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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kochgeschirr zum Erwärmen von
Gegenständen,
Speisen, Flüssigkeiten
und dergleichen, mit einer an einer Bodeneinheit angeordneten, sich
in einer Richtung von der Bodeneinheit weg erstreckenden, umfänglich geschlossenen
Wand, wobei die Bodeneinheit einen Schichtaufbau mit einer bezüglich des
Betriebs in Verbindung mit einer Induktionskochstelle aktiven Schicht
aufweist, die zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist.
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Induktionskochstellen
sind im Stand der Technik weitgehend bekannt. Die induktive Erwärmung hat
sich ausgehend von rein industriellen Anwendungen immer weiter ausgebreitet,
insbesondere auch in den Bereich der Erwärmung von Speisen, beispielsweise
im Gastronomiebereich, im Großküchenbereich
oder sogar im Haushaltsbereich. Gerade bei der Anwendung in den
vorgenannten Bereichen kommen einige besonders vorteilhafte Eigenschaften
der induktiven Erwärmung
zum Tragen. So wird im Unterschied zu den herkömmlichen Kochstellen wie Gusskochplatten,
Strahlungsheizkörpern
und dergleichen, die Wärme
nicht in der Kochstelle selbst, sondern im Topfboden direkt erzeugt.
Deshalb wird die Induktionskochstelle auch oft als kalte Kochstelle
bezeichnet. Sie wird lediglich durch die Erwärmung des Topfbodens indirekt
erwärmt.
Darüber
hinaus sind Induktionskochstellen in der Regel mit einer Topferkennung
ausgerüstet,
so dass Energie nur dann abgegeben wird, wenn ein geeignetes Kochgeschirr
erkannt wird. Hierdurch ist automatisch ein erhöhter Sicherheitsaspekt erreicht,
da eine topflose Induktionskochstelle keine gefährliche Wärmeerzeugung verursachen kann.
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Bei
vielen bisher üblichen
Induktionskochstellen ist es erforderlich, dass die aktive Schicht
der Bodeneinheit, in der die Wärme
im Kochgeschirr erzeugt wird, magnetisch sein muss. Dies ist unter
anderem damit begründet,
dass ein hinreichender Leistungserzeugungseffekt in der aktiven
Schicht bereits bei vergleichsweise niedrigen Frequenzen im Bereich
von etwa größer 20 kHz
erreicht werden kann. Neuere Typen von Induktionskochstellen können jedoch
auch Frequenzen weit darüber
hinaus erzeugen.
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Die
besondere Wirkungsweise des Induktionsheizprinzips macht deutlich,
dass bezüglich
der Wirkungsweise der induktiven Erwärmung die Bodeneinheit als
wichtiger Bestandteil bezüglich
der Wechselwirkungen mit der Induktionskochstelle zu berücksichtigen
ist. Dies gilt sowohl für
die Leistungsaufnahme des Topfes, die Wärmeerzeugung oder auch die
Wärmeverteilung
in der Bodeneinheit. Moderne Kochgeschirre, die zum induktiven Kochen
geeignet sind, weisen deshalb eine Bodeneinheit mit einem Schichtaufbau
auf, der sowohl eine aktive Schicht zur Wechselwirkung mit der Induktionskochstelle
als auch eine darüber
angeordnete wärmeleitende
Schicht zur Wärmeverteilung
in einer im wesentlichen ebenen Richtung der Bodeneinheit, das heißt parallel
zur Kochstellenoberfläche,
aufweist.
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Aufgrund
des besonderen Wirkungsprinzips ist es möglich, durch einen besonders
hohen Leistungseintrag in die Bodeneinheit eine außerordentlich
schnelle Erwärmung
des Kochgeschirrs, das heißt
kurze Ankochzeiten, zu erreichen. Zugleich erlaubt das induktive
Kochen Reaktionszeiten wie beim Kochen auf einer Gaskochstelle.
Mittels geeigneter Steuerungen für
Induktionskochstellen ist es möglich,
auch sehr empfindliche Gar- oder Erwärmungsvorgänge sensibel zu steuern.
