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Vorrichtung zum Erwärmen des Inhaltes von ganz oder teilweise aus
elektrisch bzw. magnetisch gut leitendem Werkstoff bestehenden Behältern, insbesondere
zum Erhitzen der Speisen in Kochtöpfen, Pfannen od. dgl. mittels eines umlaufenden,
mechanisch angetriebenen mehrpoligen Magnetsystems Gegenstand der Erfindung ist
eine Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Energie in Wärme unter Verwendung des
Wirbelstrom- bzw. Hysteresiseffektes, vorzugsweise zur Zubereitung von Speisen in
Töpfen, Pfannen oder ähnlichen Behältern.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, die Behälter zur Erwärmung von Speisen
oder auch. das zu erwärinende Gut in schnell wechselnde Magnetfelder einzubringen,
so daß sich in den metallisch leitenden Behältern bzw. im zu erwärmenden Gut Wirbelströme
ausbilden. Dieses Verfahren setzt jedoch einen beträchtlichen apparativen Aufwand
voraus, da es notwendig ist, die Frequenz der Wechselfelder hoch zu wählen, um in
kürzester Zeit eine ausreichende Erwärmung zu erzielen. Man hat auch schon Geräte
gebaut, bei welchen die dielektrischen Verluste im elektrischen Feld zur unmittelbaren
Erwärmung der Speien ausgenutzt werden. Hierbei ist der Behälter aus elektrisch
nichtleitenden Werkstoffen hergestellt und bleibt unbeheizt. Bei diesem letzteren
Verfahren müssen besondere Wärmestrahler oder ähnliche Vorrichtungen vorgesehen
sein, wenn eine Überhitzung der Speise an der Oberfläche aus geschmacklichen oder
sonstigen Gründen gewünscht ist. Die erwähnten ,Nachteile bei den bekannten Vorrichtungen
werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß entweder bei Erwärmung des Bodens
eines Behälters eine parallel unter ihm befindliche, in Rotation versetzbare Kreisscheibe
aus ferromagnetischem Material angeordnet ist, auf welcher in gleichen radialen
Abständen auf geringem Raum eine Vielzahl von aus Dauermagnetwerkstoff bestehenden
Magneten mit in axialer Richtung zum Behälterboden hin gerichteten llagiletfeld
abwechselnder Polarität vorgesehen ist, oder daß bei Erwärmung einer einen Rotationskörper
darstellenden Seitenwand des Behälters ein diese Seitenwand unigebender, koaxial
angeordneter, in Umdrehung versetzbarer Rotationskörper bzw. Rotationshohlkörper
aus ferromagnetischein Material angeordnet ist, auf welchem in der gleichen Rotationsebene
auf geringem Raum eine Vielzahl von aus Dauerinagnetwerkstoff bestehenden Magneten
mit in radialer Richtung zur Behälterwand hin gerichtetem Magnetfeld abwechselnder
Polarität vorgesehen ist.
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Auf diese Weise wird bewirkt, daß in dem elektrisch leitenden Behälter
ein Wechselfeld sehr hoher Frequenz entsteht, das die Bildung von Wirbelströmen
in hellem Grade begünstigt. Dieses Wechselfeld heller Frequenz wird durch die erfindungsgemäße
Anordnung einer Vielzahl von Magneten mit abwechselnder Polarität auf geringem Raum
erreicht, so, daß besondere Einrichtungen zur Erzeugung einer hohen Frequenz nicht
erforderlich sind. Hieraus ergibt sich eine wesentliche Leistungssteigerung gegenüber
den bekannten Geräten bei gleichzeitiger Senkung der Herstellungskosten, da für
die apparative Ausführung standartmäßige, im Handel leicht beziehbare Ausführungen
verwendet werden können.
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Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei der zur Erzeugung voll Wirbelströmen
Verwendung finden, die den Vorteil haben, daß der Erregerstrom für diese Elektromagnete
in weiten Grenzen regelbar ist. Damit ist auch die Wärmeentwicklung besonders einfach
zu regeln. Die bekannten Elektromagnete sind aus hochpermeablen Eisenkernen, die
mit einer Spule versehen sind, hergestellt. Wegen der hohen Permeabilität der Eisenkerne
dieser bekannten Einrichtungen ist die Streuung an den Polenden zum Nachbarpol besonders
groß, so daß die Nutzstreuung, die auf den zu erhitzenden Gegenstand einwirken soll,
bei geringem Abstand der Pole einen Prozentsatz ausmacht, der gegenüber dem Aufwand
an elektrischer Energie verhältnismäßig klein ist. Aus diesem Grunde ist es nicht
möglich, die bekennten Elektromagnete so dicht beieinander anzuordnen, wie es für
eine gedrängte Bauweise gemäß der Erfindung notwendig ist. Bei der Erfindung werden
daher moderne Dauermagnete, insbesondere anisotrope Magnete verwendet, deren Leitfähigkeit
senkrecht zu ihrer Vorzugsrichtung wesentlich geringer als in Magnetisierungsrichtung
ist. Dadurch wird es möglich, die Pole sehr dicht aneinanderzurücken, so daß auf
kleinem
Raum eine große Anzahl wechselnder Polflächen untergebracht werden können. Gemäß
der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, daß auch bei Elektromagneten die Polstücke,
insbesondere die Polköpfe, an Stelle von Weicheisen aus einem anisotropen dauermagnetischen
Werkstoff hergestellt werden. Hierdurch wird die Streuung zwischen den benachbarten
Polen auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
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Bei all diesen Konstruktionen kann durch die Zahl der Pole bzw. die
Bewegungsgeschwindigkeit die Frequenz der die Wirbelströme erzeugenden Felder leicht
auf eine solche Größe gebracht werden, daß die Erwärmung in kürzester Zeit auf das
gewünschte Maß erfolgt. Zum Tragen der Töpfe, Pfannen u. dgl. ist eine Platte angeordnet,
die aus unmagnetischem, elektrisch nicht bzw. schlecht leitendem Werkstoff besteht
und in der eine Ringnut auf der den Magneten zu gerichtete Seite ausgespart ist.
