DE102005056501A1

DE102005056501A1 - Flaches Induktionskochsystem

Info

Publication number: DE102005056501A1
Application number: DE200510056501
Authority: DE
Inventors: Harry Engelmann; Karsten Dr. Wermbter
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-05-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Induktionskochfeld mit mindestens einer unterhalb einer Kochflächenplatte (10) angeordneten Induktorspule (12). Das Induktionskochfeld weist weiterhin eine zwischen der Kochflächenplatte (10) und dem Induktor angeordnete elektrische Isolation auf. Die elektrische Isolation ist direkt an der Unterseite der Kochflächenplatte (10) und fest mit dieser verbunden als eine Isolationsschicht (14) aufgebracht. An der Unterseite der elektrischen Isolationsschicht (14) ist die Induktorspule (12) in direktem Kontakt zur Isolationsschicht (14) angeordnet. DOLLAR A Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Kochflächenplatte (20) elektrisch nicht leitend ausgebildet und bildet eine elektrische Isolation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Induktionskochfeld mit mindestens einer unterhalb einer Kochflächenplatte angeordneten Induktorspule.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein derartiges Induktionskochfeld mit einer zwischen der Kochflächenplatte und der Induktorspule angeordneten elektrischen Isolation.

Derartige Induktionskochfelder für Haushaltszwecke sind beispielsweise aus der DE 42 24 405 A1 und der DE 196 04 436 A1 bekannt. Diese und weitere bekannte Induktionskochfelder sind aus einer Vielzahl von einzelnen Komponenten aufgebaut, was eine aufwendige Montage bedingt und die Kochfelder teuer macht. Zudem ergibt sich ein recht dicker Gesamtaufbau, so dass die Einbaubarkeit der bekannten Induktionskochfelder in übliche Herdanordnungen eingeschränkt ist. So bestehen die übli cherweise verwendeten Induktorspulen aus gewickelten Kupferlitzen. Die Herstellung derartiger Spulen ist sehr aufwendig. Zudem weist insbesondere die an den Kupferlitzen aufgebrachte Lackisolation eine ungenügende Temperaturbeständigkeit auf, so dass diese beispielsweise durch Rückerwärmung durch den Kochtopf sowie durch Eigenerwärmung beschädigt werden kann. Eine aufwendige Temperaturüberwachung ist deshalb notwendig.

Das Design herkömmlicher Induktionskochfelder ist sehr stark durch die Formgebung der bekannten Induktorspulen eingeschränkt. Üblicherweise sind die Induktorgeometrien auf Topfbodenflächen standardisiert.

Weiterhin sind bei den bekannten Induktionskochfeldern aufgrund der Bauart die Induktionsspulen von der Kochflächenplatte relativ weit beabstandet, was sich negativ auf die Effizienz der Energieübertragung von der Induktorspule zum Kochtopf auswirkt. Diese Beabstandung zwischen der Induktorspule und der Kochfläche ist bei den bekannten Induktionskochfeldern jedoch notwendig, da die Isolationseigenschaften der verwendeten Glas- und Glaskeramik-Kochfläche ungenügend ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Induktionskochfeld anzugeben, das einen besonders einfachen, kostengünstig herzustellenden und platzsparenden Aufbau aufweist. Die Effizienz der Energieübertragung von der Induktorspule zum Kochtopf soll bei dem erfindungsgemäßen Induktionskochfeld verbessert und unterschiedliche Kochzonengeometrien realisierbar sein.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch das Induktionskochfeld gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei einem Induktionskochfeld mit einer zwischen der Kochflächenplatte und der Induktorspule angeordneten elektrischen Isolation ist die Isolation direkt an der Unterseite der Kochflächenplatte und fest mit dieser verbunden als eine Isolationsschicht aufgebracht, wobei wiederum an der Unterseite der elektrischen Isolationsschicht die Induktorspule in direktem Kontakt zur Isolationsschicht angeordnet ist.

