DE10110792B4

DE10110792B4 - Keramisches Kochsystem mit Glaskeramikplatte,Isolationsschicht und Heizelementen

Info

Publication number: DE10110792B4
Application number: DE10110792A
Authority: DE
Inventors: Karsten Dr. Wermbter; Holger Köbrich
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: EP1368992A1; DK1368992T3; US20040238525A1; DE50201364D1; CA2439569A1; EP1368992B1; WO2002071803A1; ATE280484T1; DE10110792A1; CN1494818A; ES2230466T3

Abstract

Keramisches Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte (10), die auf ihrer Unterseite (11) eine elektrische Isolationsschicht mit mehreren Heizelementen (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) zur direkten Beheizung der Glaskeramikplatte (10) trägt, wobei die Isolationsschicht in Isolationssegmente (13.1, 13.2, 13.3, 13.4) unterteilt ist, die individuelle Heizelemente (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) tragen, wobei die Isolationssegmente (13.1, 13.2, 13.3, 13.4) als Kreisbogenabschnitte ausgebildet sind und kreisbogenförmige Heizelemente (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) tragen und wobei die Isolationselemente (13.1, 13.2, 13.3, 13.4) zumindest teilweise über Isolationsbrücken (14.1, 14.2, 14.3) für Verbindungsleiterbahnen (33.1, 33.2, 33.3) zwischen den kreisbogenförmigen Heizelementen (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) untereinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein keramisches Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte, einer auf der Unterseite derselben angebrachten Isolationsschicht, die zur direkten Beheizung mehrere Heizelemente trägt.

Die bekannten keramischen Kochsysteme mit einer direkten Beheizung der Glaskeramikplatte zeichnen sich durch hohe Ankochleistung aus und haben gegenüber der Beheizung mittels Strahlungsheizkörper bezüglich Effizienz und Designmöglichkeiten Vorteile, wie die DE 38 84 569 T2 zeigt.

Keramische Kochsysteme bestehen aus einer ebenen Glaskeramikplatte, auf der Oberseite das zu beheizende Kochgefäß abgestellt wird. Die Glaskeramikplatten umfassen oxidische und nicht oxidische Keramiken, wie der WO 00/15005 A1, der FR 2 744 116 , der EP 0 861 014 A1 und der US 6,037,572 zu entnehmen ist.

Zur elektrischen Isolation wird zwischen der Glaskeramikplatte und den Heiz-elementen eine Isolationsschicht für die elektrische Isolation aufgebracht. Als Material für diese Isolationsschicht eignen sich Stoffe mit hohem elektrischem Isolationswert, vor allem Stoffsysteme AL₂O₃-SiO₂-M_gO mit Werkstoffen wie Korund, Mullit, Periklas, Spinell und Cordierit.

Auf der Isolationsschicht werden die Heizelemente aufgebracht. Als Heizelemente können dünne Schichten vollflächig durch Sputtern oder im CVD-Verfahren vorgesehen werden, wobei insbesondere S_nO₂ verwendet wird, wie die WO 00/18189 A1 zeigt.

Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Aufbringen von Dickschicht-Leiterbahnen aus Silber-Palladium-Legierungen im Siebdruckverfahren, wie aus der EP 0 861 014 A1 zu entnehmen ist.

Bei derartigen keramischen Kochsystemen bereitet die Aufbringung der Isolationsschicht auf die Unterseite der Glaskeramikplatte Schwierigkeiten, denn diese muss nicht nur sehr fest an der Glaskeramikplatte haften, sie muss auch eine hohe elektrische Isolationswirkung bei guter Wärmeleitfähigkeit besitzen. Dies bedingt in der Regel einen nicht voll befriedigenden Kompromiss.

Es sind als Dickschicht aufgetragene Isolationsschichten für ein keramisches Kochsystem aus AL₂O₃, Spinell, ZrO₂ oder M_gO bekannt, die eine hohe Isolationswirkung haben. Da sie einen wesentlich größeren Ausdehnungskoeffizienten als die Glaskeramikplatte aufweisen, ergeben sich gerade während des Aufheizens große Spannungen in der ganzflächigen, großen Isolationsschicht, die zu einem teilweisen Lösen der Haftung an der Glaskeramikplatte führen können.

Werden für die Isolationsschicht besser an der Glaskeramikplatte haftende und einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten aufweisende Materialien, wie Mullit, oder Cordierit, verwendet, dann muss aus Isolationsgründen eine dickere Schicht aufgetragen werden, die dann zudem zu höherem Wärmeübergangsverlust führt, ohne dass dadurch das Lösen von Teilbereichen der Isolationsschicht verhindert wird.

Aus der DE 195 10 989 A1 ist ein Kochsystem bekannt, bei dem die Isolationsschicht in mehrere strahlenförmig angeordnete, kleinflächige Isolationssegmente unterteilt ist, die individuelle Heizelemente tragen. Dabei sind die Isolationssegmente und die Heizelemente rechteckförmig ausgebildet und über Verbindungsbahnen parallel geschaltet. Dies hat den Nachteil, dass die Beheizung der Glaskeramikplatte in ihrer Fläche nicht unterschiedlich vorgenommen werden kann. Außerdem ist die direkt durch die Heizelemente beheizte Fläche der Glaskeramikplatte sehr klein, so dass leistungsstarke Heizelemente verwendet werden müssen.

