹部在轧制过程之前将容纳保护管或热电偶等(包括其导线)。虽然保护管在轧制过程之后经常会略微呈椭圆形而不是完美的圆形，但是无论如何它仍将保持足够的净宽，使得在保护管是铠装热电偶的护套的情况下，保护管仍会保持不受损害，或者在保护管是导管的另一种情况下，能够随后将铠装热电偶方便地插入到保护管中。对于本发明重要的是，为了将管状体嵌入复合金属制品的金属层中，由于在将这些层压合在一起时将管状体直接嵌入金属中，因此如果没有适于管状体截面的凹部，则不必预先产生凹部。
本发明的实施例是从属权利要求的主题。
在根据本发明的方法的一个实施例中，作为芯层的两个板体在轧制之前布置在由第三板体和第四板体形成并且由另一种金属(诸如不锈钢)制成的两个覆盖层之间，并且在轧制期间在整个表面上彼此材料扩散连接，并且与该另外两个板体形成材料扩散连接。根据本发明的成品金属板完全没有能够影响容器的导热性的气隙。因此，该金属板理想地适合于进一步加工成上述类型的厨房容器，该厨房容器能够用于所谓的智能烹饪中，在该智能烹饪中，厨房容器必须能够提供温度信号，以使得用于烹饪过程的加热装置(优选地，感应加热器)的相关控制成为可能。
在根据本发明的方法的另一实施例中，金属板在轧制之后处于一种状态，或者通过后热处理进入一种状态，在该状态下，能够通过机械再成形进一步加工金属板，优选地加工成用于智能烹饪的厨房容器。
在根据本发明的方法的另一实施例中，使用了铠装热电偶，在该热电偶中，两条热电偶导线嵌入在芯中，该芯包围在护套中，并且由陶瓷或矿物基材料或耐热塑料制成。
在根据本发明的方法的另一实施例中，金属板在轧制之后通过热成型被再成形为烹饪或油炸容器，该烹饪或油炸容器包括基底和壁，该壁从基底以一定半径向上延伸，然后保护管的在该壁的外侧中的一端露出，以用于温度传感器的电连接。本发明提供的优点是露出位置可以设置在合适的位置并被覆盖，而不会影响厨房容器的光学外观。
由根据本发明的方法生产的金属板设置有或能够改装有至少一个嵌入式温度传感器，并且包括：该温度传感器的至少一个保护管，该至少一个保护管布置在分别由铝或铝合金制成的第一板体与第二板体之间，并且在轧制之前该第一板体与第二板体未设置有用于容纳该保护管或每个保护管的凹部，其中，该保护管或每个保护管以直接接触的方式嵌入该第一板体和该第二板体中，其中，该第一板体和该第二板体在整个表面上彼此材料连接，并且与该保护管或每个保护管材料连接，并且其中，所有板体在它们的相互接触侧的区域中相互扩散结合，使得所有板体在整个表面区域上彼此材料连接，并且与该保护管或每个保护管材料连接，以形成要生产的金属板。
在根据本发明的金属板的一个实施例中，作为芯层的第一板体和第二板体布置在体现为第三板体和第四板体并且由另一种金属(诸如不锈钢)制成的两个覆盖层之间，并且在整个表面区域上彼此材料扩散连接，并且与第三板体和第四板体形成材料扩散连接。金属板的该实施例特别适合于生产上述类型的厨房容器，该厨房容器可以通过热成型由金属板生产，而不会导致保护管无法使用，或者插入在金属板中的铠装热电偶在不仅延伸到该厨房容器的基底中而且还向上延伸到该厨房容器的壁中时，由于轧制而受到损坏。
在根据本发明的金属板的另一实施例中，该金属板在轧制之后处于一种状态，或可以通过后热处理进入一种状态，在该状态下，能够通过机械再成形进一步加工金属板。一种或没有后热处理特别适合于本发明中使用的一些金属。
在根据本发明的金属板的另一实施例中，金属板设置有作为温度传感器的热电偶，在该热电偶中，两条热电偶导线嵌入在绝缘体中，该绝缘体由护套包围，并由矿物基材料或耐热塑料材料制成。
在根据本发明的金属板的另一实施例中，温度传感器是铠装热电偶，该铠装热电偶在轧制过程之前被插入到保护管中，并且在轧制过程中与保护管一起被轧制到金属板中，或者该铠装热电偶代替保护管被轧制到金属板中。因此，根据本发明的方法的一个特别优点在于，铠装热电偶可以在金属板的生产期间已经被轧制，或在完成轧制过程之后以及在热成型之后仍可以插入到保护管中。