Bei einem derartigen Aufbau kann die Isolationsschicht in mehreren Kochzonen gleichzeitig, d.h. in einem Beschichtungsprozess, hergestellt werden. Aufgrund der Isolationsschicht kann der Sicherheitsabstand, der bei den erreichten Betriebstemperaturen für elektrisch leitfähige Kochflächenplatten zwischen der Induktorspule als spannungsführendem Bauteil und der Kochflächenplatte vorgeschrieben ist, reduziert werden bzw. kann die Induktorspule direkt an der Isolationsschicht angeordnet werden. Dies ermöglicht, dass sich auch der Abstand zwischen der Induktorspule und dem auf die Kochflächenplatte aufgesetzten Kochtopf sehr gering halten lässt. Hierdurch ist ein verbesserter Wirkungsgrad der Energieübertragung von der Indutorspule zum Kochtopf gewährleistet. Aufgrund des insgesamt flachen Aufbaus kann die Gesamtdicke des Kochfeldsystems gering gehalten werden.

Ein kostengünstiger Aufbau wird dadurch erreicht, dass in einer alternativen Gestaltung die an der Unterseite der Kochflächenplatte aufgebrachte Isolationsschicht weggelassen wird. Jedoch muss bei einem derartigen Induktionskochfeld die Kochflächenplatte elektrisch nicht leitend ausgebildet sein und selbst die elektrische Isolation bilden. Die Induktorspule kann dann direkt an der Unterseite der Kochflächenplatte aufgebracht sein.

Eine elektrisch nicht leitende Kochflächenplatte lässt sich aus Cordierit, Porzellan, SiN oder dergleichen nicht leitfähigen Keramiken oder aus Kunststoffen herstellen.

Um die Induktorspulen auch von unten her elektrisch zu isolieren und somit einen Kurzschluss mit anderen Bauteilen zu vermeiden, kann an der Unterseite der Induktorspule noch eine weitere elektrische Isolationsschicht aufgebracht sein. Auch diese Schicht kann in mehreren Kochzonen gleichzeitig hergestellt werden.

An der Unterseite der weiteren elektrischen Isolationsschicht lässt sich dann eine magnetische Rückschlussanordnung aufbringen, die durch eine aufgebrachte ferritische Beschichtung oder durch Kleben, Klemmen oder Andrücken aufgebrachte Ferritstäbe gebildet sein kann. Hierdurch wird ein Gesamtsystem mit allen zu einem Induktor gehörenden Bauelementen gebildet. Die zu verwendenden Ferritstäbe sind handelsübliche Bauteile. Die Vorteile der ferritische Beschichtung liegen zum einen in der kostengünstig Herstellung der Ferritschicht, zum anderern ist eine derartige Beschichtung sehr dünn und deshalb platzsparend und lässt sich in nur einem Arbeitsschritt für alle Kochzonen herstellen. Für die Ferritschicht kann beispielsweise Fe₃O₄ verwendet werden, das mit weiteren Metall-Oxiden, beispielsweise aus B, Ba, Sr, Mo, Ni, Zn oder Mn, dotiert ist.

In besonders vorteilhafter Weise kann die elektrische Isolationsschicht aus einem elektrisch nicht leitenden Keramikmaterial bestehen, das auch eine hohe Temperturbeständigkeit aufweist. Dabei können als Isolationsmaterial Al₂O₃, SiO₂, Mullit, Cordierit oder ein anderer Stoff aus dem ternären System Al₂O₃-SiO₂-MgO ausgewählt werden. Alternativ kann die elektrische Isolation aus AlN bestehen. Zusätzlich kann das Isolationsmaterial noch Zusätze von ZrO₂, TiO₂, AlN und/oder MgO enthalten.

Die elektrische Isolationsschicht kann durch fertigungstechnisch gut handhabbares Plasmaspritzen, Kaltgasspritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder dergleichen thermische Spritzverfahren aufgebracht sein. Dabei können Isolationsschichten ausgebildet werden, die eine Porosität zwischen 2% und 15%, vorzugsweise zwischen 5 und 10%, und eine Schichtdicke zwischen 150 und 300 μm, vorzugsweise zwischen 190 und 220 μm aufweisen.

In einem alternativen Herstellungsverfahren kann die elektrische Isolationsschicht durch Siebdruck-, Rollcoater- oder dergleichen Druckverfahren aufgebracht sein. Derartige Druckverfahren sind besonders einfach durchzuführen.

Weiterhin alternativ kann die elektrische Isolationsschicht durch Sprühverfahren aufgebracht sein, wobei insbesondere Schlicker oder nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellte Ausgangsmaterialien zur Darstellung der Schichten verwendet werden.

