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Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Induktionsheizeinrichtung für eine Induktionskochstelle
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und auch eine Induktionskochstelle. Insbesondere
ist diese Induktionskochstelle für
ein Induktionskochfeld vorgesehen, welches mehrere derartige Induktionskochstellen aufweist.
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Es
ist beispielsweise aus der
EP
808 080 A1 bekannt, einen Bandleiter einer Induktionsspule
einer Induktionsheizeinrichtung aus Aluminium zu fertigen. Aluminium
als Werkstoff für
derartige Induktionsspulen weist den Vorteil auf, dass es im Vergleich
zu dem üblicherweise
verwendeten Kupfer in Form von Kupferlitzen für das gleiche Fertigungsvolumen
von Induktionsspulen erheblich kostengünstiger ist. Die Wärmekapazität von Aluminium
ist auch höher,
wodurch Temperaturprobleme vermieden werden können. Bei der
EP 808 080 A1 wird der Bandleiter
aufwendig mit einer elektrisch isolierenden und wärmebeständigen Paste
bestrichen und zwischen zwei Isolierfolien gepackt.
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Aufgabe und Lösung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Induktionsheizeinrichtung sowie
eine damit versehene Induktionskochstelle zu schaffen, mit denen
Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können und
insbesondere eine elektrische Isolierung eines Bandleiters aus Aluminium
verbessert wird.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Induktionsheizeinrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 sowie eine Induktionskochstelle mit den Merkmalen
des Anspruchs 12. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden
näher erläutert. Der
Wortlaut der Ansprüche
wird durch ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Erfindungsgemäß erfolgt
bei einem Bandleiter aus Aluminium ein Eloxieren von dessen Oberfläche als
elektrische Isolierung. Eine derartige Eloxierung ergibt nicht nur
eine sehr vorteilhafte und ausreichende elektrische Isolierung,
sondern kann beispielsweise auch in Großserie im Durchlauf gemacht werden,
ist sehr temperaturbeständig
und technisch allgemein sehr erprobt bei der Aluminiumherstellung bzw.
-verarbeitung.
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Vereinfacht
dargestellt funktioniert der Oxidationsprozess beim Eloxieren wie
folgt:
Bei anodischer Polarisierung von Aluminium in einem Elektrolyten,
z.B. Schwefelsäure,
entsteht an der Anode Sauerstoff, der mit dem Aluminium reagiert.
Dabei bildet sich Aluminiumoxid. Die Oberfläche der Aluminiumanode wandelt
sich also in die Oxidschicht um, die fest auf der Metalloberfläche verankert
ist und an dieser haften bleibt. Sie ist so fest mit dem Grundstoff
verbunden, dass es selbst mit mechanischen Mitteln nicht möglich ist,
auch nur splitterweise Teile von ihrer metallischen Grundlage zu
lösen.
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Diese
kompakte Oxidschicht bildet einen Widerstand für den Stromdurchgang und wird
durch die angelegte Badspannung durchschlagen. Es entstehen Durchschlagporen,
in die der Elektrolyt eindringt. Dadurch schreitet der Oxidbildungsprozess
fort. Unzählig
viele Poren entstehen, die Schicht „wächst" in das Metall hinein. Um die Poren
zu schließen
und damit der Oxidschicht eine größere Beständigkeit gegen jede Art von
Feuchtigkeit zu geben, wird das frisch eloxierte Band noch nachbehandelt.
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Die
durch dieses Verfahren hergestellten eloxierten Schichten sind stärker und
widerstandsfähiger
als die auf natürlichem
Wege entstandenen Schichten.
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Da
die Oxidschicht bei 2000°C
und Aluminium bei 658°C
schmelzen, ist es möglich,
eloxierte Aluminiumbandspulen bei 500°C Dauertemperatur einzusetzen.