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Dies
kann jedoch auch Probleme nach sich ziehen, und zwar dann, wenn
der Leistungseintrag derart hoch ist, dass er zu einem Temperaturgradienten
in der Bodeneinheit führt,
die deren Beschädigung
zur Folge haben kann. Zwar sind die Induktionskochstellen in der
Regel mit Temperatursensoren ausgerüstet, jedoch sind diese konstruktionsbedingt nicht
in der Lage, den mit der Induktionskochstelle erreichbaren hohen
Temperaturänderungsgeschwindigkeiten
zu folgen. So besteht gerade in der Ankochphase die Gefahr, dass
die Bodeneinheit aufgrund eines zu hohen Leistungseintrags überhitzt
und/oder beschädigt
wird, wobei der Temperatursensor aufgrund seiner thermischen Trägheit nicht
schützen kann.
Eine Möglichkeit
bestünde
zwar darin, die Temperaturansprechwerte zu reduzieren, jedoch würde das
dazu führen,
dass ein wesentlicher Vorteil der Induktionskochstelle gegenüber konventionellen
Kochstellen verloren ginge, und zwar die kurze Ankochzeit. Die Ankochzeiten
sind mindestens vergleichbar mit den Ankochzeiten bei entsprechenden
gasbetriebenen Kochstellen, können
jedoch darüber
hinaus erheblich weiter verkürzt
werden.
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Anzumerken
ist ferner, dass Kochgeschirre, beispielsweise Töpfe, Pfannen und dergleichen,
in der Regel genormte Durchmesser bezüglich des Topfbodens aufweisen.
Hieran angepasst sind die Durchmesser von Kochstellen genormt. Als
Standarddurchmesser sind für
den Haushaltsbereich beispielsweise die Kochstellendurchmesser 145
mm, 180 mm und 210 mm vorgesehen. Das Risiko der Überbeanspruchung
einer Bodeneinheit nimmt unter anderem dadurch zu, wenn ein Kochgeschirr
auf einer deutlich größeren Kochstelle
betrieben wird, für die
es nicht ausgelegt ist. Die größere Kochstelle
hat in der Regel einen erhöhten
Leistungseintrag zur Folge. Dagegen steht aufgrund des kleineren
Kochgeschirrs auch eine kleinere Wärmesenke. Eine solche Konstellation
erweist sich hinsichtlich des bestimmungsgemäßen Betriebs als besonders
ungünstiger Fall,
insbesondere weil es vom Verbraucher gewünscht ist, dass ein Kochgeschirr,
welches für
einen bestimmten Kochstellendurchmesser vorgesehen ist, auch noch
auf der nächst
größeren Kochstelle
betrieben werden kann.
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Darüber hinaus
wäre es
wünschenswert, wenn
die sensiblen Steuerungseigenschaften des induktiven Kochens besser
nutzbar gemacht werden könnten.
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Die
vorliegende Erfindung hat es sich nunmehr zur Aufgabe gemacht, eine
gattungsgemäße Vorrichtung
dahingehend weiterzubilden, dass die Gefahr der Beschädigung der
Bodeneinheit aufgrund von Überlastung
reduziert werden kann. Ferner soll die Nutzbarkeit des induktiven
Kochens verbessert werden.
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Als
Lösung
wird mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß die Energieaufnahme
des Kochgeschirrs mittels der aktiven Schicht steuerbar ist.
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Erstmals
wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die aktive Schicht Einfluss
auf den Leistungseintrag in das Kochgeschirr während des Gar- und/oder Erwärmungsvorgangs
nehmen kann. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die
aktive Schicht einen vom Rest der Bodeneinheit deutlich abweichenden
thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der beispielsweise
mit zunehmender Temperatur zu einer anwachsenden Aufwölbung der
Bodeneinheit führt.
Auf diese Weise kann ein mittlerer Abstand zwischen Bodeneinheit
und Induktionskochstelle vergrößert werden,
wodurch deren induktive Kopplung und daraus folgend auch die Energieaufnahme
des Kochgeschirrs reduziert werden kann. Die Aufwölbung kann
vorteilhafter Weise derart vorgesehen sein, dass die Bodeneinheit
noch mit einem ringförmigen
Bereich auf der Kochstelle aufliegt, um einen stabilen Stand des
Kochgeschirrs zu ermöglichen.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ab einer vorgebbaren Temperatur
die elektrische Leitfähigkeit
der Bodeneinheit, insbesondere der aktiven Schicht, deutlich abnimmt,
so dass die induktive Kopplung ebenfalls abnehmen kann. Auf jeden
Fall greift während
des bestimmungsgemäßen Betriebs
die aktive Schicht in die induktive Kopplung direkt und/oder indirekt
ein und kann auf diese Weise Einfluss auf die Energieaufnahme des
Kochgeschirrs nehmen. Vorzugsweise geschieht dies aber dadurch, dass
die Leitfähigkeit
der aktiven Schicht bei Durchschreiten der Temperaturgrenze oder
des Temperaturbereichs zunimmt, so dass der aufgrund des transformatorischen
Effekts erzeugte Wirbelstrom in der Bodeneinheit aufgrund des zugrundeliegenden
Ohmschen Gesetzes weniger Wärmeleistung
erzeugt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass
der spezifische elektrische Widerstand der aktiven Schicht einen
negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Derartige Stoffe sind
beispielsweise aus dem Bereich der Halbleiter bekannt.