Sowohl die durch ein Sprühverfahren als auch die durch ein Druckverfahren hergestellte elektrische Isolation kann dabei eine offene Porosität zwischen 5 und 60%, vorzugsweise zwischen 20 und 30% aufweisen, wobei die Schichtdicke zwischen 300 und 700 μm, vorzugsweise zwischen 400 und 500 μm liegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Induktorspule fest mit der an der Unterseite der Kochflächenplatte aufgebrachten elektrischen Isolation bzw. mit der elektrisch nicht leitenden Kochflächenplatte verbunden sein. Dabei lässt sich in besonders bevorzugter Weise die Induktorspule als eine an der Unterseite der elektrischen Isolation bzw. an der Unterseite der elektrisch nicht leitenden Kochflächenplatte aufgebrachte Beschichtung ausbilden.

Mit diesen Maßnahmen ist ein sehr flacher Aufbau der Anordnung realisierbar, wobei keine Vielzahl separater Komponenten verbaut werden muss. Die Aufbringung der Induktorspule als eine Beschichtung ermöglicht es, dass das Design bzw. die Konturen der Induktorspule frei wählbar in Abhängigkeit von dem Topfdurchmesser oder der Topfform gestaltbar sind. Zudem lässt sich die jeweils beste Energieübertragung beispielsweise durch Variation des Abstandes der Windungen der Induktorspule erreichen. Zudem ist es auch möglich, die Spulenmatrix unter der gesamten Kochfläche derart zu gestalten, dass der Kochort auf der Oberseite der Kochfläche frei wählbar und nicht an definierte Kochzonen gebunden ist. Die Induktorspulen der gesamten Induktoranordnung lassen sich durch das Beschichtungsverfahren in nur einem Arbeitsschritt ausbilden, wodurch eine kostengünstige Herstellung erreicht wird.

Die Induktorspule kann in vorteilhafter Weise aus Cu, Al oder dergleichen elektrisch gut leitfähigen Material bestehen. Dabei kann die Induktorspule bevorzugter Maßen durch Kaltgasspritzen oder durch einfach zu handhabende thermische Spritzverfahren, wie Plasmaspritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder dergleichen an der Unterseite der elektrischen Isolation bzw. an der Unterseite der elektrisch nicht leitenden Kochflächenplatte aufgebracht sein. Die Porosität der Induktorspule kann dabei zwischen 0 und 5%, vorzugsweise kleiner 1% sein.

In einem alternativen, sehr einfach durchzuführenden Herstellungsverfahren, lassen sich die Induktorspulen durch Siebdruck-, Rollcoater- oder dergleichen Druckverfahren aufbringen. Weiterhin alternativ können die Induktorspulen durch lithographische Verfahren an der Unterseite der elektrischen Isolation bzw. an der Unterseite der elektrisch nicht leitenden Kochflächenplatte aufgebracht oder in einem galvanischen Verfahren hergestellt sein. Bei all diesen Herstellungsverfahren lassen sich Schichtdicken für eine Induktorspule zwischen 0,1 und 2,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,4 und 1,5 mm erreichen. Die Induktorspule kann dabei in einfacher Ausgestaltung als einlagige flächige Spule ausgebildet sein.

Die Induktorspule lässt sich auf einfache Weise dadurch mit einer Leistungselektronik verbinden, dass Kontakte durch Schweißen, Bonden, Löten oder Andrücken oder durch leitfähiges Kleben kontaktiert werden. Eine ausreichend hohe Stabilität der Kontaktierung kann hierdurch gewährleistet werden.

Grundsätzlich ist es möglich, die Anzahl der Induktorspulen gleich der Anzahl der auf der Kochflächenplatte definierten Kochzonen zu wählen, wobei die Flächenmaße und Positionen der verwendeten Induktorspulen auf die Flächenmaßen und Positionen der Kochzonen abgestimmt sind. Dabei kann insbesondere auch die Außenkontur der jeweiligen Induktorspule an die Kontur der Kochzone angepasst sein.

