DE10310255A1 - Electric heating with a contact hot plate - Google Patents
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Abstract
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine elektrische Heizung (11) mit einer Kontaktkochplatte (12) geschaffen werden, an der drahtförmige Heizer (14) angeordnet sind. Zumindest einer der Heizer (14b) besteht aus einem Material mit PTC-Effekt, beispielsweise einer Eisenbasislegierung. Diese behält während aller Betriebszustände des Heizers eine kubisch innen zentrierte Kristallstruktur bei und weist gleichzeitig den PTC-Effekt auf. Ein solcher Heizer (14) hat zusätzlich zu seiner Heizungsfunktion eine eigenständige Temperaturregelung zur Vermeidung von Übertemperatur, wodurch separate Temperaturbegrenzer mit Schaltkontakten eingespart werden können.In one embodiment of the invention, an electrical heater (11) can be created with a contact hotplate (12) on which wire-shaped heaters (14) are arranged. At least one of the heaters (14b) consists of a material with a PTC effect, for example an iron-based alloy. This maintains a cubic crystal structure centered on the inside during all operating states of the heater and at the same time exhibits the PTC effect. In addition to its heating function, such a heater (14) has independent temperature control to avoid excess temperature, which means that separate temperature limiters with switching contacts can be saved.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizung mit einer Kontaktkochplatte mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to an electrical Heating with a contact hotplate with the features of the generic term of claim 1.
Es ist bekannt, beispielsweise Gusskochplatten an ihrer Unterseite mit Heizern zu versehen, in welchen von Isoliermaterial umgebene Heizwendeln als Heizung arbeiten. Gegen Überhitzung weisen diese Gusskochplatten einen eingebauten Temperaturbegrenzer auf. Dieser ist in der Regel in der Mitte der Unterseite eingelassen und unterbricht die Energiezufuhr zur Gusskochplatte bei Überschreiten einer bestimmten festgelegten Temperatur, wobei er hierzu trennende elektrische Kontakte aufweist. Es wird als nachteilig angesehen, stets einen Temperaturbegrenzer als separates Bauteil an der Kochplatte anzuordnen.It is known, for example cast iron hot plates to be provided on the underside with heaters, in which of insulating material Work surrounding heating coils as heating. Against overheating these cast iron hot plates have a built-in temperature limiter on. This is usually embedded in the middle of the bottom and interrupts the energy supply to the cast hotplate when exceeded a certain fixed temperature, separating it has electrical contacts. It is considered disadvantageous Always a temperature limiter as a separate component on the hotplate to arrange.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Heizung zu schaffen, mit der die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere auf einen zusätzlichen Temperaturbegrenzer mit öffnenden elektrischen Kontakten verzichtet werden kann.The invention is based on the object to create a heater mentioned with the disadvantages of the prior art can be avoided and in particular on a additional Temperature limiter with opening electrical contacts can be dispensed with.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Heizung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This task is solved by a heater with the features of claim 1. Advantageous and preferred Embodiments of the invention are specified in the further claims and will be closer in the following explained. The wording of the claims is by express Reference made to the content of the description.
Erfindungsgemäß weist die Heizung mit der Kontaktkochplatte wenigstens einen drahtförmigen oder drahtartigen Heizer auf zur Beheizung der Kontaktkochplatte. Der Heizer besteht dabei aus einem metallischen Material mit PTC-Eigenschaften.According to the heater with the Contact hotplate at least one wire-shaped or wire-like heater on to heat the contact hotplate. The heater is there made of a metallic material with PTC properties.
Der Vorteil eines Heizers aus PTC-Material für eine Kontaktkochplatte besteht darin, dass oberhalb einer bestimmten Temperatur, welche in etwa einer Grenztemperatur entspricht, die im bestimmungsgemäßen Betrieb eigentlich nicht überschritten werden sollte, der elektrische Widerstand des Heizers stark zunimmt. Dadurch verringert sich der Stromfluss entsprechend stark und die Heizleistung sinkt ab. Das Absinken der Heizleistung wiederum bewirkt die Rückkehr in den Betriebstemperaturbereich. Die Verwendung eines Heizers aus einem solchen PTC-Material hat den Vorteil, dass so nicht nur ein reines Sicherungselement vorhanden ist. Der Heizer ist selbstbegrenzend neben seiner Eigenschaft als Heizelement, er vereinigt also zwei Eigenschaften in sich.The advantage of a heater made of PTC material for one Contact hotplate is that above a certain one Temperature, which corresponds approximately to a limit temperature, the in intended operation actually not exceeded the electrical resistance of the heater increases sharply. This reduces the current flow accordingly and the Heating output drops. The lowering of the heating power in turn causes the return in the operating temperature range. The use of a heater from one such PTC material has the advantage that it is not just a pure securing element is available. The heater is self-limiting in addition to its property as a heating element, so it combines two properties.
