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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Kochfeld mit einer Glaskeramikplatte
als Kochfläche,
die mindestens eine Kochzone aufweist, die von unten mittels eines
Strahlungsheizkörpers
in Verbindung mit einem justierten Temperaturbegrenzer, der die
Oberseitentemperatur auf einen Maximalwert begrenzt, beheizt wird.
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Kochgeräte mit einer
Kochfläche
aus einer Glaskeramikplatte, sogenannte Kochfelder, sind seit vielen
Jahren in unterschiedlichen Ausführungsformen
im Markt. Diese Systeme gibt es als Einbaukochgeräte, als
Auftischkochgeräte
oder auch als freistehende eigenständige Herde. Sie weisen typischerweise
mehrere Kochzonen, auch Kochstellen genannt, auf.
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Als
Beheizungen für
diese Kochfelder werden überwiegend
elektrische Strahlungsheizkörper eingesetzt.
Die Energieübertragung
von der Heizquelle durch die Glaskeramik hindurch zum Topfboden
erfolgt durch Wärmestrahlung.
Der Widerstandsdraht des Strahlungsheizkörpers erwärmt sich bis zu einer Temperatur
von ca. 1300 K. Je nach Transmissionsgrad der Glaskeramikplatte
geht ein bestimmter Teil der emittierten Strahlung von der Heizwendel
direkt durch die Glaskeramik hindurch an den Topfboden oder bei
nicht aufgestelltem Topf in die Umgebung der Kochstelle. Der übrige Teil
der Strahlung wird in der Glaskeramik absorbiert und erwärmt die Glaskeramikplatte
im Bereich der Kochstelle entsprechend.
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Zu
einem geringen Prozentsatz werden auch sogenannte Halogenheizkörper eingesetzt.
Halogenheizkörper
arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie die konventionellen Strahlungsheizkörper, allerdings ist
in diesem Fall die Heizwendel in einem Quarzröhrchen mit Schutzgas umhüllt. Dieses
Schutzgas verhindert einen Kontakt der Heizwendel mit Sauerstoff. Dadurch
ist ein Betrieb der Heizwendel bis ca. 2400 K möglich.
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Die
unterschiedlichen Temperaturen der Heizwendel bei beiden Heizkörperarten
haben ein unterschiedliches Strahlungsspektrum zur Folge. Der Anteil
der Strahlung, die direkt durch die Glaskeramikplatte hindurch geht
und der Anteil, der zur Eigenerwärmung
der Kochstelle führt,
ist also in beiden Fällen
unterschiedlich. Bei gleicher Nennleistung des Heizkörpers geht
also ein unterschiedlicher Anteil der Energie als Primärstrahlung
direkt durch die Glaskeramikplatte hindurch bzw. wird von der Glaskeramik absorbiert
und als Sekundärstrahlung
an die Umgebung abgegeben.
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Weiterentwicklungen
von Kochgeräten
haben dazu geführt,
dass heute verschiedene Glaskeramiktypen mit unterschiedlichen Transmissionsverhalten
eingesetzt werden. Aufgrund erforderlicher Produktdifferenzierung
entsprechend der aus der Automobilbranche bekannten „Plattform-Technologie" setzen heute Kochgerätehersteller
bei ein und derselben Basiskonstruktion Kochflächen mit unterschiedlichen
Glaskeramiktypen ein. Der unterschiedliche Emissionsgrad der Strahlungsheizkörper und der
unterschiedliche Transmissionsgrad der verschiedenen Glaskeramiktypen
führt dazu,
dass unter Einhaltung der bestehenden Sicherheitsnormen und gewünschter
kürzester
Ankochzeiten die verschiedenen Strahlungsheizkörper individuell auf die verwendete
Glaskeramik einjustiert werden müssen.
Die Justage des Heizkörpers
erfolgt über
einen Temperaturbegrenzer, der die Oberseitentemperatur der Kochfläche auf
einen Maximalwert begrenzt. Diese Begrenzung ist erforderlich, um
die Glaskeramik-Kochfläche
vor Überhitzung
zu schützen
und zum anderen die Kochflächenumgebung,
insbesondere bei einer Einbauküche
die Rückwand
und die Seitenwände
einer Küchenzeile,
auf eine maximal erlaubte Temperaturüberhöhung zu begrenzen. Die Anforderungen
für die
Umgebungstemperaturen an der Rückwand
und den Seitenwänden
in einer Küchenzeile
sind dabei in einer Sicherheitsnorm festgeschrieben. Die EN 60335,
Teil 1, Abschnitt 19 beschreibt eine Prüfung zur Ermittlung der Rückwand- und
Seitenwandtemperatur in einer Küchenzeile.