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Besonders
bevorzugt ist der Effekt reversibel, so dass bei Unterschreiten
der Temperaturgrenze beziehungsweise Durchschreiten des Temperaturgrenzbereichs
in Richtung niedrigeren Temperaturen die bestimmungsgemäß vorgesehene
Leistung in der Vorrichtung wieder erreicht werden kann. Die Erfindung
kann auf diese Weise verhindern, dass die Bodeneinheit aufgrund
zu hohen Leistungseintrags thermisch überbelastet wird und Schaden
nimmt. Eine höhere
Zuverlässigkeit
und eine höhere
Sicherheit kann erreicht werden. Es können aber auch Kochgeschirre
mit einem für
eine spezielle Anwendung angepassten Verhalten hergestellt werden,
so beispielsweise ein Milchtopf, dessen Topfboden beziehungsweise
Bodeneinheit 80° C
nicht überschreitet,
oder dergleichen. Aber auch Mehrfacheffekte können erreicht werden, so beispielsweise
eine Reduzierung der Energieaufnahme des Kochgeschirrs bei Erreichen
beziehungsweise Durchschreiten eines vorgebbaren Temperaturbereichs
in Verbindung mit einer weiteren deutlichen Reduzierung oder Abschaltung
der Energieaufnahme bei Erreichen einer oberen Temperaturgrenze.
Für weitere
Anwendungen kann auch vorgesehen sein, dass der Effekt der aktiven
Schicht eine Hysterese aufweist, um beispielsweise ein bezüglich der
Energieaufnahme abgeschaltetes Kochgeschirr bei sinkender Temperatur nicht
gleich wieder einzuschalten. Hierdurch lassen sich beispielsweise
Koch- und/oder Garvorgänge
automatisch steuern beziehungsweise beenden. Die aktive Schicht
kann hierzu zum Beispiel aus zwei oder auch mehreren Unterschichten
gebildet sein, die angepasst unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
So können
neben Einzeleffekten auch vorgenannte Kombinationseffekte erreicht
werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die aktive
Schicht magnetisch permeabel ist. Beispielsweise ist der Werkstoff
der aktiven Schicht derart ausgebildet, dass er während des bestimmungsgemäßen Betriebs
nicht in die Sättigung
gelangt. Während
des bestimmungsgemäßen Betriebs
kann demnach ein zuverlässiger
Leistungseintrag in die Bodeneinheit erreicht werden. Darüber hinaus
erlaubt die magnetische Schicht, dass die Bodeneinheit auch mit
Induktionskochstellen älterer Bauart
betreibbar ist, die im unteren Frequenzbereich, wie eingangs ausgeführt, betrieben
werden. Durch die magnetische Permeabilität wird die stromführende Schicht
auf eine sehr dünne
Schicht konzentriert, so dass diese mit einer hohen Stromdichte beaufschlagt
wird. Bei gegebenem spezifischen elektrischen Widerstand kann ein
hoher Leistungseintrag erreicht werden. In dieser Ausgestaltung
kann die Temperaturgrenze und/oder der Temperaturgrenzbereich durch
die Curie-Temperatur
gebildet sein, deren Überschreiten
dazu führt,
dass die aktive Schicht vom ferromagnetischen Verhalten in ein paramagnetisches
Verhalten übergeht.
Als Folge dieses Verhaltens vergrößert sich der Querschnitt der
Strom führenden Schicht
innerhalb der aktiven Schicht, so dass bei konstant angenommenem
Strom in der Schicht weniger Leistung erzeugt wird.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein,
dass der Leistungseintrag bis auf Null reduzierbar ist. So kann
beispielsweise der Effekt genutzt werden, dass eine Topferkennung
der Induktionskochstelle diese bei Erreichen der Curie-Temperatur
abschaltet. Auf einfache Weise kann eine zuverlässige Schutzwirkung verbessert werden.
