DE10047371A1 - Heizplatte zum Beheizen eines Gefäßes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizplatte, insbesondere Kochplatte, zum Beheizen eines Gefäßes mit einem Boden und einer Gefäßwandung, beispielsweise eines Kochtopfes, einer Bratpfanne, eines Tiegels oder dergleichen. Erfindungsgemäß ist die Form der Heizplatte während des Heizvorganges dynamisch an den Boden des zu beheizenden Gefäßes anpaßbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizplatte, insbesondere eine Kochplatte, zum Beheizen eines Gefäßes mit einem Boden und einer Gefäßwandung, beispielsweise eines Kochtopfes, einer Bratpfanne, eines Tiegels oder dergleichen.

Es ist bereits bekannt, daß während des Beheizens von Gefäßen über deren Bo­ denfläche insbesondere durch die Wärmeausdehnung der Gefäßboden verformt wird. Dies hat zur Folge, daß sich beim Kontaktbeheizen zwischen der Heizplatte und dem Gefäßboden beim Erhitzen der Wärmekontakt verändert. Diesem Um­ stand wird in der Regel dadurch Rechnung getragen, daß die Böden der zu erwär­ menden Gefäße durch verschiedensde mechanische Konstruktionen und Material­ kombinationen so gestaltet werden, daß sich während der Aufheizphase der Wär­ mekontakt, d. h. die möglichst großflächige Berührung verbessert, damit die Ener­ gieübertragung bei erhöhten Temperaturen optimal gestaltet ist. Dabei muß aller­ dings bei dem bestehenden System in Kauf genommen werden, daß in der An­ fangsphase des Beheizens beispielsweise aufgrund einer Vorwölbung des zu be­ heizenden Gefäßes ein verringerter Wärmekontakt besteht. Dieser ist dadurch be­ dingt, daß im Bereich der Verwölbung ein Luftspalt erzeugt wird. Da Luft ein guter Wärmeisolator ist, ist im Bereich des Spaltes der Wärmeübergang nicht optimal und somit ist die Beheizung im Anfangsstadium, also im Stadium des Aufheizens unef­ fektiv.

Dies führt einerseits zu einer Verlängerung der Aufheizzeit und andererseits zu ei­ ner unnötigen Erhöhung des Energieverbrauchs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heizplatte zu schaffen, bei der der Energieverbrauch zum Beheizen eines Gefäßes minimiert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Heizplatte ge­ löst, die die Merkmalskombination der Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die Form der Heizplatte während des Heizvorganges dynamisch an den Boden des zu beheizenden Gefäßes an­ paßbar ist.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.

Dadurch daß die Form der Heizplatte während des Heizvorganges immer der Bo­ denform des zu beheizenden Gefäßes angepaßt ist, wird gleich zu Anfang des Auf­ heizvorganges ein optimaler Wärmeübergang ermöglicht, so daß einerseits der Energieverbrauch minimiert wird und die Zeit zum Aufheizen des Gefäßes wesent­ lich verkürzt wird. Somit kann das gesamte Heizergebnis wesentlich verbessert werden. Über die gesamte Fläche der Heizplatte ist eine gleichmäßige Temperatur­ verteilung erreicht, das bedeutet, daß auch der Boden des beheizten Gefäßes eine gleichmäßige Temperaturverteilung aufweist. Besonders vorteilhaft läßt sich auf­ grund der Verbesserung des Wärmeübergangs während des gesamten Heizvor­ ganges eine exakte Temperaturregelung für die Temperatur des zu beheizenden Gefäßes realisieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Heizplatte mecha­ nisch verformt. Dabei kann sie über entsprechende senkrecht zur Heizplatte ver­ schieblich angeordnete Stempel, die über entsprechende Verstellmotoren oder Pie­ zoelemente ansteuerbar sind, ausgewölbt werden. Durch entsprechendes Zurück­ fahren der Stempel kehrt die Heizplatte aufgrund ihrer Eigenelastizität wieder in den ebenen Zustand zurück.

