DE1961911A1 - Selbsttaetige Kocheinrichtung - Google Patents

Description

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Matsushita Electric Industrial Go·» Ltd., Kadoma/Osaka (Japan) Selbsttätige Koeheinriehtung

Gegenstand der Erfindung ist eine selbsttätige elektrische Kocheinriehtung mit einer Heizeinheit, bestehend aus einem einen kleinen Widerstand aufweisenden und aus einer Metallegierung bestehenden Heizelement, aus einem, diesem Heizelement nachgeschalteten, einen höheren Widerstand aufweisenden und aus einer Metallegierung bestehendem Heizelement sowie aus einem einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisenden keramischen Widerstandselement aus einem Bariumtitanat-Halbleiter, der zu dem den höheren Widerstand aufweisenden Heizelement parallelgeschaltet ist* Die Heizeinheit kocht zuerst das Kochgut mittels der Hitze, die in der Hauptsache von dem Heizelement mit dem kleinen Widerstand erzeugt wird, wonach der Widerstand des keramischen Elementes plötzlich ansteigt und den Stromfluss schwächt, so dass das Eoohgut von der Hitze warmgehalten wird» die in der Hauptsache von dem den höheren Widerstand aufweisenden Heizelement zugeführt wird·

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Die Erfindimg betrifft eine elektrische Koeheinriehtung, mit der selbsttätig ein Kochgut gekocht und warmgehalten werden kann/ welche Einrichtung gekennzeichnet ist durch eine Heizanlage mit zwei aus Metallegierungen bestehenden Heizelementen, von denen das eine Heiselement einen kleinen Widerstand und das andere Heizelement einen hohen Widerstand aufweist, wobei ferner ein aus einem Halbleiter bestehendes keramisches Element vorgesehen ist, dessen elektrischer Widerstand bei Erreichen einer bestimmten Temperatur plötzlich ansteigt»

_ Zum Stand der Technik wird das folgende ausgeführt· Die herkömmlichen selbsttätigen Xoeheinriehtungen halten das Kochgut auf einer gleichbleibenden Temperatur unter Verwendung eines Beiais, beispielsweise mittels eines bimetallischen Schalters« Der Kontakt des Eelais versagt jedoch häufig und kann daher die selbsttätige Koeheinrichtung nicht ordnungsgemäß ein- und ausschalten.

in der amerikanischen Patentschrift Fr· 5 575 774 wird eine verbesserte selbsttätige Kocheinrichtung offenbart, die eine Heizeinrichtung mit einem Heizelement aus einer Ki-Cr-Legierung aufweist, dem ein einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisendes keramisches Widerstandsheizelement nachgefe schaltet ist, das aus einem Bariumtitanat-Ealbleitermaterial besteht· Im Betrieb bei Raumtemperatur ist der Widerstand des keramischen Heizelementes niedriger als der Widerstand des aus einer legierung bestehenden Heizelemente«, so dass das letztgenannte Heiselement fast die gesamte, zum Kochen "benutzte Hitze erzeugt. Während des Keshene steigt die Temperatur des an der Außenseite des Bodens des Eochgeffißea angebrachten keramischen Heizelementes infolge der Seibetaufheisung an« Irreicht die Temperatur des keramischen Heizelementes sinen bestimmten. Wert, so steigt dessen Widerstand plötzlieh sm» w@tureh die Stärke des Stromflusses herabgesetzt, wird» lter Widerstand-'dee keramischen Heiaelementes ist äaim größer als der .Widerstand des aus der Legierung bestehenden Heizelementes· Die geringere Hitze, die in der Hauptsache Ton dem keramisch-sa Heizelement erzeugt wird, wird dann sum Wsrmhalten des Keehgtstes benutzt·

Die herkömmlichen selbsttätigen Kocheinriclrtungen weisen jedoch den Baehteil auf, dass die vom keramischen Heizelement erzeugte Hitze von der WiderstaJid-Temperatur-Kennlinie des einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisenden keramischen Heizelementes abhängt* Wie aus der Figo2 zu ersehen ist, ist im allgemeinen der positive Temperaturkoeffizient des Widerstandes des halbleitenden Bäriumtitanates sehr -hoeiu !Die herkömmlichen selbsttätigen Kocheinrichtungen weisen daher das unerwünschte Merkmal auf, .dass die Menge der in der Hauptsache aus dem keramischen Heizelement zugeführte Hitze im allgemeinen zu klein ist, um das gekochte Kochgut warmzuhalten·