Einen besonders guten Energieeintrag und eine genaue Einstellbarkeit der Kochtemperatur lässt sich dadurch erreichen, dass die Anzahl der Induktorspulen größer als die Anzahl der Kochzonen ist, wobei die Fläche der Induktorspulen kleiner ist als die Fläche der Kochzonen und jede Kochzone durch mehrere Induktorspulen beheizt wird.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist es darüber hinaus auch möglich, dass an der Unterseite der Kochflächenplatte eine Vielzahl von Induktorspulen angeordnet ist, so dass an der Oberseite der Kochflächenplatte die Position des Topfes für den Kochvorgang frei wählbar ist. Die Unterteilung der Kochfläche in einzelne Kochzonen kann damit entfallen.

Um eine besonders einfach Temperaturüberwachung an den Induktorspulen zu erreichen, können die Leiterbahnen jeder Induktorspule voneinander beabstandet sein, wobei in den Freiräumen mindestens ein Temperatursensor angeordnet ist. Es lassen sich über die Kochzone oder auch die gesamte Kochfläche verteilt eine Vielzahl derartiger Temperatursensoren anordnen, um die Temperaturverteilung ermitteln zu können und gegebenenfalls der Regelung der Leistungselektronik zuzuführen.

Einen besonders einfache Anordnung, die sich auch bei herkömmlichen Haushaltsherden einsetzen lässt, wird dadurch gebildet, dass jede Induktorspule als separates Bauteil ausgebildet und an der Unterseite der Isolationsschicht bzw. an der Unterseite der elektrisch nicht leitenden Kochflächenplatte mittels Keramikkleber, Silikon oder dergleichen temperaturbeständigen Kleber aufgeklebt werden kann.

Um die Induktorspule insbesondere bei hohen Einsatztemperaturen vor Oxidation zu schützen, kann direkt auf dem Spulenmaterial bzw. den Leiterbahnen der Induktorspule eine leitfähige Korrosionsschutzschicht aufgebracht sein, die beispielsweise aus Chrom, Nickel, Aluminium oder dergleichen leitenden Material galvanisch abgeschieden sein kann. Diese leitenden Materialien dürfen jedoch nicht in den Leiterbahn-Zwischenräumen eingebracht werden.

Alternativ kann auch eine nicht leitfähige Korrosionsschutzschicht auf der Induktorspule flächig aufgebracht sein. Diese Korrosionsschutzschicht kann beispielsweise aus einem Email, einem Glas, einem anorganischen Lack oder Siegellack beispielsweise auf Wasser-Basis mit oxidkeramischen Komponenten oder silanbasierende Siegler, Silikon oder einem temperaturbeständigen Kunststoff bestehen. Auch kann SiO₂ im CVD-Verfahren als Korrosionsschicht aufgedampft werden.