根据本发明的金属板的另一实施例是由该金属板生产的烹饪或油炸容器，通过热成型将该金属板再成形为烹饪或油炸容器，并且该烹饪或油炸容器具有基底，该基底过渡到壁中，该壁从该基底以一定半径向上延伸，并且保护管的一端在该壁的外侧上露出，以用于温度传感器的电连接。
附图说明
以下将参考附图更详细地描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了板体的布置的截面图，该板体的布置具有用于实施根据本发明的方法的插入式保护管，其中，将保护管轧制到板体中，而不需要板体中为此目的所预先生产的凹部，
图2示出了铠装热电偶的截面图，
图3示出了铠装热电偶设置在保护管中的构造的纵向截面图，
图4示出了根据图3的构造的纵向截面图，但是，其示出了没有保护管的铠装热电偶，以及
图5和图6示出了根据本发明的两个实施例分别示出为锅的烹饪容器的截面图。
具体实施方式
本发明涉及金属板10的生产以及加工(如果需要)，该金属板10设置有或能够改装有至少一个嵌入式温度传感器。在金属板10的生产期间，必须执行在引言中未提及的多个步骤，这些步骤在产生金属之间的扩散结合的现有技术中是常见的，诸如清洁金属表面、对板体进行热预处理，以及轧制板体以实现相互扩散结合，以及后热处理(如果需要)。虽然在此未描述这些附加步骤，但应当注意的是，如果由铝或铝合金制成的板体通过根据本发明的方法(优选地通过轧制实现)彼此连接，则每个铝层的表面在压合在一起之前被加热到高于铝的再结晶温度但低于铝的熔点的温度。优选地，以这种方式生产的金属板10最终被退火，然后可以在该过程中通过机械加工(例如通过热成型)进一步加工和再成形。
图1示出了彼此叠置的四个板体的截面图，即，由铝制成的第一板体11(为了方便起见，在下面的描述中省略了铝合金的表示，但是明确的是，可以使用铝合金代替铝)。第二板体12也由铝制成。第三板体13和第四板体14分别由不锈钢或钛制成。轧制是在两个辊之间的辊隙中执行的，就像其余的轧机一样，在此未示出。但是，该构造基本上对应于从文献EP 2 525 938 B1已知的构造。由于通过将多层材料热成型所形成的烹饪容器22、22'(图5或图6)要由根据本发明生产的金属板10来生产，因此要生产的金属板10的两个外层(即，板体13、14)分别由不锈钢制成。板体13、14分别形成要生产的金属板10的两个覆盖层中的一个覆盖层。
根据图1的截面图，保护管21(20)未借助于凹部而放置在板体11、12之间，该保护管可以是如图2中所示的铠装热电偶24的护套20，或者是用于容纳铠装热电偶24的保护管21。在后一种情况下，仅在金属板10或由成品金属板生产的烹饪容器完成之后，将铠装热电偶24插入保护管21中(图5)。
因此，在图1中所示的板体11、12、13、14的布置中，护套20或保护管21在涉及材料位移的轧制过程中被轧制到板体11、12中，但是，其中，保护管21或护套20由这样的金属组成，该金属非常坚硬以使该保护管21或护套20基本上保持其在截面图中所示的完美圆形。在轧制过程中，对通过热预处理而预先加热到高于铝或铝合金的再结晶温度但低于铝的熔点的温度的板体11和12进行热预处理，然后通过轧制使板体11和12彼此压合，以完成保护管21(20)在板体11、12中的嵌入，其中，所有板体在它们的相互接触侧的区域中经受相互扩散结合，由此使所有板体在整个表面上彼此材料连接，并且与保护管21(20)材料连接，以形成要生产的金属板。
在图1中所示的板体11-14的布置中，在轧制之前，作为芯层的该两个板体11、12布置在由第三板体和第四板体13或14形成并且由另一种金属制成(优选地由不锈钢或钛制成)的两个覆盖层之间。在轧制过程中，所有板体在整个表面区域上彼此材料扩散连接。
实验已经表明，当该两个板体11、12由铝合金制成时，通过使每个板体11、12在两侧上都设置纯铝层形式的薄镀层，可以获得附加的优点。例如，在板体11、12的厚度分别为1mm的情况下，纯铝镀层的厚度分别为大约5％至10％。在附图中未示出本发明的该实施例。其被包括在权利要求1中，其中，在根据本发明的方法的步骤a)中，第一板体11和第二板体12可以分别由铝和/或铝合金制成。