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Da bei dieser Art der Erwärmung des Inhaltes von Töpfen, Pfannen u.
dgl. von dem umlaufenden Magnetfeld ponderomotorische Kräfte auf den zu erwärmenden
Körper wirksam werden, wird in einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen,
zum Festhalten der Körper gegebenenfalls abschaltbare Dauer- oder Elektromagnete
derart anzuordnen, daß die Körper von ihnen gegenüber dem umlaufenden Feld festgehalten
werden. Diese Magnete sind an geeigneten Stellen des Gerätes angebracht, wie z.
B. an der Platte über dem umlaufenden Feldmagneten, auf welche die zu erwärmenden
Töpfe usw. aufgesetzt werden. Dabei ist vorteilhaft die Einschaltvorrichtung der
Haltemagnete mit der Einschaltvorrichtung des Antriebsaggregates der bewegten Magnete
derart gekuppelt, daß die Haltemagnete vor Einschalten des Antriebsaggregates in
Tätigkeit treten, während die Ausschaltung der Haltemagnete gegebenenfalls über
besondere Schaltmittel bewirkt wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß die ponderomotorischen
Kräfte zur Wirkung kommen können, bevor die Fixierung der Kochgeräte stattgefunden
hat, bzw. daß zwangläufig beim Auslaufen der umlaufenden Magnete nach Abschaltung
ihres Antriebsaggregates die zu erwärmenden Töpfe, Pfannen u. dgl. einer ungewollten
Bewegung unterworfen werden können.
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Außer auf die weiter oben bereits erwähnte Art kann die Temperatur
der zu erwärmenden Töpfe, Pfannen u. dgl. auch dadurch geregelt werden, daß der
Abstand zwischen den Magneten und den zu erwärinenden Töpfen usw. gegebenenfalls
automatisch mittels Bimetall-, Expansions- oder ähnlichen Körpern verändert wird.
Bei dieser Art der Regelung kann es sich als zweckmäßig erweisen, zu der bereits
erwähnten magnetischen Fixierung mechanische Hilfsmittel hinzuzufügen, wie beispielsweise
Nasen, Stiftführungen od. dgl., die der Abstandsänderung stattgeben, ohne jedoch
eine räumliche Verschiebung in der Ebene der Aufnahmeplatte zu gestatten.
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Vorteilhaft sind die umlaufenden Magnete in zwei oder mehr konzentrisch
oder mit parallelen Achsen angeordnete Magnetgruppen aufgeteilt, die so angetrieben
werden, daß sie gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Bewegungen ausführen. So
kann man z. B. die umlaufenden Magnete aus zwei konzentrisch ineinanderlaufenden
Ringen herstellen, die in entgegengesetzter Richtung umlaufen. Die durch diese beiden
Magnetringe auf das zu erwärmende Gerät übertragenen Bewegungsmomente sind demnach
auch entgegengesetzt gerichtet, so daß die zur Fixierung des Kochgerätes erforderlichen
Kräfte beträchtlich kleiner werden. Die vorstehend beschriebene Vorrichtung kann
außer zum Kochen von Nahrungsmitteln eine weiter gehende Anwendung finden, so z.
B. zum Zwecke der Dampferzeugung in Kesseln. In diesem Falle wirken die umlaufenden
Magnete auf Scheiben- oder zylinderförmige Teile aus geeignetem Werkstoff ein, die
entweder ganz oder teilweise Bestandteile des Kessels sind.
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Der Antrieb der umlaufenden Magnete kann ganz beliebig erfolgen, so
z. B. durch bekannte Verbrennungs-, Wasser-, Wind- usw. Kraftmaschinen. Hierbei
tritt der hohe Wirkungsgrad einer solchen Anlage neben seiner Einfachheit und Billigkeit
besonders in Erscheinung. Wenn elektrische Energie zur Verfügung steht, wird man
vorzugsweise Elektromotore wegen der Einfachheit des Betriebes benutzen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen gemäß
der Erfindung in verschiedenen Anwendungen veranschaulicht, und zwar zeigt Fig.