In vorteilhafter Weise kann die Korrosionsschutzschicht durch die an der Unterseite der Induktorspule aufgebrachte weitere elektrische Isolation gebildet sein. Bei einfachem Aufbau wird somit nicht nur eine gute elektrische Isolation sondern gleichzeitig auch ein Korrosionsschutz für die Induktorspule gewährleistet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:
1 in schematischer Seitenansicht und im Schnitt den Schichtaufbau einer Ausführungsform eines Induktionskochfeldes mit einer Kochflächenplatte und einer darunter angebrachten Isolationsschicht, an deren Unterseite eine Induktorspule als weitere Schicht aufgebracht ist;
2 in schematischer Seitenansicht und im Schnitt den Schichtaufbau einer anderen Ausführungsform eines Induktionskochfeldes mit einer Kochflächenplatte und einer darunter angebrachten Isolationsschicht, an deren Unterseite eine Induktorspule als weitere Schicht aufgebracht ist, wobei unterhalb der Induktorspule noch eine weitere Isolationsschicht aufgebracht ist;
3 in schematischer Seitenansicht und im Schnitt den Schichtaufbau einer weiteren Ausführungsform eines Induktionskochfeldes mit einer Kochflächenplatte und einer darunter angebrachten Isolationsschicht, an deren Unterseite eine mit einer Leistungselektronik verbundene Induktorspule als weitere Schicht aufgebracht ist, wobei unterhalb der Induktorspule noch eine weitere Isolationsschicht aufgebracht ist, an deren Unterseite wiederum eine Ferritschicht aufgebracht ist; und
4 in schematischer Seitenansicht und im Schnitt den Schichtaufbau einer alternativen Ausführungsform eines Induktionskochfeldes mit einer nicht leitfähigen Kochflächenplatte, an deren Unterseite eine Induktorspule als eine Schicht aufgebracht ist, wobei unterhalb der Induktorspule eine Isolationsschicht aufgebracht ist, an deren Unterseite wiederum eine Ferritschicht aufgebracht ist.
1 zeigt in schematischer Seitenansicht und im Schnitt den „Sandwichaufbau" einer Ausführungsform einer Kochzone eines Induktionskochfeldes mit einer aus einer Glaskeramik hergestellten Kochflächenplatte 10 und einer darunter angebrachten Isolationsschicht 14. An der Unterseite der Isolationsschicht 14 ist eine Induktorspule 12 als weitere Schicht aufgebracht.
Die elektrische Isolation ist fest mit der Kochflächenplatte verbunden und als etwa 300 μm dicke Isolationsschicht 14 aus einem elektrisch nicht leitenden keramischen Material auf die Unterseite der Kochflächenplatte 10 im Bereich einer Kochzone aufgebracht. Die elektrische Isolationsschicht 14 lässt sich in unterschiedlichen Herstellungsverfahren aufbringen. So kann die Isolationsschicht 14 beispielsweise mittels Spritzen, mittels Drucktechnologie oder mittels Sprühen hergestellt werden.
Beim Spritzen können thermische Spritzverfahren wie Plasmaspritzen, Kaltgasspritzen oder Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen zu Einsatz kommen. Hierbei kann die Porosität der elektrischen Isolationsschicht 14 zwischen 2% und 15%, vorzugsweise 5 bis 10% liegen. Die Schichtdicke kann 150 bis 300 μm, vorzugsweise 190 bis 250 μm betragen.
Die Drucktechnologie bietet beispielsweise den Siebdruck oder das Rollcoater-Verfahren als geeignet an. Beim Sprühen werden vorzugsweise Schlicker oder nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellte Ausgangsmaterialien zur Darstellung der Schichten verwendet. Hierbei kann die Porosität der elektrischen Isolationsschicht 14 zwischen 5 bis 60% vorzugsweise zwischen 20 und 30% liegen. Die Schichtdicke kann 300 bis 700 μm, vorzugsweise 400 bis 500 μm betragen.
Die Temperaturbeständigkeit des Verbundes aus Kochfeldplatte 10 und Isolationsschicht 14 ist größer 300°C. Vorzugsweise lässt sich auch eine Temperaturbeständigkeit größer 400°C realisieren. Dazu werden als die Materialien für die Isolationsschicht 14 Stoffe aus dem ternären System Al₂O₃-SiO₂-MgO wie beispielsweise Al₂O₃, SiO₂, oder Mullit oder Cordierit ausgewählt. Alternativ kann auch AlN verwendet werden. Die genannten Materialien können auch Zusätze von ZrO₂, TiO₂, AlN und/oder MgO enthalten.
Die Induktorspule 12 ist fest mit der Isolationsschicht 14 verbunden und als aufgebrachte Beschichtung aus Kupfer ausgebildet. Alternativ kann die Induktorspule 12 auch aus Aluminium oder einem anderen elektrisch gut leitfähigen Material herstellt sein. Die Induktorspule 12 ist als einlagige, flächige Spule ausgebildet.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die Induktorspule 12 auch als separates Bauteil vorgefertigt sein und direkt an die Isolationsschicht 14 gedrückt und dort mittels temperaturbeständigem Keramikkleber oder Silikon fixiert werden.