Bei dieser Prüfung
ist eine maximale Temperaturerhöhung
von 150 K zulässig.
Die Grenzwerteinstellung des einzelnen Heizkörpers wird durch die Temperaturbelastbarkeit
der verwendeten Glaskeramik bestimmt, kann aber auch durch die Begrenzung
der Rückwand-
oder Seitenwandtemperatur eingeschränkt werden.
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Diese
Problematik beim Einsatz unterschiedlicher Glaskeramiktypen lässt sich
heute praktisch nur durch eine separate Lagerhaltung von Heizkörpern für die unterschiedlichen
Glaskeramiktypen lösen,
was der Plattform-Technik widerspricht und zudem einen hohen Lager-
und Logistikaufwand bedeutet.
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Zur
Einhaltung bzw. Reduzierung der Umgebungstemperatur an Rück- und Seitenwänden des Kochfeldes
wurde in der
DE
10 2004 023 847 A1 vorgeschlagen, die Unterseite der Glaskeramik-Kochfläche mit
Linsen oder Prismen so auszugestalten, dass die von der Heizwendel
direkt durch die Glaskeramik hindurchgehende Primärstrahlung
mehr im Bereich der Kochzone fokussiert bleibt und damit die Temperaturerhöhung der
Anstellwände
reduziert wird. Die Fokussierung der Primärstrahlung soll durch eine komplexe
Ausgestaltung der Glaskeramikunterseite erfolgen. Es wird beispielsweise
vorgeschlagen, im Bereich der jeweiligen Kochzonen eine Strukturierung
in Form einer Fresnellinse auf der Glaskeramikplattenunterseite
vorzunehmen. Des weiteren wird eine Art parallele Prismenstruktur
beschrieben, die in der Form natürlich
nur in eine Richtung wirken kann. Entweder zur Rückwand oder zur Seitenwand,
aber nicht in beide Richtungen gleichermaßen. Kochfelder unterscheiden
sich jedoch heute in einer Vielzahl von unterschiedlichen Außengeometrien
und unterschiedlichen Heizkörperbestückungen.
Die Anordnung der Heizkörper
und die Auswahl der Heizkörpergrößen ist
heute nahezu beliebig. Die vorgeschlagene Ausgestaltung der Kochflächenunterseite
mit festgelegten Positionen der Heizkörper ist unter wirtschaftlichen
Gesichtspunkten nicht darstellbar, da für jede Heizkörperbestückung individuelle
Formwalzen am heißen
Glasband des zu keramisierenden Grünglases erforderlich wären und
in den nachfolgenden Prozeßschritten
das Produkt nicht mehr variiert werden kann. Ein weiterer Nachteil
bei einer ganzflächigen
Unterseitenstrukturierung mit beispielsweise eingewalzten Prismen
oder Fresnellinsen ist; dass eine gewünschte Durchsicht in Teilbereichen
der Kochfläche
für Displayanzeigen
oder dergleichen nicht möglich
ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die eingangs bezeichnete Glaskeramik-Kochfläche so auszubilden,
dass mit Glaskeramikplatten unterschiedlicher IR-Transmission eine
kostengünstige,
variable und individuelle Anpassung der IR-Transmission möglich ist,
um beispielsweise eine Austauschbarkeit einer Glaskeramik-Kochfläche Typ
A zu einer Glaskeramik-Kochfläche
Typ B mit unterschiedlicher Transmission des Glaskeramikmaterials
zu ermöglichen, bei
Beibehaltung der Grenzwerttemperatur-Einstellung des verwendeten
Heizkörpers
bzw. bei Beibehaltung der maximalen Umgebungstemperaturen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt bei einem Kochfeld mit einer Glaskeramikplatte
als Kochfläche, die
mindestens eine Kochzone aufweist, die von unten mittels eines Strahlungsheizkörpers in
Verbindung mit einem justierten Temperaturbegrenzer, der die Oberseitentemperatur
auf einen Maximalwert begrenzt, beheizt wird gemäß der Erfindung dadurch, dass
die Glaskeramikplatte mit einer Glaskeramik Typ A abhängig von
ihrem spektralen IR-Transmissionsgrad
IR-absorbierende oder reflektierende Ausbildungen zur Anpassung
an eine Glaskeramik Typ B mit niedrigerem spektralen IR-Transmissionsgrad aufweist.