Somit kann durch das Vorsehen eines PTC-Heizers auf übliche Temperaturbegrenzer verzichtet werden, welche vor allem mechanisch betätigte und elektrisch öffnende Kontakte aufweisen. Derartige Temperaturbegrenzer sind teuer, aufwendig in der Montage und schwierig an manchen Kontaktkochplatten anzuordnen, insbesondere wenn deren Außenflächen, die zur Anbringung zur Verfügung stehen, nicht eben sind.Thus, by providing a PTC heater on usual Temperature limiters are dispensed with, which are primarily mechanical actuated and electrically opening Have contacts. Such temperature limiters are expensive and complex in assembly and difficult to place on some contact hot plates, especially if their outer surfaces, the available for attachment stand, are not level.
Dabei kann der Heizer entweder aus
einer sogenannten Eisenbasislegierung bestehen, welche während aller
Betriebszustände
des Heizers eine kubisch innenzentrierte Kristallstruktur beibehält. Unter
allen Betriebszuständen
des Heizers sind dabei verschiedene Temperaturen zu verstehen, mit
denen der Heizer bestimmungsgemäß betrieben
wird. Bei Kontaktkochplatten sind dies in der Regel Temperaturen
bis zu einigen hundert Grad, beispielsweise bis zu 300°C oder 400°C. Das Beibehalten
der speziellen Kristallstruktur weist den Vorteil auf, dass ein
Phasenübergang
von α-Eisen
zu γ-Eisen
im bestimmungsgemäßen Betrieb
vermieden wird. Auf diese Art und Weise hat der Heizer eine bessere
Haltbarkeit. Vor allem aber auch ist es möglich, neben dem Anheben einer
Curie-Temperatur des Materials PTC-Eigenschaften zu erhalten, welche
relativ genau in einem gewünschten
Bereich eingestellt werden können.
Ein solches Material ist beispielsweise in der
Weiters kann der Heizer aus einer Kobalt-Eisen-Legierung als metallisches Material mit PTC-Eigenschaften bestehen, welches beispielsweise ca. 70% Kobalt-Eisen enthält. Ein solches Material ist beispielsweise unter der Bezeichnung CF25 von der Fa. Vacuumschmelze erhältlich.Furthermore, the heater can be made from one Cobalt-iron alloy as a metallic material with PTC properties exist, which contains, for example, about 70% cobalt iron. On such material is for example under the designation CF25 from available from Vacuumschmelze.
Der Heizer kann auch aus einer Wolfram-Legierung oder einer Molybdän-Legierung bestehen. Solche Legierungen sind bekannt durch den Einsatz in Halogen-Lampen oder Glühbirnen.The heater can also be made of a tungsten alloy or a molybdenum alloy consist. Such alloys are known for use in halogen lamps or light bulbs.
Bevorzugt ist ein Temperatur-Widerstandskoeffizient größer als 6 vorgesehen, so dass der Temperaturanstieg ab dem gewünschten Temperatur-Grenzbereich relativ stark ist. Es können auch größere Werte oberhalb von 8 gewählt gewählt werden, beispielsweise 10.A temperature resistance coefficient is preferred larger than 6 provided so that the temperature rise from the desired Temperature limit is relatively strong. Larger values can also be above chosen from 8 chosen for example 10.
Des weiteren kann sich eine Eisenbasislegierung dadurch auszeichnen, dass sie Vanadium enthält. Der Vanadiumanteil kann bei 1 bis 3 oder 4 Gew.% liegen, beispielsweise bei ca. 1,5 Gew.%. Weitere Zulegierungen können einen geringen Anteil von Molybdän enthalten, beispielsweise bis zu 4 Gew.%. Ebenso können 1 bis 4 Gew.% Titan enthalten sein.Furthermore, an iron-based alloy characterized by the fact that it contains vanadium. The vanadium content can 1 to 3 or 4% by weight, for example approximately 1.5% by weight. Other alloys can a small amount of molybdenum contain, for example up to 4% by weight. Likewise, 1 to 4% by weight of titanium may be included.