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Es
wird ferner vorgeschlagen, dass die aktive Schicht wenigstens einen
Stoff aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Nickel, Kobalt, Chromdioxid und/oder
Gadolinium aufweist. Mit diesen Stoffen kann zusätzlich zu einer bereits vorhandenen
elektrischen Leitfähigkeit
eine magnetische Permeabilität erreicht
werden. Darüber
hinaus kann je nach Bedarf der Stoff hinsichtlich seiner Curie-Temperatur ausgewählt sein.
Natürlich
können
auch Mischungen dieser Stoffe untereinander oder auch mit weiteren
Stoffen vorgesehen sein.
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Darüber hinaus
wird vorgeschlagen, dass die aktive Schicht wenigstens einen Stoff
aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Samarium, Neodym, Yttrium,
Bor, Dysprosium, Holmium, Erbium, Kupfer und/oder Therbium aufweist.
Diese Stoffe eignen sich bevorzugt dazu, die Eigenschaften der aktiven
Schicht hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit und/oder hinsichtlich
ihrer magnetischen Permeabilität
zu beeinflussen. Ein besonderes Augenmerk ist hierbei auf die Beeinflussung
der Curie-Temperatur zu richten, die es erlaubt, bei geeigneter
Auswahl von Werkstoffkombinationen die Curie-Temperatur in weiten
Bereichen bedarfsgerecht vorzugeben. Hierdurch kann die Temperaturgrenze
und/oder der Temperaturgrenzbereich nach Bedarf eingestellt werden.
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Mit
einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die aktive
Schicht eine Schichtdicke von weniger als etwa 500 μm, insbesondere weniger
als 120 μm,
aufweist. Gerade wenn die aktive Schicht magnetisch permeabel ist,
kann der Wirkungsbereich des Wirbelstroms auf diesen Bereich eingegrenzt
werden. Kosten ebenso wie die Dicke der Bodeneinheit können reduziert
werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Schichtdicke weniger
als 120 μm
beträgt.
Bei geeignet ausgewählter
magnetischer Permeabilität
kann bereits diese Schichtdicke ausreichen, um die bestimmungsgemäße Funktion
der aktiven Schicht zu erreichen. Kosten können weiter reduziert werden.
Darüber
hinaus sind derart dünne
Schichten einer Vielzahl von Beschichtungsverfahren zugänglich,
so dass eine kostengünstige
Herstellung bei hoher Qualität
erreicht werden kann.
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Um
die Bodeneinheit während
des bestimmungsgemäßen Betriebs
vor mechanischen Einwirkungen zu schützen, wird vorgeschlagen, dass
diese kochstellenseitig eine Beschichtung aufweist. Die Beschichtung
kann beispielsweise in Form eines Lacks oder auch einer zusätzlichen
Schutzschicht der Bodeneinheit gebildet sein. Die Schutzschicht kann
zum Beispiel eine Edelstahlschicht, eine Emailleschicht oder dergleichen
sein. Natürlich
kann die Beschichtung auch aus einem entsprechend widerstandsfähigen Kunststoff
oder einem Verbundwerkstoff gebildet sein. Daneben können auch
geeignete keramische Werkstoffe zum Einsatz kommen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Schichtaufbau
eine Wärmeleitende
Schicht aufweist. Die Wärmeleitende
Schicht kann innerhalb der Bodeneinheit einen Wärmeausgleich fördern, so
dass die Temperatur auf der der Kochstelle abgewandten Seite der
Bodeneinheit homogenisiert wird. Dies erweist sich insbesondere
bei der Anwendung auf Kochgeschirre, bei denen eine weitgehende
homogene Temperatur im Kochbereich der Bodeneinheit erwünscht ist,
als vorteilhaft. Thermische Inhomogenitäten aufgrund des induktiven
Erwärmungsprinzips
können
reduziert werden.
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Gemäß einem
weiteren vorteilhaften Vorschlag der Erfindung ist die Bodeneinheit
im wesentlichen eben ausgebildet. So kann die Bodeneinheit Bestandteil
eines konventionellen Kochgeschirrs, wie einem Topf, einer Pfanne
oder dergleichen, sein. Die Bodeneinheit ist somit geeignet, eine
Ankopplung an die Kochstelle herzustellen. Vorzugsweise ist Bodeneinheit
an die genormten Durchmesser und die Oberflächenqualitäten angepasst ausgebildet.