Um die gewünschte Temperatur-Widers tand-Kennlinie zum Warmhalten zu erreichen» muss das halbleitende keramische Element durch Brennen in der ümgebungsluft erzeugt werden« Die Erzeugung von gleichartigen keramischen Elementen in großen Stückzahlen durch Brennen in der TJmgebungsluft ist jedoch nicht durchführbar· Abweichungen bei der Widerstand-Temperatur-Kennlinie können sieht vermieden werden· Eine weniger steile Widerstand-Temperatur-Kennlinie führt dazu, dass der in der Nähe des keramischen Heiselementes gelegene Seil nur erwärmt wird, während der am keramischen Heizelement gelegene feil zu stark gekocht wird. Sin weiterer Sachteil herkömmlicher selbsttätiger Kocheinrichtangen ist darin zu sehen, dass bei diesen Einrichtungen die Warahaltetemperatur nicht verändert werden kann·

Die Erfindung sieht daher vors

eine selbsttätige temperaturgesteuerte Kocheinrichtung ohne Heiaiskontakte, mit der ein Koehgut sowohl gekocht als auch nach beendetem Kochen selbsttätig warmgehalten werden kann, wobei im besonderen das gekochte Gut mit einer gewünschten Temperatur warm gehalten werden kann, die durch Einstellen des Widerstandes des den höheren Widerstand aufweisenden und aus einer Legierung bestehenden Heizelementes verändert werden kann.

Die Ziele der Erfindung werden mit einer selbsttätigen elektrischen Kocheinrichtung mit einer Heizeinheit erreicht,

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die aus einem halbleitenden keramischen Element besteht, das mit der Außenseite des Bedens eines Koehgefäßes in Berührung steht, sowie aus einem einen kleinen Widerstand aufweisenden Heizelement aus einer Legierung und aus einem einen großen Wideretand aufweisenden Heizelement aus einer Legierung, welche Heizelemente einander nachgeschaltet sind, wobei das den großen Widerstand aufweisende Heizelement zum halbleitenden keramischen Element parallelgeschaltet ist, und wobei beide aus Legierungen bestehenden Heizelemente am Kochgefäß angebracht sind und dem im Kochgefäß befindliehen Koehgut Hitze zuführen. Das halbleitende keramische Element besteht aus Sariumtitanat, dessen elektrischer Widerstand kleiner ist als der Widerstand der aus Legierungen bestehenden Heizelemente bei Raumtemperatur, welcher Widerstand in der Nähe der ferro elektrischen Übergangstemperatur des keramischen Materials rasch ansteigt. Sie Spannung-Strom-Kennlinie der Heizeinheit lässt den zum. Kochen erforderliehen Stromfluss zu, wonach der durch die Heizeinheit fließende Strom plötzlich geschwächt wird, so dass das Koehgut mit einer gegebenen Temperatur warmgehalten wird.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig.1 «in Schaltplan für die temperaturempfindliche Heizanlage nach der Erfindung,

Figo2 eine graphische Sarstellung der Temperaturabhängigkeit des Widerstand·» eines halbleitenden keramischen Elementes mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, welches Element aus Bariumtitanat besteht,

Fig.3 eine graphische Sarstellung charakteristischer Kurven Strom/Spannung bei verschiedenen Umgebungstemperaturen und bei einer Parallels ehaltung des den hohen Widerstand aufweisenden Heizelementes aus einer Legierung mit dem keramischen Element, und die

Fig.4 eine graphische Sarstellung der verschiedenen Arbeitspunkte der Heizeinrichtung bei verschiedenen ÜJemperatu-. ren·

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Bevor der Aufbau der selbsttätigen elektrischen Eicheinrichtung nach der Erfindung beschrieben wird, soll sue rs t die neue Heizeinrichtung unter Hinweis auf die !figuren 1-4 beschrieben werden«