Die Anordnung des Heizers an der Kontaktkochplatte kann derart sein, dass er an ihrer Unterseite angeordnet ist zu ihrer Beheizung. Ein Kontakt sollte dabei möglichst flächig sein bzw. für einen möglichst guten Wärmeübergang sorgen.The arrangement of the heater on the Contact hotplate can be such that it is on its underside is arranged for their heating. A contact should be made if possible flat be or for one if possible good heat transfer to care.
Beispielsweise ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Heizer in einem Rohr anzuordnen, beispielsweise in gewendelter Form. Dabei sollte er von einer Isolierung umhüllt sein, beispielsweise Quarzsand, Keramik oder dergleichen. Dieses Rohr wiederum kann an die Unterseite der Kontaktkochplatte angelegt werden, wozu es vorteilhaft abgeflacht ist zur Erhöhung der Kontaktfläche.For example, it is possible to use one heater according to the invention to be arranged in a tube, for example in a coiled form. there if it is covered with insulation, for example quartz sand, Ceramics or the like. This tube in turn can go to the bottom the contact hotplate can be created, which is why it is advantageously flattened is to increase the contact area.
Der Heizer kann alternativ auf luftdichte Weise von einer Isolierung umgeben sein. Eine solche Isolierung kann auf Basis von Glas oder Keramik beruhen und sollte entsprechend temperaturstabil sein. Es können auch Polymerkeramiken sein. Die Isolierung ist hier mit dem Heizer an der Unterseite der Kontaktkochplatte angeordnet. Ebenso ist es denkbar, eine evakuierte Isolierung vorzusehen, innerhalb welcher der Heizer verläuft.The heater can alternatively be airtight Be surrounded by insulation. Such isolation can be based on glass or ceramic and should be accordingly be temperature stable. It can too Be polymer ceramics. The insulation is here with the heater on arranged on the underside of the contact hotplate. It is also conceivable provide evacuated insulation within which the heater runs.
Eine Heizung bzw. eine Kontaktkochplatte kann mehrere drahtförmige Heizer aufweisen, beispielsweise zwei oder drei. Mindestens einer der Heizer, insbesondere genau ein Heizer, besteht dabei aus einer oben genannten Eisenbasislegierung mit Vorteil. So ist ein Teil der zur Verfügung stehenden Heizleistung selbstregelnd, was sich entweder auch auf die anderen Heizer direkt auswirken kann oder über die gesamte Wärmeeinkopplung auf die Kontaktkochplatte.A heater or a contact hotplate can be multiple wire-shaped Have heaters, for example two or three. At least one the heater, in particular exactly one heater, consists of one the above-mentioned iron-based alloy with advantage. That's part of it the available standing heat output self-regulating, which is also either the other heaters can affect directly or over the entire heat input on the contact hotplate.
Bei einer beispielhaften Ausführung der
Erfindung ist es möglich,
einen Heizer aus einer vorgenannten Eisenbasislegierung mit wenigstens
einem konventionellen Heizer, der ebenfalls aus Draht aus konventionellem
Widerstandsmaterial bestehen kann, in Serie zu schalten. Die Überhitzung
des Heizers mit PTC-Effekt bewirkt dann das Drosseln oder Abschalten
des gesamten Zweiges und somit auch des konventionellen Heizers. Ein
konventioneller Heizer kann beispielsweise eine FeCrAl-Legierung odgl. aufweisen.
Ein solcher Heizleiter ist in der
Bei einer anderen beispielhaften Ausführung der Erfindung kann eine Parallelschaltung aus einem Heizer mit einer vorgenannten Eisenbasislegierung und einem konventionellen Heizer vorliegen. In diesem Fall regelt sich der Heizer nur selber bzw. nur seinen eigenen Zweig ab. Des weiteren ist es selbstverständlich möglich, auch Mischungen aus parallel- und seriellen Schaltungen vorzusehen.Another exemplary execution the invention can be a parallel circuit from a heater with a aforementioned iron base alloy and a conventional heater available. In this case the heater regulates itself or just off his own branch. Furthermore, it is of course possible, too To provide mixtures of parallel and serial circuits.
Die Heizer, insbesondere in den vorgenannten möglichen Beschattungen, können in mehreren getrennten Zweigen vorgesehen sein. In mindestens einem der Zweige sollte ein Heizer aus einer vorgenannten Eisenbasislegierung vorgesehen sein. Dabei ist es möglich, sämtliche Zweige gemeinsam mit elektrischer Energie zu beaufschlagen. Die einzelnen Zweige können in sogenannten definierten Flächenbereichen verlaufen, welche sich zwar umgeben und aneinander angrenzen kön nen, im wesentlichen jedoch nicht überlappen oder durchdringen. Die Flächenbereiche sind vorteilhaft an die Form der Kontaktkochplatte angepasst, beispielsweise rund und konzentrisch zueinander.The heater, especially in the aforementioned potential Shading, can be provided in several separate branches. In at least one The branches should be a heater made of an iron-based alloy be provided. It is possible all To apply electrical energy to branches together. The individual branches can in so-called defined areas run, which can surround and adjoin each other, in the but do not substantially overlap or penetrate. The surface areas are advantageously adapted to the shape of the contact hotplate, for example round and concentric to each other.