Hierdurch kann eine bedarfsgemäße Kopplung
der Vorrichtung an die Kochstelle, die ebenfalls hinsichtlich ihrer
Abmessungen genormt sind, erreicht werden. Daneben kann natürlich vorgesehen
sein, dass die Vorrichtung auch kesselförmig oder schalenförmig oder
dergleichen ausgebildet ist. Dies ist zum Beispiel für Anwendungen
als Wok möglich.
Natürlich
können
auch weitere designerische Aspekte zum Tragen kommen, die eine entsprechende
Anpassung der Bodeneinheit begründen
können.
Eine Vielzahl von gestalterischen Möglichkeiten kann erreicht werden.
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Darüber hinaus
wird vorgeschlagen, dass die Wand eine Handhabe aufweist. Dies ermöglicht es
einem Nutzer, das Kochgeschirr sachgerecht und sicher zu nutzen.
So kann beispielsweise erreicht werden, dass dieses trotz einer
hohen Temperatur sicher handhabbar ist. Vorzugsweise ist die Handhabe aus
einem elektrisch nicht leitfähigen
Werkstoff gebildet, so dass eine versehentliche induktive Erwärmung vermieden
werden kann. Die Handhabe kann beispielsweise aus einem Kunststoff,
einem Keramikwerkstoff oder auch einem Verbundwerkstoff gebildet sein.
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Weiterhin
wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung einen Deckel aufweist.
Dies ermöglicht
es, den Erwärmungsvorgang
hinsichtlich des Wirkungsgrads zu verbessern. So kann der Wärmeverlust
reduziert werden. Auch der Deckel kann eine entsprechende Handhabe
aufweisen. Er kann beispielsweise aus Glas, Kunststoff-, Keramik
oder dergleichen gebildet sein. Ein elektrisch nicht leitfähiger Deckel hat
den Vorteil, dass er bei Ablage auf einer Induktionskochstelle nicht
versehentlich als Topf erkannt werden kann. Die Sicherheit kann
weiter verbessert werden.
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Weitere
Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
zu entnehmen. Im wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind mit
den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner wird bezüglich gleicher
Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in 1 verwiesen.
Die Zeichnungen sind Schemazeichnungen und dienen lediglich der
Erläuterung des
folgenden Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Topfes auf einer Induktionskochstelle,
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2 eine
Bodeneinheit des Topfes aus 1 in vergrößerter Darstellung
ebenfalls in Schnittansicht,
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3 ein
Kennlinienfeld für
die relative magnetische Permeabilität des Werkstoffs der aktiven Schicht
und
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4 ein
Kennlinienfeld für
den Betriebsbereich der aktiven Schicht.
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In 1 ist
ein auf einer Induktionskochstelle 20 aufgestellter Topf 10 in
Schnittansicht dargestellt. Der Topf 10 weist eine Bodeneinheit 12 auf,
an die sich in einer Richtung von der Bodeneinheit 12 weg eine
umfänglich
geschlossene Wand 16 aus Edelstahl erstreckt. In einem
oberen Bereich der Wand 16 ist ein Griff 34 befestigt.
Die Bodeneinheit 12 weist einen Schichtaufbau 18 auf,
der vorliegend aus drei Schichten besteht, und zwar von unten zunächst eine Emailleschicht 28,
darüber
angeordnet eine aktive Schicht 22 und darüber eine
Aluminiumschicht 32. Die Aluminiumschicht 32 bildet
zugleich auch die Innenseite 30 des Topfes 10.
Der Topf 10 kann darüber hinaus
innenseitig auch mit einer weiteren Beschichtung, beispielsweise
einer Teflonbeschichtung oder dergleichen versehen sein, um Gebrauchsvorteile während des
bestimmungsgemäßen Betriebs
nutzen zu können.