Die Induktorspule 12 kann mittels Spritzen, mittels Drucktechnologie, durch lithographische Verfahren oder galvanisch hergestellt werden. Dabei weist die Induktorspule 12 eine geringe Porosität von 0 bis 5%, vorzugsweise kleiner 1% auf. Die Schichtdicke der Induktorsspule beträgt 0,1 bis 1,5 mm, vorzugsweise 0,4 bis 1 mm.
2 zeigt in schematischer Seitenansicht und im Schnitt den Schichtaufbau einer anderen Ausführungsform eines Induktionskochfeldes mit einer Kochflächenplatte 10 und einer darunter angebrachten Isolationsschicht 14, an deren Unterseite eine Induktorspule 12 als weitere Schicht aufgebracht ist. Unterhalb der Induktorspule 12 ist noch eine weitere Isolationsschicht 16 aufgebracht, die gleichzeitig als Schutzschicht gegen Korrosion der Induktorspule 12 dient.
Die weitere Isolationsschicht 16 kann grundsätzlich aus denselben Materialien wie die anhand der 1 bereits beschriebene Isolationsschicht 14 und durch dieselben Beschichtungsverfahren hergestellt sein.
Die Korrosionsschutz- und Isolationsschicht 16 kann jedoch beispielsweise auch aus Email, Glas, SiO₂, einem anorganischen Lack oder Siegellack, Silikon oder einem temperaturbeständigen Kunststoff bestehen.
Alternativ kann zum Schutz vor Oxidation direkt auf den Leiterbahnen der Induktorspule 12 eine leitfähige Korrosionsschutzschicht beispielsweise aus Cr, Ni, Al oder dergleichen leitenden Material aufgebracht sein. Herstellungstechnisch lässt sich dies beispielsweise durch galvanische Abscheidung realisieren. Dann dient die zusätzlich aufgebrachte Isolationsschicht 16 der elektrischen Isolation.
3 zeigt in schematischer Seitenansicht und im Schnitt den Schichtaufbau einer weiteren Ausführungsform eines Induktionskochfeldes mit einer Kochflächenplatte 10 und einer darunter angebrachten Isolationsschicht 14. An der Unterseite der Isolierungsschicht 14 ist eine mit einer Leistungselektronik 22 verbundene Induktorspule 12 als weitere Schicht aufgebracht ist, wobei unterhalb der Induktorspule noch eine weitere Isolationsschicht 16 aufgebracht ist, an deren Unterseite wiederum eine Ferritschicht als magnetischen Rückschluss aufgebracht ist. Für die Ferritschicht kann beispielsweise Fe₃O₄ verwendet werden, das weitere Metall-Oxide, beispielsweise aus B, Ba, Sr, Mo, Ni, Zn oder Mn enthält.
Die Kontaktierung der Induktorspule 12 zum Anschluss der Leistungselektronik 22 erfolgt durch Schweißen, Bonden, Löten oder andrücken von Kontakten. Alternativ kann die Kontaktierung auch durch leitfähiges Kleben erfolgen.
Die Spulenwicklungen bzw. die Leiterbahnen der Induktorspule 12 sind voneinander beabstandet. In den entstehenden Freiräumen sind Temperatursensoren angebracht, von denen in 3 nur ein Temperatursensor 24 gezeigt ist.
4 zeigt in schematischer Seitenansicht und im Schnitt den Schichtaufbau einer alternativen Ausführungsform eines Induktionskochfeldes, bei der die Kochflächenplatte 20 aus einer elektrisch nicht leitfähigen Keramik ausgebildet ist. Möglich ist hierbei beispielsweise auch die Verwendung von Cordierit, Porzellan, SiN, Naturstein, wie beispielsweise Granit, oder eines Kunststoffmaterials. An der Unterseite der Kochflächenplatte 20 ist eine Induktorspule 12 als eine Schicht aufgebracht. Die Induktorspule 12 kann bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ohne Applikation einer Isolationsschicht 14 direkt auf die Kochflächenunterseite entsprechend der vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 genannten Verfahren und Ausführung aufgebracht werden. Unterhalb der Induktorspule 12 ist eine Isolationsschicht 16 aufgebracht, an deren Unterseite wiederum eine Ferritschicht 18 aufgebracht ist.
Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Induktionskochfelds kann die Auslegung der Induktoranordnung in geeigneter Weise so erfolgen, dass die Anzahl der Induktorspulen gleich der Anzahl der auf der Kochflächenplatte 10, 20 definierten Kochzonen ist, wobei deren beider Flächen und Positionen übereinstimmen. Dabei ist der Außendurchmesser jeder Induktorspule 12 an den Durchmesser der Kochzone angepasst. Auch kann die Außenkontur der Induktorspule 12 an die Kontur einer runden oder langgezogenen Kochzone angepasst sein.
Weiterhin kann die Auslegung der Induktoranordnung in geeigneter Weise auch so erfolgen, dass die Anzahl der Induktorspulen 12 größer als die Anzahl der auf der Kochflächenplatte 10, 20 definierten Kochzonen ist, wobei die Fläche der Induktorspulen kleiner ist als die Fläche der Kochzonen und zur Beheizung einer Kochzone mehrere Induktorspulen herangezogen werden.
Auch kann die Anzahl und die Geometrie der Induktorspulen so gewählt werden, dass die gesamte Kochfläche unterseitig flächendeckend mit kleineren Induktorspulen-Einheiten versehen ist, so dass oberseitig die Position des Topfes für den Kochvorgang frei gewählt werden kann.