Bei der in der 3Pig_e1 dargestellten Schaltung sind an die Stromversorgungsklemmen angeschlossen ein aus einer legierung bestehendes Heizelement 1 mit einem kleinen Widerstand und ein diesem nachgesehaltete« und aus einer Legierung bestehendes Heizelement 2 mit einem großen Widerstand, wobei zum Heizelement 2 ein keramisches Element 3 parallelgeschaltet ist« Der Warmhalteteil wird vom Heizelement 2 und vom keramischen Element 3 gebildet, während der Heizteil vom Heizelement 1 gebildet wirde Sie beiden Heiselemente 1 und 2 bestehen aus einer Legierung z.B. aus der Hi-Or-Legierung« Der keramische Widerstand 3 weist einen positiven Temperaturkoeffizient en des Widerstandes auf und besteht aus einem keramischen Bariumtitanat-Körper, dessen Widerstand temperaturabhängig nach der graphischen Darstellung in der Fig.2 ist. Der elektrische Widerstand des halbleitenden keramischen Elementes ist kleiner als der Widerstand der beiden anderen Heizelemente bei der Baumtemperatur, steigt jedoch bei einer bestimmten erhöhten Temperatur plötzlich stark an und ist dann höher als der Widerstand der beiden, aus einer Legierung bestehenden Heizelemente. Seiehe keramischen Widerstände mit einem positiven Temperaturkoeffizienten aind an sich bekannt, z.B. aus den amerikanischen Patentschriften ITr* 3 044 968 und 2 981 699ο

Die Pig*3 zeigt die mit 4, 5, 6 und 7 bezeichneten charakteristischen Spannung-Strom-Kiirven für das genanitits halbleitende keramische Element bei verschiedenen Umgebungstemperaturen,, Di· Umgebungstemperaturen werden in der Eeihenfolge der Kurven 4, 5, β und 7 immer höher. Mit 12 igt ä±e Spannung-Strom-Linie für da« zum keramischen Element p©rall@lges©haltete und den größeren Widerstand aufweisende Heiselement bezeichnet.

Der durch das den größeren Widerstand aufweisende. Heiselement fließende Strom wird mit dem inst eigen der angelegten Spannung linear stärker und bleibt fast konstant in bessug auf

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die Temperatur des Heizelementes mit dem größeren Widerstand. Da der durch das keramische Element fließende Strom mit dem Ansteigen der angelegten Spannung entsprechend stärker wird, so steigt die Temperatur des keramischen Elementes selbst an. tibersteigt diese Temperatur eines, bestimmten Wert, der von der Zusammensetzimg des keramischen Elementes abhängt, so wird der durch das keramische Element fließende Strem schwächer, selbst wenn die angelegte Spannung ansteigt. Die charakteristischen Spannung-Strem-Kurv.en steigen bei der Umgebungstemperatur und bei niedrigen angelegten Spannungen steil an, wie aus der Pig.3 zu ersehen ist. Bei einer hohen Umgebungstemperatur wird bei einer niedrigen angelegten Spannung eine bestimmte Temperatur erreichte Wie aus der Pig.5 zu ersehen ist, fallen die charakteristischen Spanrrung/Strom-Kurven des keramischen Elementes mit dem Ansteigen der Umgebungstemperatur ab» Die Kreuzungspunkte zwischen d en Spannung/Strom-Kurven 4, 5, 6 und 7 mit der Linie 12 sind mit 8, 9, 10 und 11 bezeichnet. Wird an die aus dem Heizelement mit dem größeren Widerstand und dem parallelg®s©halteten keramischen Element bestehende Warmhalteeinheit eine niedrigere Spannung als die am Kreuzungspunkt bestehende Spannung angelegt, so sind die Spannung/Strom-Kunren der Warmhalteeinheit ungefähr gleich den Kurven 4, 5» 6 und 7«> Ist die angelegte Spannung höher als die am Kreuzungspunkt bestehende Spannung, s© ändert sich die Spannung/Strom-Kurir© der Warmhalteeinheit und ist ungefähr gleich der geraden 12»

Di® Iig.4 seigt die Arfcaitspimkt© der

Heis®inriab,tung mit dem keramischen Element, dem Heizelement mit dem §ro*£eren Widerstand und mit fi@s dan kleinen Widerstand Aufweisenden Heizelement^ wesra an die Hsis@ini?ie2itung· die

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in &®v !ig·3 dargestellt» Bi@ Belaatna@Bli&ie Wiia^stssid ®ufw@±s@M©a Hsis®lemeat©s Isis b©i-13 g Iß &®r Sapfixi® Teränöert si®M diese Belaötußgeliai© etwas mit der Umgebungstemperatur· Bi@®e ¥eränd@nmg ist j©ftoeb VernaeJilässigbar gering Is Vergleioh. ma. der- ä©a k@rami@@han. Elementes

