DE10110793A1

DE10110793A1 - Keramisches Kochsystem mit Glaskeramikplatte, Isolationsschicht und Heizelementen

Info

Publication number: DE10110793A1
Application number: DE10110793A
Authority: DE
Inventors: Karsten Wermbter; Holger Koebrich
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2002-10-02
Also published as: ATE285164T1; EP1368993A1; WO2002078398A1; DE50201781D1; CA2439602A1; ES2233810T3; EP1368993B1; CN1493172A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein keramisches Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte, die auf ihrer Unterseite eine Isolationsschicht mit Heizelementen zur direkten Beheizung der Glaskeramikplatte trägt. Zur Verbesserung der Haftung zwischen Glaskeramikplatte und Isolationsschicht wird vorgesehen, dass zum besseren Verbund zwischen der Glaskeramikplatte und der Isolationsschicht die Unterseite der Glaskeramikplatte eine Feinstruktur mit Strukturelementen aufweist, die eine Länge zwischen 10 und 250 mum und eine Höhe zwischen 1 und 100 mum besitzen und zumindest teilweise Hinterschnitte zur Verzahnung mit der Isolationsschicht bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein keramisches Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte, die auf ihrer Unterseite eine Isolationsschicht mit Heizelementen zur direkten Be heizung der Glaskeramikplatte trägt.

Diese keramischen Kochsystem mit einer direkten Beheizung der Glaskeramik platte zeichnen sich durch hohe Ankochleistung aus und haben gegenüber der Beheizung mittels Strahlungsheizkörper bezüglich Effizienz und Designmöglich keiten Vorteile.

Keramische Kochsysteme bestehen aus einer ebenen Glaskeramikplatte, auf dessen Oberseite sich das zu beheizende Kochgefäß abgestellt wird. Die Glas keramikplatten umfassen oxidische und nicht oxidische Keramiken, wie der WO 00/15005, 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 hohen elektrischem Isolationswert, vor allem Stoffsysteme AL₂O₃-SiO₂-MgO mit Werkstoffen wie Korrund, Mullit, Periklas, Spinell und Cordierit sowie ZrO₂

Auf der Isolationsschicht werden die Heizelemente aufgebracht. Als Heiz elemente können dünne Schichten vollflächig durch Sputtern oder im CVD-Ver fahren vorgesehen werden, wobei insbesondere SnO₂ verwendet wird, wie die WO 00/18189 zeigt.

Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Aufbringen von Dickschicht-Leiter bahnen aus Silber-Palladium-Legierungen im Siebdruckverfahren, wie aus der EP 0 861 014 A1 und der EP 0 069 218 A1 zu entnehmen ist.

Bei derartigen keramischen Kochsystemen bereitet die Aufbringung der Isola tionsschicht auf der 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 nur ein keramisches Kochsystem aus AL₂O₃, ZrO₂, MgO 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 Isolationsschicht, die zu einem teilweisen Lösen der Haftung an der Glas keramikplatte führen können.

Werden für die Isolationsschicht besser an der Glaskeramikplatte haftende und einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten aufweisende Materialien, wie Mullit, SiO₂ oder Cordierit, verwendet, dem muss aus Isolationsgründen eine dickere Schicht aufgetragen werden, die dann zudem zu höherem Wärmeüber tragungsverlust und Festigkeitseinbußen führt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein keramisches Kochsystem der eingangs er wähnten Art zu schaffen, bei dem eine als Dickschicht ausgebildete Isolation verwendet werden kann, ohne ein teilweises Lösen derselben von der Unter seite der Glaskeramikplatte befürchten und hohen Wärmeübergangsverlust in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass zum besseren Ver bund zwischen der Glaskeramikplatte und der Isolationsschicht die Unterseite der Glaskeramikplatte eine Feinstruktur mit Strukturelementen aufweist, die eine Länge zwischen 10 und 250 µm und eine Höhe zwischen 1 und 100 µm besitzen und zumindest teilweise Hinterschnitte zur Verzahnung mit der Isolationsschicht bilden.

Durch die Feinstruktur auf der Unterseite der Glaskeramikplatte und die Ausbil dung der Strukturelemente wird trotz Vergrößerung der Verbindungsfläche zwi schen der Glaskeramikplatte und der Isolationsschicht aufgrund der durch die Strukturelemente erreichten Verzahnung die Haftung auch beim Aufheizen und den dabei auftretenden mechanischen Spannungen wesentlich verbessert, so dass das Auftreten von Luftbrücken durch teilweises Lösen der Isolations schicht sicher vermieden ist.

Nach einer Weiterbildung kann dabei vorgesehen sein, dass die Feinstruktur einer rasterförmigen Noppen-Struktur überlagert ist, die aus Gründen besserer Formstabilität der Glaskeramikplatte gewählt wird.

Die Verbesserung der Haftung lässt sich dabei sowohl dadurch erreichen, dass die Strukturelemente der Feinstruktur einstückig mit der Glaskeramikplatte aus gebildet ist, als auch dadurch, dass die Feinstruktur durch getrennte, auf die Glaskeramikplatte aufgebrachte Strukturelement gebildet ist. Dabei ist im letzteren Fall vorgesehen, dass die Strukturelemente aus keramischem Pulver, wie AL₂O₃, SiO₂, MgO, Spinell, bestehen, das optional mit metalloxidischen Zusätzen, wie TiO₂ und Alkalien, wie Na, versetzt ist, sowie dass die Strukturelemente spharoidisch, kantige und unregelmäßige Formen aufweisen.