Vorteilhaft lassen sich die erfindungsgemäßen Heizplatten aus Hochleistungskera­ mik fertigen. Hier kommen beispielsweise Siliciumnitrit (Si₃N₄), Siliciumcarbit (SiC) oder Aluminiumnitrit (AIN) in Frage. Zur Erfassung eines möglichen Luftspaltes zwi­ schen der Heizplatte und dem Gefäßboden sind in vorteilhafter Weise mehrere über die Fläche der Heizplatte verteilte Temperatursensoren vorgesehen. Zumin­ dest muß jedoch ein entsprechender Temperatursensor vorgesehen sein. Zur Mi­ nimierung des Luftspaltes kann über die verschiedenen Meßstellen verteilt hier der Temperaturgradient aufgenommen werden. Dieser muß einen gleichen Verlauf ha­ ben. Sollte die Temperatur an einer bestimmten Stelle der Heizplatte stärker an­ steigen als an anderen Meßstellen, ist dies ein Zeichen dafür, daß ein isolierender Luftspalt vorliegt, da hier die Wärme nicht in gleichem Maße übertragen wird, wie an den Vergleichsstellen. In diesem Bereich wird durch gezieltes Auswölben der Heizplatte der Luftspalt minimiert.

Die vorgenannte Temperaturerfassung ist vorteilhafter Teil eines Regelkreises zum dynamischen Anpassen der Form der Heizplatte an den Boden des zu beheizen­ den Gefäßes.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Heizplatte, auf der ein zu beheizen­ des Kochgefäß steht,

Fig. 2: eine graphische Darstellung der Temperaturverteilung auf der Oberflä­ che einer Heizplatte nach dem Stand der Technik für unterschiedliche zu beheizende Gefäße und

Fig. 3: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizplatte so­ wie des Boden eines zu beheizenden Gefäßes.

In Fig. 1 ist auf einer beispielsweise aus einer Hochleistungskeramik in bereits bekannter Art und Weise hergestellten Kochplatte 10 ein konventionelles Kochge­ fäß 12 bestehend aus einem Boden 14 und einer Gefäßwandung 16 gestellt. Die Gefäße 12 bestehen in der Regel aus Metall und weisen einen Boden auf, der ei­ nen konkaven Einzug a gemäß der Fig. 1 aufweist, so daß ein Abstand zwischen der Bodenmitte und der Oberfläche der Heizplatte 10 gebildet ist. Dieser Abstand sollte 6%_o des Gefäßdurchmessers betragen. Bei der Erwärmung des Gefäßes 12 dehnt sich der Boden 14 in Richtung der Wärmequelle, d. h. der Heizplatte 10 aus, so daß sich der Abstand a verringert.

In Fig. 2 ist beispielsweise die Temperaturverteilung über die Fläche einer Heizplatte 10 für Systeme aus Heizplatte und zu beheizendem Gefäß nach dem Stand der Technik gezeigt. Die beiden Temperaturkurven A und B unterscheiden sich dadurch, daß hier zu beheizende Gefäße unterschiedlicher Qualität dargestellt sind. Die Kurve A zeigt die Temperaturverteilung über der Heizplatte 10 während der Erwärmung von Heizgefäßen, die gemäß dem heutigen Stand als "gut" einge­ stuft werden. Die Kurve B hingegen zeigt das Temperaturverhalten derselben Heiz­ platte bei Verwendung von "schlechten" Kochgefäßen. Es ist ersichtlich, daß so­ wohl bei den "schlechten" wie auch bei den "guten" Kochgefäßen, bedingt durch Ihren Bodeneinzug keine gleichmäßige Temperaturverteilung vorhanden ist. In der Regel ist somit der Wärmeübergang zum zu beheizenden Gefäß sehr schlecht, wodurch die Heizzeit verlängert und der Energieverbrauch erhöht wird. Es tritt hin­ zu, daß die Temperatur der Kochplatte sehr hoch gehalten werden muß, wodurch eine genaue Temperaturregelung auf eine vorbestimmte Temperatur des Heizgutes nicht möglich ist. Diese in Fig. 2 dargestellte ungleichmäßige Temperaturvertei­ lung kann durch die erfindungsgemäße Heizplatte, die in Fig. 3 schematisch dar­ gestellt ist, verhindert werden. In Fig. 3 ist schematisch dargestellt, daß die Heiz­ platte 10 mittels eines Stempels 18 verformbar ist. Der Stempel 18 wird in Pfeil­ richtung b, also senkrecht zur Heizplatte 10, bewegt. Er wird durch einen hier nicht mehr dargestellten Hebelmechanismus verschoben. Der Stempel 18 beaufschlagt die Heizplatte 10 zentrisch. Dadurch kann diese gut an die Wölbung des Bodens 14 des Heizgefäßes angepaßt werden. Die Heizplatte 10 ist in strichpunktierter Dar­ stellung in ihrer Grundstellung dargestellt, während sie in gestrichelter Darstellung in der entsprechend ausgelenkten Stellung gezeigt ist. Anhand dieser schemati­ schen Darstellung ist also der Grundgedanke der Erfindung verdeutlicht, gemäß dem die Heizplatte 10 mechanisch verformt werden kann. Durch eine hier nicht mehr dargestellte geeignete Sensorik wird unabhängig vom eingesetzten Heizge­ fäß mit seiner spezifischen Bodenform vom Beginn der Heizphase an die Wärme­ kontaktierung, d. h. der Luftspalt, ermittelt. Entsprechend wird die Heizplatte derart verformt, d. h. zentrisch gewölbt, wie in Fig. 3 dargestellt, daß eine optimale Ener­ gieübertragung erreichbar ist. Während des gesamten Heizprozesses wird diese Wärmekontaktierung durch die geeignete Elektronik bzw. Sensorik überwacht und mittels eines geeigneten Stellgliedes, beispielsweise eines Piezoelementes oder einer anderen Motorik kann die Heizplatte 10 variabel an den mehr oder weniger ausgewölbten Boden 14 des Gefäßes angepaßt werden.