Zur Beschaltung solcher Zweige mit mehreren Heizern kann ein grundsätzlich beliebiges Schaltgerät verwendet werden, welches unterschiedliche Beschaltungen herstellen kann. Diese können seriell und/oder parallel sein, wobei mehrere Zweige in völlig freier Beschaltung zusammengeschaltet und mit elektrischer Energie versorgt werden können. Dabei können verschiedene Zweige auf unterschiedliche Arten und Weisen zusammengeschaltet werden. Je nach Art der Beschaltung sind sie mit unterschiedlich großer Energie beaufschlagbar. Dies gilt vor allem dann, wenn eine solche erfindungsgemäße Kontaktplatte ähnlich einer üblichen Kochstelle mit mehreren Heizkreisen an einer Spannungsquelle angeschlossen ist und entweder getaktet wird oder die Leistung durch die Beschaltungsart einstellbar ist.To connect such branches with multiple heaters can be one any switching device used which can produce different circuits. these can be serial and / or parallel, with several branches in completely free Circuitry interconnected and supplied with electrical energy can be. You can different branches interconnected in different ways become. Depending on the type of wiring, they are different greater Energy can be applied. This is especially true if such Contact plate according to the invention similar to a conventional hotplate with several heating circuits connected to one voltage source and is either clocked or the power by the type of wiring is adjustable.
Einerseits kann eine Kontaktkochplatte eine sogenannte Gusskochplatte sein, wie sie verbreitet ist. Der oder die Heizer können dabei zwischen Rippen verlaufen, welche an die Unterseite der Gusskochplatte angeformt sind. Dabei können die Heizer, wie zuvor beschrieben, in einer Isolierung und unter Umständen auch einer Art Rohrheizkörper verlaufen.On the one hand, a contact hotplate a so-called cast iron hotplate, as it is common. The or the heater can run between ribs, which are molded onto the underside of the cast-iron hotplate are. You can the heater, as previously described, in insulation and under Circumstances too a kind of tubular heater run.
Als Alternative zu einer Gusskochplatte ist es möglich, einen vorgenannten Heizer, vorteilhaft zusammen mit weiteren konventionellen Heizern, an einer Kontaktkochplatte aus Keramikmaterial zu verwenden und anzubringen. Hier ist es von Vorteil, wenn der Heizer Flachdrahtform aufweist und mit guter Wärmeleitung, bevorzugt flächig, an der Unterseite der Keramik befestigt ist. Eine Flachdrahtform kann hier bis zu einer breiten Folienform reichen, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Heizerfläche, Heizerquerschnitt und Heizerleistung zu schaffen.As an alternative to a cast hotplate Is it possible, a heater mentioned above, advantageously together with other conventional ones Heaters to be used on a ceramic contact plate and attach. Here it is advantageous if the heater is flat wire has and with good heat conduction, preferably flat, is attached to the bottom of the ceramic. A flat wire shape can range up to a broad film shape to achieve a balanced relationship between heater surface, To create the heater cross section and heater power.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung 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 wirdThese and other features of preferred Further developments of the invention go beyond the claims from the description and the drawings, the individual Characteristics for each alone or in several in the form of sub-combinations one embodiment of the invention and in other fields be realized and advantageous also for yourself protectable versions can represent for the protection is claimed here
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:Embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and are described below explained in more detail. In the drawings show:
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispieledetailed Description of the embodiments
In
An der Unterseite der Kochplatte
Der Heizleiter
Zur Aufbringung des Heizleiters
In
In
Vorteilhaft ist das Rohr
Das Rohr
In den
Funktionfunction
Die Funktion soll im wesentlichen
anhand der
Derartige sozusagen selbst-temperaturregelnde Heizleiter können auf verschiedene Art und Weise eingesetzt werden. Im Gegensatz zu sonstige PTC-Fühlern oder PTC-Elementen sollen die hier beschriebenen Heizleiter vor allem als Heizleiter verwendet werden und nicht nur als Übertemperatursicherungen.Such self-regulating temperature, so to speak Heating conductor can can be used in different ways. In contrast to other PTC sensors or PTC elements should be the heating conductors described here be used as a heating conductor and not only as overtemperature protection.