Gute Ergebnisse werden mit einer Ausgestaltung dadurch erreicht, dass die Länge der Strukturelemente vorzugsweise zwischen 40 und 100 µm und die Höhe zwischen 20 und 60 µm gewählt ist.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung im Schnitt dargestellten Aus führungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Kochsystem, bei dem die Glaskeramikplatte auf der Unterseite eine einstückige Feinstruktur aufweist,

Fig. 2 ein Kochsystem, bei dem die Feinstruktur auf der Unterseite der Glaskeramikplatte durch aufgebrachte Strukturelemente gebildet ist, und

Fig. 3 ein Kochsystem, bei dem die Feinstruktur einer Noppen-Struktur auf der Unterseite der Glaskeramikplatte überlagert ist.

Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Teilabschnitt eines keramischen Koch systems, der in den Abmessungen nicht den tatsächlichen Gegebenheiten entspricht sondern nur zur Erläuterung der Erfindung dient.

Die Glaskeramikplatte 10 hat nach wie vor eine ebene Oberseite zum Aufstellen des Kochgefäßes. Die Unterseite 11 ist jedoch mit einer Feinstruktur 12 ver sehen, die durch Strukturelemente 13 gebildet sind, die durch Erhöhungen und/oder Vertiefungen der Oberflächenebene erzeugt werden. Diese Struktur elemente 13 weisen parallel zur Oberseite der Glaskeramiklatte 10 eine Länge L und senkrecht dazu eine Höhe H auf. Dabei gilt die Länge L in allen Richtungen und die Höhe H sowohl für Vertiefungen als auch für Erhöhungen. Die Struktur elemente 13 haben unterschiedliche Formen und bilden zumindest teilweise Hin terschnitte, damit sich die aufgebrachte Isolationsschicht 20 mit der Fein struktur 12 und damit der Glaskeramikplatte 10 verzahnen kann. Die der Glas keramikplatte 10 abgekehrte Unterseite der Isolationsschicht 20 trägt das oder die Heizelemente, welche durch aufgebrachte Dickschicht-Leiterbahnen 30 ge bildet sind.

Wie am Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 gezeigt ist, kann die Feinstruktur 12 auch durch getrennte Strukturelemente 13 gebildet werden, die auf der ebenen Unterseite 11 der Glaskeramikplatte 10 aufgebracht sind. Auch hier werden un regelmäßige Formen für die Strukturelemente 13 verwendet, die eine teilweise Verzahnung zwischen Isolationsschicht 20 und Feinstruktur 12 und damit Glas keramikplatte 10 zulassen.

Wie anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 gezeigt ist, kann die Fein struktur 12 auch einer mit einer rasterförmigen Noppen-Struktur 15 versehenen Unterseite 11 einer Glaskeramikplatte 10 überlagert werden. Dabei sind im ge zeigten Ausführungsbeispiel getrennte Strukturelemente 13 verwendet. Die Noppen-Struktur 15 ist einstückig mit der Glaskeramikplatte 10 hergestellt.

Für die Länge L haben sich Abmessungen zwischen 10 und 250 µm und für die Höhe H zwischen 10 und 100 µm als geeignet erwiesen, vorzugsweise werden Längen L zwischen 40 und 100 µm und Höhen H zwischen 20 und 60 µm ge wählt.

Die Formen der Strukturelemente 13 können beliebig sein und sphäroidisch, kantig und unregelmäßig sein.

Werden getrennte Sturkturelemente 13 auf die Unterseite 11 der Glaskeramik platte 10 aufgebracht, dann werden keramische Pulver, wie AL₂O₃, SiO₂, MgO und Spinell bevorzugt, die mit metalloxidischen Zusätzen, wie TiO₂ und Alkalien, wie Na, versetzt sind.

Claims

1. Keramisches Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte, die auf ihrer Unterseite eine Isolationsschicht mit Heizelementen zur direkten Beheizung der Glaskeramikplatte trägt, dadurch gekennzeichnet, dass zum besseren Verbund zwischen der Glaskeramikplatte (10) und der Isolationsschicht (20) die Unterseite (11) der Glaskeramikplatte (10) eine Feinstruktur (12) mit Strukturelementen (13) aufweist, die eine Länge (L) zwischen 10 und 250 µm und eine Höhe (H) zwischen 1 und 100 µm be sitzen und zumindest teilweise Hinterschnitte zur Verzahnung mit der Isolationsschicht (20) bilden.

2. Kochsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstruktur (12) einer rasterförmigen Noppen-Struktur (15) überlagert ist.

3. Kochsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (13) der Feinstruktur (12) einstückig mit der Glaskeramikplatte (10) ausgebildet ist.

4. Kochsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstruktur (12) durch getrennte, auf die Glaskeramikplatte (10) aufgebrachte Strukturelement (13) gebildet ist.

5. Kochsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (13) aus keramischem Pulver, wie AL₂O₃, SiO₂, MgO, Spinell, bestehen.

6. Kochsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Pulver mit metalloxidischen Zusätzen, wie TiO₂ und Alkalien, wie Na, versetzt ist.

7. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (13) sphäroidische, kantige und unregelmäßige Formen aufweisen.

8. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der Strukturelemente (13) vorzugsweise zwischen 40 und 100 µm und die Höhe (H) zwischen 20 und 60 µm gewählt ist.