Im Vergleich hierzu erfordert der Einsatz von Kupfer für Induktionsspulen
bei Temperaturen von über
180°C wegen
der Verzunderung und dem damit verbundenen Zerfall des Leiters den
Einsatz von speziell vorbehandelten Leitern. So kommen z.B. für Betriebstemperaturen
von über
180°C nur
vernickelte oder versilberte Drähte
zur Anwendung, wobei die Isolation des Drahtes noch ein besonderes
Problem ist. Abgesehen von der Tatsache, dass es nur wenige Isolierstoffe
für diesen
Temperaturbereich gibt, sind Induktionsspulen aus eloxiertem Aluminium
bzgl. des Isolationsvolumens vorteilhafter als normale Induktionsspulen
aus Kupfer.
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Es
ist möglich,
dass der Bandleiter entweder vor einem Verformen in die endgültige Form
der Induktionsspule eloxiert wird oder danach. Dies hängt vor
allem davon ab, ob und auf welche Art und Weise ein solches Verformen
stattfindet. Bei starken Verformungen ist ein nachgeschaltetes Eloxieren
unter Umständen
besser, weil durch Biegen kleine Risse im Aluminium nicht mehr die
Eloxierung beschädigen können.
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Des
weiteren ist es möglich,
den gesamten Bandleiter zu eloxieren bis auf elektrische Anschlussbereiche
bzw. Anschlussenden. Diese bleiben frei für den elektrischen Anschluss,
werden also gemäß einer
Möglichkeit
der Erfindung gar nicht erst eloxiert.
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Als
elektrischer Anschluss kann gemäß einer Ausführung der
Erfindung ein Schraubanschluss vorgesehen sein. An eine Kontaktfläche bzw.
einen Anschlussbereich, die frei von der Eloxierung sind, wird eine
weitere Kontaktfläche,
beispielsweise an einer Verbindungsleitung bzw. eines Verbindungskabels, herangeführt und
festgeschraubt. Dabei ist es möglich,
entweder wie vorbeschrieben die Kontaktfläche von Anfang an nicht zu
eloxieren oder aber, weil ein derartiges Auslassen einer Eloxierung
einen gewissen Aufwand bedeutet, gemäß einer anderen Ausbildung
der Erfindung hier die Eloxierung wieder zu entfernen, beispielsweise
abzuschleifen. Ein solcher Schraubanschluss als elektrischer Anschluss
erfolgt vorteilhaft an einer flachen Seite des Bandleiters um eine
möglichst
große
und möglichst
ebene Kontaktfläche
zu erhalten.
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In
einer alternativen Ausbildung der Erfindung kann als elektrischer
Anschluss eine Kontakthülse
vorgesehen sein an dem Bandleiter, mit der beispielsweise ein Steckanschluss
realisiert werden kann. Dabei ist es möglich, eine Kontakthülse, die insbesondere
mit einer Verbindungsleitung bzw. einem Verbindungsdraht verbunden
ist, über
eine Kontaktfläche
bzw. einen Anschlussbereich an einem Ende des Bandleiters zu führen. Diese
Kontaktfläche sollte
wiederum frei von der Eloxierung sein wie eingangs genannt. Ein
derartiges Kontaktierungsverfahren kann vorteilhaft bei Bandleitern
mit rundem oder stark gerundetem Querschnitt verwendet werden.
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In
einer nochmals alternativen Ausbildung der Erfindung weist die Induktionsheizeinrichtung
als elektrischen Anschluss einen Anschluss durch Verschweißen an eine
Kontaktfläche
bzw. einen Anschlussbereich aufweist, die frei von der Eloxierung sind
wie vorbeschrieben.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung steht der Bandleiter mit
schmalem Querschnitt hochkant. Dabei kann er vorteilhaft mindestens
zweimal oder sogar mindestens dreimal so hoch sein wie dick. Dies
ermöglicht
eine relativ kompakte Anordnung von mehreren Windungen der Induktionsspule,
die aufgrund ihrer großen
Querschnittsfläche
durch die hochkant stehende Ausbildung entsprechende Stromstärken führen können. Besonders
vorteilhaft weist der Bandleiter einen rechteckigen Querschnitt auf,
insbesondere einen hochkant stehenden rechteckigen Querschnitt.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Induktionsspule
aus einem einzigen Stück
bzw. einem einzigen langen Bandleiter besteht. Dieser kann spiralartig
an der Induktionsspule verlaufen. Nebeneinander verlaufende Windungen des
Bandleiters können
dabei einen gewissen Abstand zueinander aufweisen, der mindestens
so groß ist
wie der Bandleiter selber dick ist. So wird eine flächige Ausdehnung
der Induktionsspule erreicht, die in etwa der Größe der Induktionskochstelle
entsprechen kann. Ein derartiger Abstand der Bandleiter zueinander
ist natürlich
zusätzlich
zu der Eloxierung ein Mittel um einen Kurzschluss zwischen den Windungen
zu vermeiden. Insbesondere können
dadurch lokale Überhitzungen
vermieden werden.