Der Grad der Verformung wird beispielsweise durch verschiedene Temperaturgra­ dienten bestimmt, die verteilt über die Fläche des Heizelementes 10 aufgenommen werden. Liegt ein Luftspalt zwischen der Heizplatte und dem zu beheizenden Ge­ fäß, so wird in einem bestimmten Zeitintervall ein hoher Temperaturanstieg auf­ grund der fehlenden Wärmelast festgestellt. Ist dagegen kein Luftspalt vorhanden, wirkt die komplette Wärmelast des zu beheizenden Gefäßes samt Inhalt der Er­ wärmung entgegen und der Temperaturanstieg ist entsprechend niedriger.

Dieser Effekt wird zur dynamischen Regelung der Anpassung der Auswölbung der Heizplatte genutzt. Durch die Anordnung von mehreren Wärmesensoren, beispielsweise PT100, PT1000, K-Elementen oder ähnlichen, wird über eine entspre­ chende Schaltung der Wärmekontakt zwischen den Außenrändern und der Mitte gemessen und über eine geeignete Ansteuerung die Heizplatte derart verformt, daß über die gesamte Heizfläche ein möglichst geringer Luftspalt vorhanden ist. Somit läßt sich in einfacher Weise ein quasi dynamischer Regelkreis verwirklichen. Dieser garantiert unabhängig vom zu beheizenden Gefäß und seiner Verformung eine dem Heizprozeß angepaßte Heizplattenverformung und somit eine effiziente Beheizung.

Claims (7)

1. Heizplatte, insbesondere Kochplatte, zum Beheizen eines Gefäßes mit einem Boden und einer Gefäßwandung, beispielsweise eines Kochtopfes, einer Bratpfanne, eines Tiegels oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Heizplatte während des Heizvorganges dynamisch an den Boden des zu beheizenden Gefäßes anpaßbar ist.

2. Heizplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte me­ chanisch verformbar ist.

3. Heizplatte, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Heizplatte mindestens ein Stempel senkrecht zur Heizplatte verschieblich angeordnet ist, so daß die Heizplatte gezielt auswölbbar ist.

4. Heizplatte, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Hochleistungskeramik, wie beispielsweise Siliciumnitrit (Si₃N₄), Silici­ umcarbit (SiC) oder Aluminiumnitrit (AIN) besteht.

5. Heizplatte, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oder mehrere über die Fläche der Heizplatte verteilte Temperatur­ sensoren aufweist.

6. Heizplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Temperatursensor Teil eines Regelkreises zur dynamischen Anpassung der Form der Heizplatte an den Boden des zu beheizenden Gefäßes ist.

7. Heizplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Auswölbung aufgrund zumindest eines gemessenen Temperaturgradienten zur Minimie­ rung des Luftspaltes zwischen ihrer Oberfläche und dem Boden des zu behei­ zenden Gefäßes erfolgt.