In
Zusätzlich zu den dargestellten Heizleitern, welche gemeinsam spannungsbeaufschlagt sind, können noch weitere Heizleiter an derselben Kontaktkochplatte befestigt sein. So könnte beispielsweise ein separat schaltbarer Zweikreis-Heizkörper geschaffen werden.In addition to the ones shown Heating conductors, which are jointly subjected to voltage, can still additional heating conductors can be attached to the same contact hotplate. So could for example, a separately switchable two-circuit radiator become.
Es ist zu erkennen, dass bei Erreichen
einer als kritisch anzusehenden Temperatur der Kochplatte wegen
der relativ gleichmäßigen Temperaturverteilung
in der Kochplatte der Heizleiter
Bei entsprechender Auslegung der
Heizleiter, insbesondere des Heizleiters
Die
Bei dieser Verschaltung der Heizleiter
Sind an einer Kochplatte mehrere erfindungsgemäße Heizleiter aus einer Eisenbasislegierung angeordnet, welche insbesondere gemeinsam mit einer Spannung leistungsbeaufschlagt sind, so ist es von Vorteil, diese flächig verteilt über eine Kochplatte anzuordnen. So ist eine Entdeckung lokaler Überhitzungen und Berücksichtigung dieser Überhitzung besser möglich. Des weiteren ist es bei bestimmten Bauarten von Kochplatten möglich, in üblicherweise besonders heißen Bereichen konventionelle Heizleiter durch solche erfindungsgemäße Heizleiter aus einer Eisenbasislegierung zu ersetzen.There are several on one hotplate heating conductor according to the invention arranged from an iron-based alloy, which in particular together are energized with a voltage, so it is beneficial to this flat spread over to arrange a hotplate. Such is a discovery of local overheating and consideration this overheating better possible. Furthermore, it is possible with certain types of hotplates, usually especially hot Areas of conventional heating conductors by such heating conductors according to the invention made of an iron-based alloy.
Die verschiedenen Heizer oder Heizleiter können in etwa die gleiche Leistung aufweisen.The different heaters or heating conductors can have approximately the same performance.
Ein Ausführungsbeispiel in ZahlenAn embodiment in numbers
Die Funktionsweise einer vorbeschriebenen Kochplatte mit einer Serienschaltung eines normalen Heizleiterdrahts und eines PTC-Widerstands soll anhand eines Zahlenbeispiels im folgenden verdeutlicht werden.The functioning of a previously described Cooking plate with a series connection of a normal heating wire and a PTC resistor will use a numerical example below be made clear.
Die Kochplatte weist einen normalen Heizleiter auf, dessen Widerstand von ca. 15 Ohm bei Raumtemperatur auf ca. 20 Ohm bei 800°C ansteigt. Zusätzlich weist die Kochplatte einen PTC-Heizleiter auf, dessen Widerstand von 5 Ohm bei Raumtemperatur auf ca. 32 Ohm bei 800°C ansteigt. Die beiden Heizleiter sollen in Reihe geschaltet sein und mit einer Spannung von 230 V betrieben werden.The hotplate has a normal one Heating conductor on, its resistance of about 15 ohms at room temperature to approx. 20 ohms at 800 ° C increases. additionally the hotplate has a PTC heating conductor whose resistance increases from 5 ohms at room temperature to approx. 32 ohms at 800 ° C. The two heating conductors should be connected in series and with one Voltage of 230 V can be operated.
Der Temperaturverlauf soll anhand der folgenden Tabelle veranschaulicht werden: The temperature curve should be illustrated using the following table:
Ein Topf mit gutem Wärmeentzug wird bei 300°C mit einer Leistung von knapp 2kW beheizt. Ist der Topf leer und steigt die Temperatur der Kochplatte stark an, wird die Leistung deutlich reduziert und man erhält bei höchsten Temperaturen von knapp 800°C nur noch etwa die halbe Heizleistung von etwas mehr als 1 kW. Dadurch ist wieder eine Abkühlung bzw. eine weniger starke Erhitzung möglich.A pot with good heat extraction is at 300 ° C heated with an output of almost 2kW. Is the pot empty and if the temperature of the hotplate rises sharply, the output will decrease significantly reduced and you get at highest Temperatures of almost 800 ° C only about half the heating output of just over 1 kW. Thereby is a cooling off again or less intense heating possible.
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