Die Form der Heizelemente kann, wie die DE 197 01 640 A1 zeigt, verschieden sein, sich jedoch über Teilbereiche erstrecken, die vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind und sich über den gesamten Umfang der Kochplatte erstrecken ist die variable Beheizung von Teilbereichen der Kochplatte beschränkt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein keramisches Kochsystem der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem die Vorteile der Aufteilung der Isolationsschicht und der Heizelemente beibehalten werden kann, die Variationsmöglichkeiten der individuellen Beheizung von Teilbereichen der Glaskeramikplatte jedoch wesentlich erhöht sind.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst mit einem keramischen Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte, die auf ihrer Unterseite eine elektrische Isolationsschicht mit mehreren Heizelementen zur direkten Beheizung der Glaskeramikplatte trägt, wobei die Isolationsschicht in Isolationssegmente unterteilt ist, die individuelle Heizelemente tragen, wobei die Isolationssegmente als Kreisbogenabschnitte ausgebildet sind und kreisbogenförmige Heizelemente tragen und wobei die Isolationselemente zumindest teilweise über Isolationsbrücken für Verbindungsleiterbahnen zwischen den kreisbogenförmigen Heizelementen untereinander verbunden sind.

Die Unterteilung der Isolationsschicht in die kreisbogenförmigen Isolationssegmente stellt sicher, dass sich in ihnen keine hohen mechanischen Spannungen ausbilden können, die beim Aufheizen zu einem teilweisen Lösen von der Unterseite der Glaskeramikplatte führen können. Dies bedingt, dass ohne Gefahr von auftretenden Fehlern als Dickschichten aufbringbare Materialien hohe Isolationswirkung, jedoch guter Wärmeübertragung verwendet werden können.

Der entscheidende Vorteil wird jedoch durch die Verbindung der Heizelemente erbracht. Die mögliche Reihenschaltung über die Verbindungs-Leiterbahnen lässt immer noch eine individuelle Ansteuerung bei der Beheizung zu, so dass bestimmte Bereiche der Glasplatte stärker oder schwächer beheizt werden können. Dies ist besonders wichtig bei unebenem Topfboden und für die gezielte Beheizung des äußeren Bodenrandes eines Topfes.

Die Verbindungs-Leiterbahnen auf den Isolationsbrücken lassen zudem verschiedene, gewünschte Verschaltungen der Heizelemente auf den kreisbogenabschnittförmigen Isolationssegmenten zu.

Für die Steuerung der Heizelemente ist vorgesehen, dass den isolationsschichtfreien Stellen der Unterseite der Glaskeramikplatte Sensorbahnen zur Temperaturmessung aufgebracht sind.

Die individuellen Heizelemente können dann in Abhängigkeit von den erfassten Temperaturen der zugeordneten Bereiche der Glaskeramikplatte beheizt werden.

Eine besonders günstige Unterteilung kann so vorgenommen sein, dass die Unterteilung der Isolationsschicht in ein zentrisches, annähernd scheibenförmiges Isolationssegment mit sektorförmiger Aussparung für Anschlussleitungen und mehrere das scheibenförmige Isolationssegment umschließende kreisbogenabschnittförmige Isolationssegmente vorgenommen ist.

In bestimmten Fällen kann eine zentrisch in der Kochzone vorgenommene Temperaturmessung von Vorteil sein. Dazu wird die Ausgestaltung so vorgenom men, dass das scheibenförmige Isolationssegment im Zentrum eine Ausnehmung zum Aufbringen einer Sensorbahn aufweist.

Für die Verbindung der segmentindividuell aufgebrachten Heizelemente kann nach einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die segmentindividuellen Heizelemente als elektrisch leitende Dickschicht-Leiterbahnen aufgebracht und über als Dickschicht-Leiterbahnen ausgebildete Verbindungs-Leiterbahnen in der gewünschten Weise elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