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Durch
die Erfindung ist es auf einfache Weise möglich, für unterschiedliche Kochflächentypen mit
Glaskeramikplatten unterschiedlicher IR-Transmission eine Anpassung
der IR-Transmission zu erzielen, unter Beibehaltung der aufwändig justierten Grenzwerttemperatur-Einstellung
des verwendeten Heizkörpers
bzw. bei Beibehaltung der maximalen Umgebungstemperaturen.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird die Anpassung in überraschend
einfacher Weise dadurch gelöst,
dass IR-absorbierende oder reflektierende Beschichtungen auf der
Oberseite und/oder auf der Unterseite der Kochfläche ganzflächig oder in strukturierten
Rasterungen aufgebracht sind. Bei diesem Vorgehen wird die Herstellung
der Rohglasscheibe nicht beeinflusst und sie ist auch hinsichtlich der
Anpassung der Transmission noch nicht „individualisiert". Entsprechend der
für das
Kochgerät
bestimmten Kochflächengröße und Heizkörperkonfiguration
kann die Beschichtung der Oberseite bzw. der Unterseite in Form
der bekannten Beschichtungstechniken erfolgen. Für die Oberseitenbeschichtung der
Kochfläche
hat sich das Siebdruckverfahren als Standarddruckverfahren durchgesetzt.
Für die
Unterseite ist ebenfalls eine Siebdruckbeschichtung möglich. Grundsätzlich sind
aber auch Sprühverfahren, Sputtertechniken
oder dergleichen vorstellbar.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Siebdrucktechnik ist die einfache Aufbringung
von speziellen Dekorrastern, Kochzonenmarkierungen oder festgelegten
Belegungsgraden zur Erreichung bestimmter Transmissionswerte.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur gezielten Anpassung der IR-Transmission bzw. Reduzierung von Seitenwandtemperaturen
in Küchenzeilen
besteht darin, eine Aufrauung der Kochflächenunterseite vorzusehen.
Die Aufrauung vergrößert die
Oberfläche und
erzeugt eine diffuse Reflektion. Die Aufrauung könnte bereits mit einer entsprechend
ausgeführten Unterseitenwalze
im Glasband während
der Rohglasherstellung eingeprägt
werden oder später
durch bspw. Sandstrahlen aufgebracht werden. Im letzteren Fall könnten durch
Einsatz entsprechender Masken/Schablonen auch gezielt ursprünglich glatte
Unterseitenbereiche erhalten bleiben und für Signalanzeigen und Displays
genutzt werden, was entsprechend auch für das Bedrucken gilt.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet sowie ergeben sich
aus der Figurenbeschreibung.
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Anhand
der Patentzeichnung soll die Erfindung nunmehr näher beschrieben werden.
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Es
zeigen:
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1 ein
Diagramm mit dem wellenlängenabhängigen Verlauf
der Transmission von zwei unterschiedlichen Glaskeramik-Typen 1
und 2 sowie die spektrale Emissionskurve eines Bandheizkörpers mit einer
Strahlertemperatur von 1.300 K,
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2 ein
Diagramm entsprechend 1, jedoch in Verbindung mit
der Emissionskurve eines Halogen-Heizkörpers mit einer Strahlertemperatur von
2.400 K,
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3 ein
Diagramm entsprechend 1 mit dem wellenlängenabhängigen Verlauf
der Transmission der Glaskeramik Typ 1 bei unterschiedlichen vollflächig aufgebrachten
Emailfarben a, b, c und
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4 eine
Draufsicht auf ein Kochfeld mit einer Glaskeramikplatte, die vier
Kochzonen aufweist, welche mit einer IR-absorbierenden Emailfarbe
dekoriert sind, und zwar mit einem angepassten Belegungsgrad..
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Die 1 zeigt
die Emissionskurve eines Bandheizkörpers mit einer Strahlertemperatur
von 1300 K und die Transmission von zwei beispielhaften Glaskeramiktypen
Typ 1 und Typ 2. Der Bandheizkörper
hat sein Strahlungsmaximum bei 2200 nm. Die Glaskeramik Typ 1 hat
an dieser Stelle eine Transmission von ca. 83 % und die Glaskeramik
Typ 2 von ca. 78 %. Die Idee der Erfindung ist es nun, die Transmission
des Glaskeramik Typ 1 durch eine geeignete Beschichtung oder alternativ
durch eine Aufrauung im Bereich der Kochzonen soweit herabzusetzen,
dass sie der Transmission von Glaskeramik Typ 2 entspricht und somit
eine Austauschbarkeit der Kochflächen
ohne Veränderung
der Grenzwertjustage oder ohne Änderung
der Umgebungstemperatur erfolgen kann. Zur Verwendung der Oberflächengestaltung
und Kennzeichnung der Kochzonen werden angepasste Emailfarben in
unterschiedlichen Farbtönen,
d.h. mit unterschiedlichem Absorptionsvermögen und in unterschiedlichen
Belegungsgraden eingesetzt. Laborversuche haben nun gezeigt, dass
ein vollflächiges
Auftragen dieser Emailfarben abhängig vom
eingesetzten Farbtyp eine Reduzierung der Transmission bis ca. 50
% erzeugen kann. Durch Aufrasterung der Bedruckung und Wahl der
Farbe mit unterschiedlichem Transmissionsgrad kann die Gesamttransmission
der Kochfläche
von Glaskeramik Typ 1 auf die Transmission von Glaskeramik Typ 2
eingestellt werden.