优选地，金属板在轧制之后处于一种状态，或者可以通过后热处理进入一种状态，在该状态下，能够通过机械再成形(例如通过热成型)来进一步加工金属板。
如图2中的截面图中示意性示出的铠装热电偶24用作温度传感器。在图2中所示的实施例中，两条热电偶导线34、35被护套20包围。护套20可以像保护管21一样由不锈钢制成，并且其能够屈曲。在附图中的护套20和保护管21的厚度的图示仅仅是示意性的，并且不反映实际使用的厚度比。在图2中所示的实施例中，在截面图中示出的该两条热电偶导线34、35形成图3中所示的热电偶32。其绝缘体30可以由氧化镁或耐热塑料材料制成。热电偶24的护套20也可以由不锈钢制成。分别选择图3中所示的热电偶导线34、35，护套20，保护管21和绝缘体30的相互布置，使得随后可以将铠装热电偶24插入到保护管21中(如图5中所示)，或者使得可以将铠装热电偶24(其护套20用作保护管)轧制到板体11、12中(如图6中所示)。
在图3的图示中，包括两条热电偶导线34、35的热电偶32布置在铠装热电偶24的护套20中。在根据图5的实施例中，铠装热电偶24被插入到保护管21中，该保护管21优选地由不锈钢制成。具有陶瓷绝缘体30的热电偶32直接位于护套20上。保护管21优选地由耐热不锈钢制成。
图4示出了没有保护管21的铠装热电偶24的纵向截面图。铠装热电偶24的护套20是薄壁的，并且例如由耐热不锈钢(Inconel 600)制成。热电偶导线34、35(图3)由导热材料制成，并嵌入压合的耐火氧化镁中。铠装热电偶24是完全可屈曲的。在由申请人实现的实施例中，铠装热电偶24在轧制之前具有优选为1.5毫米的外径。
图4中所示的铠装热电偶24是基于矿物绝缘的护套。绝缘体30是耐火的氧化镁粉末。铠装热电偶24的可屈曲性使得能够实现屈曲半径，这使得能够在烹饪容器的在其它情况下难以接近的位置中，诸如在烹饪容器22的基底(如图5所示)中，或者在烹饪容器22'的基底(如图6所示)中，使用铠装热电偶。
附图标记列表
10 金属板
11 第一板体
12 第二板体
13 第三板体
14 第四板体
20 护套
21 保护管
22 烹饪容器
22'烹饪容器
24 铠装热电偶
30 绝缘体
32 热电偶
34、35 热电偶导线

Claims (11)

1.一种用于生产以及如果需要则加工金属板(10)的方法，所述金属板由板体形成，并设置有或能够改装有至少一个嵌入式温度传感器，其特征在于以下步骤：
a)在第一板体(11)和第二板体(12)之间布置至少一个金属保护管(21)，所述至少一个金属保护管(21)是铠装热电偶(24)的护套(20)或者导管，在生产以及如果需要的话加工所述金属板(10)之后，温度传感器，优选为铠装热电偶(24)，能够插入所述导管，所述第一板体(11)和所述第二板体(12)未设置有用于容纳所述保护管(21)或每个保护管(21)的凹部，并且所述第一板体(11)和所述第二板体(12)分别由铝和/或铝合金制成，
b)通过由轧制所实现的所述第一板体(11)和所述第二板体(12)的压缩和材料位移，将所述保护管(21)或每个保护管(21)以直接接触的方式嵌入所述第一板体(11)和所述第二板体(12)中，以及由此
c)连接所述板体(11、12)的整个表面，
其中，在高于铝或铝合金的再结晶温度但低于铝的熔点的温度下对所述板体(11、12)进行热预处理，然后通过轧制将所述板体(11、12)彼此压靠，以实现将所述保护管(21)或每个保护管(21)嵌入所述板体(11、12)中，其中，所述板体(11、12)在它们彼此接触侧的区域中经受相互扩散结合，从而使所述板体(11、12)在整个表面区域上彼此材料连接，并且与所述保护管(21)或每个保护管(21)材料连接，以形成要生产的所述金属板(10)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在轧制之前，作为芯层的所述两个板体(11、12)被布置在由第三板体(13)和第四板体(14)形成并且由诸如不锈钢的另一种金属制成的两个覆盖层之间，并且在轧制期间在所述整个表面区域上彼此材料扩散连接，并且与上述另外两个板体(11、12)材料扩散连接。