Claims

Induktionskochfeld mit mindestens einer unterhalb einer Kochflächenplatte (10) angeordneten Induktorspule (12) und mit einer zwischen der Kochflächenplatte (10) und der Induktorspule (12) angeordneten elektrischen Isolation, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolation direkt an der Unterseite der Kochflächenplatte (10) und fest mit dieser verbunden als eine Isolationsschicht (14) aufgebracht ist, und dass an der Unterseite der elektrischen Isolationsschicht (14) die Induktorspule (12) in direktem Kontakt zur Isolationsschicht (14) angeordnet ist.
Induktionskochfeld mit mindestens einer unterhalb einer Kochflächenplatte (20) angeordneten Induktorspule (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Kochflächenplatte (20) elektrisch nicht leitend ausgebildet ist und eine elektrische Isolation bildet, und dass an der Unterseite der Kochflächenplatte (10) die Induktorspule (12) direkt aufgebracht ist.
Induktionskochfeld nach Anspruch 2; dadurch gekennzeichnet, dass die Kochflächenplatte (10, 20) aus Cordierit, Porzellan, SiN oder dergleichen nicht leitfähigen Keramiken oder aus Kunststoffen oder aus Granit oder dergleichen Naturstein besteht.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 3; dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Induktorspule (12) eine weitere elektrische Isolation als eine weitere Isolationsschicht (16) aufgebracht ist.
Induktionskochfeld nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der weiteren elektrischen Isolationsschicht (16) eine magnetische Rückschlussanordnung (18) aufgebracht ist.
Induktionskochfeld nach Anspruch 5; dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Rückschlussanordnung (18) durch eine aufgebrachte ferritische Beschichtung oder durch Kleben, Klemmen oder Andrücken aufgebrachte Ferritstäbe gebildet ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 6; dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (14) bzw. die weitere elektrische Isolationsschicht (16) aus einem elektrisch nicht leitenden Keramikmaterial besteht.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 7; dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (14) bzw. die weitere elektrische Isolationsschicht (16) aus Al₂O₃, SiO₂, Mullit, Cordierit oder einem anderen Stoff aus dem ternären System Al₂O₃-SiO₂-MgO oder aus AlN besteht.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 8; dadurch gekennzeichnet, dass das Material der elektrischen Isolationsschicht (14) bzw. der weiteren elektrischen Isolationsschicht (16) Zusätze von ZrO₂, TiO₂, AlN und/oder MgO enthält.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 9; dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (14) bzw. die weitere elektrische Isolationsschicht (16) durch Plasmaspritzen, Kaltgasspritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder dergleichen thermische Spritzverfahren aufgebracht ist.
Induktionskochfeld nach Anspruch 11; dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (14) bzw. die weitere elektrische Isolationsschicht (16) eine Porosität zwischen 2% und 15%, insbesondere zwischen 5 und 10% und eine Schichtdicke zwischen 150 und 300 μm, insbesondere zwischen 190 und 250 μm aufweist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 9; dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (14) bzw. die weitere elektrische Isolationsschicht (16) durch Siebdruck-, Rollcoater- oder dergleichen Druckverfahren aufgebracht ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 9; dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (14) bzw. die weitere elektrische Isolationsschicht (16) durch Sprühverfahren aufgebracht ist, wobei insbesondere Schlicker oder nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellte Ausgangsmaterialien zur Darstellung der Schichten verwendet werden.
Induktionskochfeld nach Anspruch 12 oder 13; dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolationsschicht (14) bzw. die weitere elektrische Isolationsschicht (16) eine offene Porosität zwischen 5 und 60%, insbesondere zwischen 20 und 30% aufweist und eine Schichtdicke zwischen 300 und 700 μm, insbesondere zwischen 400 und 500 μm aufweist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 14; dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorspule (12) fest mit der an der Unterseite der Kochflächenplatte (10) aufgebrachten elektrischen Isolationsschicht (14) bzw. mit der elektrisch nicht leitenden Kochflächenplatte (20) verbunden ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 15; dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorspule (12) als eine an der Unterseite der elektrischen Isolationsschicht (14) bzw. an der Unterseite der elektrisch nicht leitenden Kochflächenplatte (20) aufgebrachte Beschichtung ausgebildet ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 16; dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorspule (12) aus Cu, Al oder dergleichen elektrisch gut leitfähigen Material besteht.