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Als
Spulenträger,
auf welchen die Induktionsspule bzw. der Bandleiter aufgebracht
wird, kann vorteilhaft eine Kunststoffplatte oder ein plattenartig ausgebildeter
Träger
verwendet werden. Insbesondere weist er Ril len odgl. auf bzw. Mittel,
die den Verlauf des Bandleiters darauf als Induktionsspule bestimmen.
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Eine
Eloxierung wird vorteilhaft so aufgebracht bzw. ist so ausgebildet,
dass sie Temperaturen von mindestens 700°C überstehen sollte. Besonders vorteilhaft
ist sie sogar temperaturbeständig
bis über 1000°C oder sogar über 1500°C. So kann
selbst für den
Fall von ungewünschten
lokalen Überhitzungen eine
elektrische Isolierung sichergestellt werden.
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Des
weiteren ist es beim Eloxierverfahren des Bandleiters bzw. des Aluminiums
von Vorteil, wenn das Aluminium direkt nach der Eloxierung noch nachbehandelt
worden ist um Poren zu schließen und
um der Oxidschicht eine größere Beständigkeit gegen
Feuchtigkeit zu geben. So wird die Haltbarkeit im Dauerbetrieb der
Induktionsspule verbessert, da die elektrische Isolierung enorm
beständig
ist.
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Eine
eingangs genannte erfindungsgemäße Induktionskochstelle
kann eine solche Induktionsheizeinrichtung aufweisen. Vorteilhaft
weist ein Induktionskochfeld dann mehrere solche Induktionskochstellen
auf, beispielsweise vier Induktionskochstellen.
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Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus
den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne
Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die
unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden im folgenden näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer Induktionsheizeinrichtung mit einer Induktionsspule
mit einem eloxierten Aluminium-Bandleiter,
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2 eine
Draufsicht auf eine Induktionsheizeinrichtung gemäß 1 und
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3 eine
Vergrößerung eines
Anschlussabschnitts.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
schematisch eine Schnittansicht einer Induktionseinrichtung 10 umfassend
einen Spulenträger 11 und
eine aus einem Aluminium-Bandleiter 12 ausgeformte
Induktionsspule 6. Die Induktionsheizeinrichtung 10 ist
dabei auf einer Tragplatte 2 angeordnet, welche vorteilhaft
aus einem nicht magnetisierbaren Material, beispielsweise aus Aluminium,
besteht. Oberhalb der Induktionsheizeinrichtung 10 ist
ein Kochfeld 3 als Kochstelle sowie eine thermisch isolierende
Schicht 4 vorgesehen. Durch die Schicht 4 wird
das Kochfeld 3 von der Induktionsheizeinrichtung 10 thermisch
isoliert. In anderen Ausführungsformen
kann unter Umständen auf
eine derartige Schicht 4 verzichtet werden.
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Die
Oberfläche
des Aluminium-Bandleiters 12 ist eloxiert. Der dargestellte
Aluminium-Bandleiter 12 weist einen rechteckigen Querschnitt
auf. Vorzugsweise steht der Aluminium-Bandleiter 12 hochkant,
muss es aber nicht, wobei er etwa dreimal so hoch ist wie dick.
Dadurch ist eine große
Querschnittsfläche
bei einer kompakten Anordnung möglich
für gute
Wärmeableitung.
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Wie
in 1 erkennbar ist, weist der dargestellte Spulenträger 11 Vorsprünge 13 auf,
in welche der Aluminium-Bandleiter 12 eingepresst oder
eingegossen ist, beispielsweise mit Polymerbeton und Ferritpulver.