3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述金属板(10)在轧制之后处于一种状态，或者能够通过后热处理进入一种状态，在所述状态下，能够通过机械再成形进一步加工所述金属板。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，铠装热电偶(24)用作所述温度传感器，在所述热电偶中(24)，两条热电偶导线(34、35)嵌入芯中，所述芯包围在护套(20)中，并且由矿物基材料或耐热塑料材料制成。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述金属板(10)在轧制之后通过热成型被再成形为烹饪或油炸容器(22、22')，所述烹饪或油炸容器(22、22')包括基底和壁，所述壁从所述基底以一定半径向上延伸，并且然后在所述壁的外侧上露出所述护套(20)或所述保护管(21)的一端，以用于所述温度传感器的电连接。
6.一种根据前述权利要求中的一项所述的方法通过轧制生产的金属板(10)，所述金属板(10)设置有或能够改装有至少一个嵌入式温度传感器，并且包括：
所述温度传感器的至少一个保护管(20、21)，所述至少一个保护管(20、21)被布置在分别由铝和/或铝合金制成的所述第一板体(11)和所述第二板体(12)之间，并且所述第一板体(11)和所述第二板体(12)在轧制之前未设置有用于容纳所述保护管(20、21)或每个保护管(20、21)的凹部，
其中，所述保护管(20、21)或每个保护管(20、21)以直接接触的方式嵌入所述第一板体(11)和所述第二板体(12)中，其中，所述第一板体和第二板体在整个表面区域上彼此材料连接，并且与所述保护管(20、21)或每个保护管(20、21)材料连接，并且其中，所有板体(11、12、13、14)在它们的接触侧的区域中相互扩散连接，使得所有板体(11、12、13、14)在整个表面区域上彼此材料连接，并且与所述保护管(20、21)或每个保护管(20、21)材料连接，以形成要生产的所述金属板(10)。
7.根据权利要求6所述的金属板，其特征在于，作为芯层的所述第一板体(11)和所述第二板体(12)被布置在由第三板体(13)和第四板体(14)形成并且由诸如不锈钢的另一种金属制成的两个覆盖层之间，并且在所述整个表面区域上彼此材料扩散连接，并且与所述第三板体(13)和所述第四板体(14)材料扩散连接。
8.根据权利要求6或7所述的金属板，其特征在于，所述金属板在轧制之后处于一种状态，或者能够通过后热处理进入一种状态，在所述状态下，能够通过机械再成形进一步加工所述金属板。
9.根据权利要求6至8中的一项所述的金属板，其特征在于，所述金属板包括作为所述温度传感器的热电偶(24)，在所述热电偶(24)中，两条热电偶导线(34、35)嵌入绝缘体(30)中，所述绝缘体包围在护套(20)中，并且由矿物基材料或耐热塑料材料制成。
10.根据权利要求9所述的金属板，其特征在于，所述温度传感器是铠装热电偶(24)，所述铠装热电偶(24)在轧制过程之前被插入到所述保护管(21)中，并且在所述轧制过程中与所述保护管(21)一起被轧制到所述金属板(10)中，或者所述铠装热电偶(24)代替所述保护管(21)被轧制到所述金属板(10)中。
11.一种由根据权利要求6至10中的一项所述的金属板生产的烹饪或油炸容器，通过热成型将所述金属板再成形为所述烹饪或油炸容器(22、22')，所述烹饪或油炸容器(22、22')具有基底，所述基底过渡到壁，所述壁从所述基底以一定半径向上延伸，并且所述铠装热电偶(24)的护套(20)的一端或所述保护管(21)的一端能够在所述壁的外侧上露出，以用于所述温度传感器的电连接。
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