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Die
Induktionskochstelle 20 ist unterhalb einer Glasplatte 40 eines
nicht weiter dargestellten Kochfeldes angeordnet. Sie umfasst eine
Spule 42, die vorliegend als archimedische Spule ausgebildet ist,
welche spiralförmig
nebeneinander angeordnete Windungen aufweist. Zentrisch ist in der
Spule 42 ein Temperatursensor 36 angeordnet. Darüber hinaus kann
zwischen der Glasplatte 40 und der Spule 42 eine
thermische Isolation angeordnet sein, sowie unterhalb der Spule 42 ein
magnetischer Rückschluss, beispielsweise
in Form von Ferriten oder dergleichen. Die Spule 42 sowie
der Temperatursensor 46 sind an einem ebenfalls nicht dargestellten
Umrichter angeschlossen, der mittels bekannter Steuermittel wie
Drehknöpfe
oder dergleichen hinsichtlich Leistung, Betriebsdauer oder dergleichen
steuerbar ist.
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In 1 ist
mittels eines sogenannten Zählpfeilsystems
dargestellt, wie ein Stromfluss in der Spule 42 ein magnetisches
Feld 44 erzeugt. Das Magnetfeld 44 durchdringt
nach oben die elektrisch nicht leitfähige Glasplatte 40 sowie
die Emailleschicht 28 des Topfes 10, die ebenfalls
elektrisch nicht leitfähig ist.
Das Magnetfeld 44 dringt in die aktive Schicht 22 ein
und führt
hier zu Wirbelströmen, die
der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt sind. Angemerkt sei, dass es sich um ein
magnetisches Wechselfeld handelt, welches eine Frequenz von etwa
25 kHz aufweist. Aufgrund der elektrischen und magnetischen Eigenschaften
der aktiven Schicht 22 wird der in dieser Schicht erzeugte
Wirbelstrom auf eine kochstellenseitig dünne Schicht konzentriert. Die
Dicke dieser Schicht ist unter anderem abhängig von der relativen magnetischen
Permeabilität,
wobei sie mit deren Zunahme abnimmt. Die Konzentration des Wirbelstroms
auf einen sehr dünnen
stromführenden
Querschnitt führt
aufgrund des spezifischen elektrischen Widerstands der aktiven Schicht
zu einer resistiven Erwärmung
der aktiven Schicht 22. Diese gibt über Wärmeleitung beziehungsweise
und/oder Wärmekontakt
die erzeugte Wärmeenergie
an die Aluminiumschicht 32 ab, welche diese radial verteilt
und an die Innenseite 30 des Topfes 10 weiterleitet.
Hier steht die Wärme
zur Erwärmung
von Speisen beziehungsweise Gargut zur Verfügung.
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
des Schichtaufbaus, wobei ersichtlich wird, dass die Emailleschicht 28 um
die Bodeneinheit 12 entlang der Wand 16 verlängert ist
und auf diese Weise die Bodeneinheit 12 nach außen vollständig umgibt.
Auf diese Weise ist die Bodeneinheit 12 vor äußeren Einwirkungen
geschützt.
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Zum
Schutz der Induktionskochstelle 20 selbst und aus Sicherheitsgründen ist
der Temperatursensor 46 vorgesehen. Mit diesem Sensor wird
die Induktionskochstelle 20 vor thermischer Überlastung geschützt.
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Vorliegend
ist der Temperatursensor 46 für eine maximale Temperatur
von 400° C
eingestellt. Die Induktionskochstelle 20 hat einen genormten Nenndurchmesser
von 210 mm. Sie verfügt
darüber hinaus über eine
Nennleistung von 3 kW.
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In
der vorliegenden Ausgestaltung weist die Bodeneinheit 12 des
Topfes 10 ebenfalls einen Nenndurchmesser von 210 mm auf.
Die Dicke der Aluminiumschicht 32 beträgt 3,5 mm. Die Dicke der aktiven Schicht 22 beträgt 0,5 mm.
Die Dicke der Beschichtung 28 entspricht handelsüblichen
Beschichtungsstärken
einer Emailleschicht im Bereich von etwa < 0,5 mm.
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Die
aktive Schicht 22 weist eine Legierung aus den Werkstoffen
Neodym, Eisen und Bor auf, die eine Curie-Temperatur von etwa 310° C aufweist. Diese
Temperatur liegt unterhalb der Temperatur, bei der die Induktionskochstelle 20 abgeschaltet
wird.
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Durch
Beimengung weiterer Stoffe kann der Curie-Temperaturpunkt in nahezu
beliebiger Weise eingestellt werden.