1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Kochvorrichtung zum Bereiten von Speisen,
Fig.2 eine Ansicht auf das Polrad gemäß Fig. 1, Fig.3 einen Längsschnitt durch eine
Vorrichtung zur Dampferzeugung.
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Die Kochvorrichtung besteht aus dem Gehäuse 1, dem Boden 2, dem auf
dem Boden angeordneten Sokkel 3, auf welchem der Elektromotor 4 angeschraubt ist.
Die Welle 5 dieses Motors trägt eine Scheibe 6 aus ferromagnetischem Werkstoff,
auf welcher kranzförmig Dauermagnete 7 senkrecht zur Scheibenfläche befestigt sind.
Diese Dauermagnete haben prismatischen Querschnitt, wobei die längeren Seitenflächen
in radialer Richtung liegen. Sie sind senkrecht zur Scheibenebene magnetisiert derart,
daß abwechselnd Nord- und Südpole nebeneinanderliegen. Über dieser Magnetscheibe
ist eine das Gehäuse abdeckende Platte 8 aus nichtmetallischern Werkstoff, wie z.
B. aus Kunststoff, befestigt. In dieser Kunststoffplatte ist auf der dem Polrad
6, 7 zugewandten Seite eine Ringnut 9 ausgespart, in welche die Dauermagnete mit
Luftspalt hineinragen. In dieser Abdeckplatte sind an beliebigen Stellen und beiderseits
der Ringnut 9 mit Polschuhen 10 versehene Dauermagnete 11 eingelassen. Diese Haftmagnete
haben die Aufgabe, eine an dieser Stelle auf die Abdeckplatte aufgesetzte Pfanne
12, die aus elektrisch gut leitendem Werkstoff, wie z. B. Kupfer, besteht, in ihrer
Lage festzuhalten. Zu diesem Zweck ist auf dem Boden der Pfanne eine Platte 13 entsprechender
Größe aus ferromagnetischem Werkstoff festgelötet. Wird nun der Motor 4 in Gang
gesetzt, dann rotiert die Scheibe 6 mit den Dauermagneten 7 in der Nut 9 und gegenüber
der in diesem Bereich über der Platte 8 aufgesetzten Pfanne. Da wegen der wechselnden
Polarität der Scheibenmagnete die Kraftflüsse zwischen benachbarten 1Iagneten in
wechselnder Richtung und in schneller Folge durch den Boden der Pfanne hindurchtreten,
erhitzt sich der aus elektrisch gut leitendem Werkstoff bestehende Teil der Pfanne
12 durch die entstehenden Wirbelströme, während der aus ferromagnetischem Werkstoff
bestehende Bodeneinsatz durch Hysteresisverluste erhitzt wird. Beide physikalischen
Merkmale summieren sich also zu einer erhöhten und sehr schnellen Erhitzung der
Pfanne oder eines anderen beliebigen zur Zubereitung von Speisen dienenden Behälters.
Da hierbei ponderomotorische Kräfte durch die schnelle Drehung der Scheibe auf den
zu erhitzenden Körper zur Auswirkung gelangen, die das Bestreben haben, diese Körper
abzuheben bzw. wegzudrücken, sind die bereits erwähnten in die Platte eingelassenen
Haftmagnete
so stark bemessen, daß sie den ponderomotorischen Kräften das Gleichgewicht halten.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 handelt es sich um einen der
Dampferzeugung dienenden, mit Wasser gefüllten Kessel 14, dessen Boden 15 hutförmig
eingewölbt ist und der aus elektrisch gut leitendem Werkstoff, z. B. Kupfer, besteht.
In dieser zylindrischen Einwölbung 15 ca rotiert eine Glocke 16 aus ferromagnetischem
Werkstoff, auf deren Mantelfläche kranzförmig in radialer Richtung magnetisierte
Dauermagnete 17 in wechselnder Polfolge so angeordnet sind, daß zwischen den Polflächen
und der Wand der Auswölbung ein geringer Luftspalt verbleibt. Auf der gegenüberliegenden
bzw. der dein Wasserraum zugewandten Seite ist auf dieser Einwölbung 15a ein Ring
18 aus ferromagnetischein Werkstoff befestigt. Die Wirkung ist die gleiche wie bei
der Anordnung nach Fig. 1. Beim Antrieb der bei 19 gelagerten und mit einem nicht
dargestellten Elektromotor gekuppelten Antriebswelle 20 rotiert die Glocke 16, wobei
die Magnetflüsse der Magnete 17 in schneller Folge und abwechselnder Richtung sowohl
die Mantelfläche der aus Kupfer bestehenden Einwölbung 15 a als auch den Weicheisenring
18 durchfluten und hierbei eine Erwärmung dieser Teile durch Wirbelstrom- bzw. Hysteresiseffekt
herbeiführen. Diese Wärme wird dann auf das Wasser übertragen.