Es bleibt zu erwähnen, dass die Heizelemente nicht nur als Dickschicht-Heizleiter sondern auch als vollflächige Heizfolien ausgebildet sein können, die an die Größe und Form der Isolationssegmente angepasst sind.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht auf die mit einer unterteilten Isolationsschicht versehene Unterseite eines Glaskeramikplatten-Ausschnittes und
2 den Glaskeramikplatten-Ausschnitt nach 1, wobei die Isolationssegmente aus Dickschicht-Leiterbahnen bestehende segmentindividuelle Heizelemente tragen.
Wie 1 zeigt, ist jeder auf der Glaskeramikplatte 10 vorgesehenen und auf deren Oberseite gekennzeichneten Kochzone auf der Unterseite 11 eine unterteilte Isolationsschicht deckungsgleich zugeordnet. Im gezeigten Ausführungs beispiel sieht die Unterteilung ein zentrisches, annähernd scheibenförmiges Isolationssegment 12 vor, das einen von einer zentrischen Ausnehmung 18 ( 2) ausgehenden freien radialen Sektor 15 aufweist. Um dieses zentrische Isolationssegment 12 sind vier kreisbogentförmige Isolationssegmente 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 verteilt angeordnet, wobei zwischen den Isolationssegmenten 13.2 und 13.3 wieder ein Sektor 16 freibleibt. Dieser Sektor 16 verlängert den Sektor 15 und bietet Zugang für den elektrischen Anschluss der Heizelemente. Die Isolationssegmente 13.1 und 13.2 sind über eine Isolationsbrücke 14.1 miteinander verbunden. Die Isolationsbrücke 14.2 verbindet die Isolationssegmente 13.3 und 13.4, während die Isolationsbrücke 14.3 die Isolationssegmente 13.4 und 13.1 miteinander verbindet.
Die isolationsschichtfreien Bereiche zwischen den Isolationssegmenten 12, 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 können zur Temperaturmessung Sensorbahnen 40, 41 und 42 tragen, mit denen teilzonenindividuelle Temperaturen erfasst werden können, um die Heizelemente teilzonenindividuell schalten und regeln zu können.
Auf die Isolationssegmente 12, 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 sind segmentindividuelle Heizelemente 20, 30.1, 30.2, 30.3 und 30.4 aufgebracht, wie 2 zeigt. Dabei sind diese Heizelemente durch konzentrisch zueinander angeordnete, kreisbogenförmige und mäanderförmig hintereinander geschaltete Dickschicht-Leiterbahnen 25 bzw. 35 gebildet.
Die Anschlussleitungen 21 und 22 werden bei der Bestromung des auf dem zentrischen Isolationssegment 20 aufgebrachten Heizelements 20 angesteuert.
Die Heizelemente 30.1, 30.2, 30.3 und 30.4 auf den Isolationssegmenten 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 sind in Reihe (hintereinander) geschaltet, wobei die Verbindungs-Dickschicht-Leiterbahnen 33.1, 33.2 und 33.3 auf den Isolationsbrücken 14.1, 14.2 und 14.3 die Reihenschaltung vervollständigen.
Die in Reihe geschalteten Heizelemente 30.1, 30.2, 30.3 und 30.4 werden über Anschlussleitungen 31 und 32 angesteuert und bestromt.
Es ist leicht einzusehen, dass die Isolationssegmente 12, 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 auf diese Weise klein gehalten werden können, wodurch beim Aufheizen wesentlich kleinere, mechanische Spannungen auftreten, wie bei einer geschlossenen, die gesamte Kochzone abdeckenden Isolationsschicht. Es können daher Materialen für die Isolationssegmente verwendet werden, die einen höheren Ausdehnungskoeffizienten, jedoch höhere Isolationswirkung und als dünnere Schicht günstigere Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen.

Claims

Keramisches Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte (10), die auf ihrer Unterseite (11) eine elektrische Isolationsschicht mit mehreren Heizelementen (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) zur direkten Beheizung der Glaskeramikplatte (10) trägt, wobei die Isolationsschicht in Isolationssegmente (13.1, 13.2, 13.3, 13.4) unterteilt ist, die individuelle Heizelemente (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) tragen, wobei die Isolationssegmente (13.1, 13.2, 13.3, 13.4) als Kreisbogenabschnitte ausgebildet sind und kreisbogenförmige Heizelemente (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) tragen und wobei die Isolationselemente (13.1, 13.2, 13.3, 13.4) zumindest teilweise über Isolationsbrücken (14.1, 14.2, 14.3) für Verbindungsleiterbahnen (33.1, 33.2, 33.3) zwischen den kreisbogenförmigen Heizelementen (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) untereinander verbunden sind.
Kochsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den isolationsschichtfreien Stellen der Unterseite (11) der Glaskeramikplatte (10) Sensorbahnen (40, 41, 42, 43) zur Temperaturmessung aufgebracht sind.
Kochsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilung der Isolationsschicht in ein zentrales, annähernd scheibenförmiges Isolationssegment (12) mit sektorförmigen Aussparungen (15, 16) für Anschlussleitungen und mehrere, das scheibenförmige Isolationssegment (12) umschließende kreisbogenabschnittsförmige Isolationssegmente (13.1, 13.2, 13.3, 13.4) vorgenommen ist.
Kochsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Isolationssegment (12) im Zentrum eine Ausnehmung (18) zum Anbringen einer Sensorbahn (40) aufweist.
Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationssegmente (12, 13.1, 13.2, 13.3, 13.4) als Dickschicht mit einer Dicke von 100 bis 400 μm aus AL₂O₃, SiO₂ oder Mullit, Cordierit, ZroO₂ aufgebracht sind.
Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die segmentindividuellen Heizelemente (20, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) als elektrisch leitende Dickschicht-Leiterbahnen (25, 35) aufgebracht und über als Dickschicht-Leiterbahnen ausgebildete Verbindungs-Leiterbahnen (33.1, 33.2, 33.3) in der gewünschten Weise elektrisch leitend miteinander verbunden sind.