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Eine
Kennlinie für
die relative magnetische Permeabilität der aktiven Schicht 22 ist
in 3 dargestellt. Die relative magnetische Permeabilität μr 38 ist
auf der Ordinate aufgetragen, wohingegen die Temperatur T auf der
Abszisse angegeben ist. TR entspricht der
Raumtemperatur 50. TC entspricht
der Curie-Temperatur 24. Die Kurve 52 stellt den
Verlauf der relativen magnetischen Permeabilität μr über der Temperatur
T dar. Zu erkennen ist, dass bei Erreichen der Curie-Temperatur 24 der
Wert der relativen magnetischen Permeabilität μr stark
abnimmt.
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4 zeigt
das Betriebsverhalten des Topfes 10 im bestimmungsgemäßen Betrieb.
Auf der Ordinate ist hier die Leistung 26 mit dem Bezeichner
P angegeben. Die Abszisse gibt wie zuvor wieder die Temperatur T
an. Pmax bezeichnet die maximale Leistung
der Induktionskochstelle 20, die vorliegend 3 kW beträgt. Zu erkennen
ist, dass die Leistungsaufnahme des Topfes 10 bis zur Curie-Temperatur 24 im
wesentlichen der Nennleistung entspricht. Natürlich kann auch eine kleinere
Leistung eingestellt sein, wie sich aus der Schraffierung des zulässigen Betriebsbereichs 48 ergibt.
In der Regel sind jedoch die Leistungswerte nicht kontinuierlich,
sondern lediglich diskret einstellbar.
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Bei
Erreichen der Curie-Temperatur 24 sinkt die relative magnetische
Permeabilität
stark ab. Dies führt
dazu, dass die stromführende
Schicht in der aktiven Schicht 22 deutlich zunimmt, was
zur Folge hat, dass der Strom sich auf eine größere elektrisch leiffähige Schicht
verteilt und deshalb weniger Wärme
erzeugt. Die Leistungsaufnahme nimmt drastisch ab, wie aus 4 deutlich
ersichtlich ist. Zu beachten ist, dass die Curie-Temperatur unterhalb
der Schutztemperatur liegt, bei der die Kochstelle abgeschaltet
wird.
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In
der Regel verfügt
die Induktionskochstelle 20 über eine Begrenzung der vom
nicht dargestellten Induktionsumrichter abgegebenen Scheinleistung. Der
vorgenannte Effekt führt
dazu, dass der Blindleistungsanteil in der Scheinleistung aus Umrichtersicht erheblich
zunimmt. Der Umrichter wird deshalb in der Regel gegensteuern und
auf diese Weise zugleich die Leistungsabgabe reduzieren. Wird ein
vorgebbarer Grenzwert überschritten,
wird der Umrichter automatisch abgeschaltet. Auf diese Weise kann
erreicht werden, dass der Topf 10 nur bis zu einer vorgebbaren
Temperatur betrieben werden kann.
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Dieser
Effekt kann beispielsweise auch dazu genutzt werden, Kochgeschirre
für spezielle
Anwendungen herzustellen, die auf die vorgesehene Anwendung optimal
angepasst sind. Beispielsweise könnte
ein solches Kochgeschirr ein Milchtopf sein, bei dem die aktive
Schicht so eingestellt ist, dass die Bodentemperatur 80° C nicht übersteigt.
Bekanntermaßen
beginnt Milch bei einer Temperatur über 80° C anzubrennen. Auf diese Weise
kann zum Beispiel das Anbrennen von Milch bei der Erwärmung vermieden
werden.
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Weitere
Anwendungsbeispiele können
realisiert werden, so beispielsweise Kochgeschirre speziell geeignet
für Fritieranwendungen,
Wasserkochen oder dergleichen.
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Das
in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel
dient lediglich der Erläuterung
der Erfindung und ist für
diese nicht beschränkend.
So können
natürlich
die Werte aufgrund der vorgegebenen Werkstoffeigenschaften der aktiven
Schicht variieren.
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- 10
- Topf
- 12
- Bodeneinheit
- 14
- Richtung
- 16
- Topfwand
- 18
- Schichtaufbau
- 20
- Induktionskochstelle
- 22
- Aktive
Schicht
- 24
- Curie-Temperatur
- 26
- Leistung
- 28
- Emailleschicht
- 30
- Innenseite
- 32
- Aluminiumschicht
- 34
- Griff
- 36
- Temperatur
- 38
- Relative
magnetische Permeabilität
- 40
- Glasplatte
- 42
- Spule
- 44
- Magnetisches
Wechselfeld
- 46
- Temperatursensor
- 48
- Betriebsbereich
- 50
- Raumtemperatur
- 52
- Kennlinie