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Ein Arbeitspunkt wird gebildet von dem Schnittpunkt der Belastungslinie des den kleinen Widerstand aufweisenden Heizelementes mit einer Spannung/Strom-Kurre der Warmhalteeinheit, die aus dem keramischen. Element und dem Heizelement mit dem größeren Widerstand besteht. Der Arbeitspunkt kann bestimmt werden von dem in der Heizeinrichtung fließenden Sttrom und von der Spannung zwischen dem Heizelement mit dem kleinen Widerstand und dem Heizelement sit dem größeren Widerstand. Sie Spannung/ Strom-Kurven der Warahalteeinheit vändern sich in der Reihenfolge 4, 5, 6 und 7 bei ansteigender Umgebungstemperatur bei einer angelegten Spannung, die niedriger ist als die von den Kreuzungspunkten 8, 9, 10 und 11 bestimmten Spannungen; jjedoeh bleibt die Spannimg/Strom-Linie 12 der Warmhalteeinheit fast konstant ungeachtet der umgebungstemperatur bei einer angelegten Spannung, die höher ist als die von den Kreuzungspunkten bestimmte Spannimg· Der Arbeitspunkt wandert daher in der Reihenfolge 14» 15j 16 und 17, während zugleich der Strom schwächer wird, wie aus der Fig.4 zu ersehen ist, bis der Punkt 17 erreicht wird· Da die Belastungslinie am Punkt 17 die f angente an der Kurve 7 bildet, so wandert der Arbeitspunkt sofort vom Punkt 17 aus zum Punkt 18, sobald die umgebungstemperatur die von der Kurve 7 bestimmte Temperatur übersteigt· Infolgedessen sinkt die Stromstärke plötzlich ab, so dass die von der Heizeinrichtung abgestrahlte Hitze absinkt. Vor dem plötzlichen Absinken der Stromstärke wurde die zum Kochen erforderliehe Hitze vom Heizelement mit dem kleinen Widerstand erzeugt, während nach dem plötzlichen Absinken der Stromstärke die zum Warmhalten des Kochgutes erforderliche Wärme vom Heizelement mit dem großen Widerstand erzeugt wird. Der Punkt 18 kann bestimmt werden als Schnittpunkt der Kurve 12 mit der Kurve 13 ungeachtet der charakteristischen Kurve für das keramische Element· Besteht das den großen Widerstand aufweis ende Heizelement aas einen veränderbaren Widerstand, so kann die gewünschte Warmhalte temperatur eingestellt werden»

Eine elektrische Kocheinrichtung, die die erfindungsgemäße Heizeinrichtung besitzt, kann selbsttätig die ODemperatur einer gegebenen Menge Kochgut so bestimmen, dass das Kochgut bis zur

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Kochtemperatur erhitzt wird, die während der erforderlichen Kochzeit aufrechterhalten wird, wonach das Kochgut bei einer gewünschten Temperatur warmgehalten werden kann₀

Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung besteht aus einem ander Außenseite des Bodens eines Koehgefäßes angebrachten keramischen Element und aus zwei Heizelementen aus einer Hi-Ör-Legierungo Der elektrische Widerstand des keramischen Elementes ist viel kleiner als der der Heizelemente bei einer Raumtemperatur von 10 - 30^G0 und wird viel größer als der Widerstand der Heizelemente bei einer Temperatur oberhalb der-?

h jenigen Temperatur, bei der das Kochgut nach dem Kochen warm gehalten wird. Ein erwünschtes Verhält .!es Widerstandes des den kleinen Widerstand aufweisenden Heizelementes zum Widerstand des den großen Widerstand aufweisenden Heizelementes liegt im Bereich von 1/2 bis 1/10· Beispielsweise können die Widerstandswerte der beiden Heizelemente 20 0hm bezw· 120 0hm betragen, während das keramische Element die Widerstand-Temperatur-Kennlinie nach der 3fig»2 aufweisen kann, wobei dessen Widerstand bei Raumtemperatur 0,8 0hm und bei einer Temperatur von 200°0 8000 0hm beträgt« Bei dieser Heizeinrichtung stellt das Heizelement mit dem Widerstand von 20 0hm die primäre Wärmequelle dar, bis das Kochen beendet ist, während das Heizelement mit dem Widerstand von 120 Ohm die Wärmequelle zum