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Der
gleiche Effekt lässt
sich erzielen durch eine teiltransparente oder reflektierende Beschichtung
auf der Unterseite.
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Edelmetallbeschichtungen
(Lüsterfarben) bestehend
aus Gold-, Platin- und
Palladium-Anteilen reflektieren beispielsweise die Heizkörperstrahlung nahezu
zu 100 %. In diesem Fall ist eine Aufrasterung und die Festlegung
eines bestimmten Belegungsgrades im Bereich der Kochzone erforderlich, um
den Transmissionsgrad den Kochflächen
anzupassen.
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Versuche
haben auch gezeigt, dass eine SnO2-Beschichtung
auf der Unterseite den gleichen Effekt erzielen kann. Bei Verwendung
dieser Beschichtung ist eine Anpassung der IR-Transmission ebenfalls
durch eine Rasterung der Beschichtung möglich. Versuche haben aber
auch gezeigt, dass eine Veränderung
der Beschichtungsdicke in gleicher Weise eine Anpassung der Transmissionen
ermöglicht.
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Selbstverständlich kann
man dieses Prinzip auch einsetzen, um generell das Problem der zu
hohen Rückwand-
oder Seitenwandtemperatur in den Griff zu bekommen. Bei gegebenen
Kochsystemen kann bedingt durch die gewählte Heizkörperbestückung oder Heizkörperleistung
die Rückwandtemperatur
grenzwertig oder bereits überschritten
sein. Auch in diesen Fällen
ist durch eine gezielte Rasterung und Verwendung einer der vorbeschriebenen Beschichtungsmöglichkeiten
eine Reduzierung der Wandtemperaturen möglich.
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Die 2 zeigt
in einem Diagramm entsprechend 1 die Emissionskurve
eines Halogenheizkörpers
mit einer Strahlertemperatur von 2400 K, bei der das Strahlungsmaximum
bei ca. 1200 nm liegt. Da die von der Emissionskurve geschnittenen
Flächen
der Transmissionskurven von Glaskeramik Typ 1 und 2 unterschiedlich
zu denen bei Verwendung des Bandheizkörpers nach 1 sind,
ist auch mit einem unterschiedlichen Anteil Primärstrahlung zu rechnen. Hier
ist eine leicht modifizierte Rasterung bzw. Belegungsdichte gegenüber dem
Bandheizkörper
zu wählen,
um eine 100%ige Austauschbarkeit zu erreichen.
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Die 3 zeigt
nochmals in einem Diagramm entsprechend 1 beispielhaft
die Transmissionskurve der Glaskeramik Typ 1 und die Reduzierung
der Transmission durch unterschiedliche vollflächig aufgebrachte Emailfarben
(Kurven a, b, c). Die deutliche Reduzierung der Transmission insbesondere
bei den Verläufen
von c und b zeigt auf, dass auch bezüglich Dekorrasterung bzw. Flächenbelegung
ein großer
Spielraum gegeben ist, um eine Anpassung zwischen den Glaskeramiken
vorzunehmen.
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Bei
Verwendung einer metallischen Unterseitenbeschichtung mit nahezu
100 % Reflektionsgrad ist die Variationsbreite sogar noch größer. Des weiteren
ist auch eine Kombination der Beschichtung der Unterseite und der
Oberseite in unterschiedlichen Rasterungen vorstellbar.
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Die 4 zeigt
in einer schematischen Draufsicht-Darstellung ein Kochfeld mit einer
Glaskeramikplatte 1, die vier Kochzonen 2 aufweist.
Die verwendete Glaskeramik soll einen iR-Transmissionsgrad von x
% haben. Zur Anpassung an eine Glaskeramikplatte mit einem Transmissionsgrad < x % sind die Kochzonen
mit einer temperaturbeständigen IR-absorbierenden
Farbe, insbesondere einer Emailfarbe aus Glasfluss und Pigmenten,
mit einem vorgegebenen Belegungsgrad dekoriert, derart, dass über das
Absorptionsvermögen
der jeweiligen Farbe und dem Belegungsgrad die IR-Transmission im
gewünschten
Maße kompensierend
herabgesetzt wird.