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 17; dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorspule (12) durch Plasmaspritzen, Kaltgasspritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder dergleichen thermische Spritzverfahren an der Unterseite der elektrischen Isolationsschicht (14) bzw. an der Unterseite der elektrisch nicht leitenden Kochflächenplatte (20) aufgebracht ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 18; dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorspule (12) eine Porosität zwischen 0 und 5%, insbesondere kleiner 1% aufweist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 19; dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorspule (12) durch Siebdruck-, Rollcoater- oder dergleichen Druckverfahren an der Unterseite der elektrischen Isolationsschicht (14) bzw. an der Unterseite der elektrisch nicht leitenden Kochflächenplatte (20) aufgebracht ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 19; dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorspule (12) durch lithographische Verfahren an der Unterseite der elektrischen Isolationsschicht (14) bzw. an der Unterseite der elektrisch nicht leitenden Kochflächenplatte (20) aufgebracht ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 19; dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorspule (12) in einem galvanischen Verfahren hergestellt ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 22; dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorspule (12) eine Schichtdicke zwischen 0,1 und 2,0 mm, insbesondere zwischen 0,4 und 1,5 mm aufweist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 23; dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorspule (12) als einlagige flächige Spule ausgebildet ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 24; dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorspule (12) zur Verbindung mit einer Leistungselektronik (22) durch Schweißen, Bonden, Löten oder Andrücken von Kontakten oder durch leitfähiges Kleben von Kontakten kontaktierbar ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 25; dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Induktorspulen (12) gleich der Anzahl der auf der Kochflächenplatte (10, 20) definierten Kochzonen ist, wobei die Flächenmaße und Positionen der verwendeten Induktorspulen (12) auf die Flächenmaße und Positionen der Kochzonen abgestimmt sind.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 26; dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur der jeweiligen Induktorspule (12) an die Kontur der Kochzone angepasst ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 27; dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Induktorspulen (12) größer als die Anzahl der Kochzonen ist, wobei die Fläche der Induktorspulen (12) kleiner ist als die Fläche der Kochzonen und jede Kochzone durch mehrere Induktorspulen (12) beheizt wird.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 28; dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Kochflächenplatte (10, 20) ein Vielzahl von Induktorspulen (12) angeordnet ist, so dass an der Oberseite der Kochflächenplatte (10, 20) die Position des Topfes für den Kochvorgang frei wählbar ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 29; dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen jeder Induktorspule (12) voneinander beabstandet sind, wobei in den Freiräumen mindestens ein Temperatursensor (24) angeordnet ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 30; dadurch gekennzeichnet, dass jede Induktorspule (12) als separates Bauteil ausgebildet und an der Unterseite der Isolation bzw. an der Unterseite der elektrisch nicht leitenden Kochflächenplatte (10, 20) mittels Keramikkleber, Silikon oder dergleichen temperaturbeständigen Kleber aufklebbar ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 31; dadurch gekennzeichnet, dass auf die Induktorspule (12) eine Korrosionsschutzschicht aufgebracht ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 32; dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht aus Cr, Ni, Al oder dergleichen leitenden Material direkt auf dem Spulenmaterial der Induktorspule (12) galvanisch abgeschieden ist.
Induktionskochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 32; dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht aus einem nicht leitenden Material, auf der Induktorspule (12) flächig aufgebracht ist.
Induktionskochfeld nach Anspruch 34; dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht aus Email, Glas, einem anorganischen Lack oder Siegellack, Silikon oder einem temperaturbeständigen Kunststoff besteht.
Induktionskochfeld nach Anspruch 34 oder 35; dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht durch die an der Unterseite der Induktorspule (12) aufgebrachte weitere elektrische Isolation (16) gebildet ist.