Nach dem Aushärten
der Masse ist der Aluminium-Bandleiter 12 somit auf dem
Spulenträger 11 fixiert
und die Induktionsheizeinrichtung 10 mit der Induktionsspule 6 für einen
Gebrauch in einer Induktionskochstelle fertiggestellt.
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2 zeigt
schematisch eine Draufsicht auf die Induktionsheizeinrichtung 10 gemäß 1.
Wie in 2 erkennbar, ist die Induktionsspule 6 aus
einem langen Aluminium-Bandleiter 12 geformt, welcher spiralartig
verläuft,
wobei nebeneinander verlaufende Windungen des Bandleiters einen
Abstand A zueinander aufweisen. Der Abstand A ist in der schematisch
dargestellten Ausführungsform
deutlich größer als
die Dicke des Aluminium-Bandleiters 12. In anderen Ausführungsformen
kann der Abstand A geringer oder größer gewählt werden, wobei vorzugsweise
der Abstand mindestens der Dicke des Aluminium-Bandleiters 12 entsprechen
sollte. Dieser Aufbau ist grundsätzlich
aus dem Stand der Technik bekannt.
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Der
Aluminium-Bandleiter 12 der 1 und 2 ist
mit einem vorgenannten Verfahren eloxiert. Dazu ist hier nicht viel
auszuführen.
Entweder kann der Aluminium-Bandleiter 12 dabei als Rohmaterial
in gerader Form eloxiert werden und dann in die Form gem. 2 gebracht
werden bzw. in den Spulenträger 11 gem. 1 eingepresst
oder eingegossen werden. Dazu wird er gebogen, was unter Umständen allgemein
unter Wärmeeinwirkung
gemacht werden kann.
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Alternativ
kann der Aluminium-Bandleiter 12 zuerst in die gewünschte Form
gem. 2 gebracht werden durch Biegen als Formrohling
für die
Induktionsspule 6. Anschließend erfolgt das Eloxieren
der Formrohlinge bzw. Induktionsspulen 6.
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Der
Aluminium-Bandleiter 12 weist einen Anschlussbereich 5 an
einem Ende auf. Das andere Ende ist nicht dargestellt und kann beispielsweise mittig
herausgeführt
sein. Über
den Anschlussbereich 5 ist der Aluminium-Bandleiter 12 mit
einer nicht dargestellten Versorgung verbindbar. Das zugehörige Ende
des eloxierten Aluminium-Bandleiters 12 weist dabei eine
Kontaktfläche
auf, die frei von Eloxierung ist. Dies ist in 3 näher dargestellt.
Dort ist an dem rechteckigen Aluminium-Bandleiter 12 ein Anschlussbereich 15 frei
von der Eloxierung, die beispielsweise abgeschliffen ist, wie durch
die Schraffierung verdeutlicht ist. Ein Versorgungskabel 17 weist an
seinem Ende ein Anschlussstück 18 auf,
das beispielsweise aus Metall wie für einen sogenannten AMP-Stecker
odgl. gefertigt ist. Das Anschlussstück 18 ist zumindest
auf der zum Anschlussbereich 15 weisenden Seite flach bzw.
eben, so dass die beiden Teile möglichst
flächig
und gut aneinander angelegt werden können gemäß dem Pfeil I. So wird ein
guter elektrischer Kontakt sichergestellt. Es kann auch Kontaktierpaste
odgl. verwendet werden.
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Abschließend wird
zur Sicherung des Anschlussstücks 18 am
Anschlussbereich 15 eine Klammer 20 von oben gemäß dem Pfeil
II über
die beiden Teile gesteckt. Hier können selbstverständlich zahlreiche
andere Befestigungsmittel gewählt
werden, beispielsweise Verschraubung odgl. Es ist auch möglich, das
Anschlussstück 18 an
dem Anschlussbereich 15 zu verschweißen. In einer weiteren Ausgestaltung
kann anstelle des Anschlussstücks 18 eine
passende Hülse
an dem Versorgungskabel 17 vorgesehen sein, die mit engem
Sitz über
den Anschlussbereich 15 gesteckt wird. Alternativ könnte allgemein
das Versorgungskabel 17 direkt an den Anschlussbereich 5 angeschweißt werden.