P Warmhalten des Kochgutes nach beendetem Kochen darstellt. Wird an diese Heizeinheit zuerst eine Spannung von 100 Volt angelegt, so verbraucht das Heizelement mit dem Widerstand von 20 0hm eine leistung von ungefähr 500 Watt und wird zum Kochen benutzte Erhöht sich der Widerstand des keramischen Elementes, wobei die Stromstärke absinkt, so verbraucht das Heizelement mit dem Widerstand von 20 0hm eine Leistung von 10 Watt, während das Heizelement mit dem Widerstand von 120 0hm eine leistung von 60 Watt verbraucht ₉ welche beiden Elemente zum Warmhalten benutzt werden» Die vom halbleitenden keramischen Element verbrauchte Leistung ist vernachlässigbar klein, da aufgrund des Eigenwiderstandes von 800 Ohm durch das keramische Element nur ein sehr schwacher Strom fließt. Wird anstelle des den feststehenden Widerstand von 120 0hm aufweisenden Heizelementes

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ein Begelwiderstand von 40 - 200 Ohm verwendet, so kann die zum Warmhalten des Kochgutes erforderliche Leistung entsprechend eingestellt werden· .

Die erfindungsgemäße elektrische Kocheinrichtung mit der Heizeinrichtung nach der Erfindung weist den Vorzug auf, dass die Stärke des durch die Heizeinrichtung fließenden Stromes selbsttätig reguliert werden kann, ohne dass ein Heiaiskontakt verwendet wird, während andererseits eine gewünschte Warmhaltetemperatur eingestellt werden kann, wenn anstelle des den großen Widerstand aufweisenden Heizelementes ein Regelwiderstand verwendet wird, und ferner kann ein keramisches Element mit sehr verschiedenen Widerstand/Temperatur-Kennlinien verwendet werden, da die zum Warmhalten des Kochgutes erforderliche Hitze vom Widerstand des den großen Widerstand aufweisenden Heizelementes bestimmt wird unabhängig von den Widerstand-Temperatur-Kennlinien des keramischen Elementes*

Patentansprüche

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Claims (1)

1. • -f.

   1961811 - 10 -

   Patentansprüche

   Sich selbsttätig regulierende Heizeinrichtung, gekennzeichnet durch einen Widerstand mit einem kleinen Widerstandswert, durch einen, dem genannten Widerstand nachgeschalteten und einen großen Widerstandswert aufweisenden Widerstand, und durch einen Widerstand mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten, der parallelgesehaltet ist zu dem den großen Widerstandswert aufweisenden Widerstand·

   Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den hohen Widerstandswert aufweisende Widerstand aus einem Eegelwiderstand besteht, und dass der Widerstandswert des einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweisenden Widerstandes kleiner ist als der Widerstand des den kleinen Wert aufweisenden Widerstandes bei einer ersten Umgebungstemperatur und größer als der Widerstandswert des den hohen Widerstandswert aufweisenden Widerstandes bei einer zweiten Umgebungstemperatur.

   Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweisende Widerstand aus einem halbleitenden keramischen Element aus Bariumtitanat besteht, dessen Widerstandswert kleiner ist als der Widerstandswert des den kleinen Widerstandswert aufweisenden Widerstandes bei Raumtemperatur, und dessen Widerstandewert größer ist als der Widerstandswe des den hohen Wideretandswert aufweisenden Widerstandes bei der f err ©elektrischen Übergangst emperatur des Widerstandes mit dem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten· .

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   4. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Widerstandswertes des den niedrigen Wert aufweisenden Widerstandes zum Widerstandswert des den hohen Wert aufweisenden Widerstandes im Bereich von 1/2 bis 1/10 liegt«

   ο Elektrische Kocheinrichtung mit einer selbsttätigen Heizregulierungseinriehtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizregulierungseinrichtung aufweist einen einen hohen Widerstandswert aufweisenden Widerstand, dem ein einen niedrigen Widerstandswert aufweisender Widerstand naehgeschaltet ist, sowie ein zum Widerstand mit dem hohen Widerstandswert parallelgeschalteten Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, der mit der Eicheinrichtung thermisch verkoppelt ist»

   ο Elektrische Kocheinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der den hohen Wert aufweisende Widerstand aus einem Regelwiderstand besteht, der das gekochte Kochgut bei einer gewünschten Temperatur warmhält, dass der Regelwiderstand einen höheren Widerstandswert aufweist als der Widerstand mit einem kleinen Wert oder als der Widerstand mi1r dem positiven Temperaturkoeffizienten bei der Raumtemperatur, welcher genannte wert jedoch kleiner ist als der Widerstandswert des Widerstandes mit dem positiven Temperaturkoeffizienten nach beendetem Kochen.

   7ο Elektrische Kocheinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand mit dem positiven Temperaturkoeffizient en aus einem halbleitenden keramischen Element aus Bariumtitanat besteht, dessen Widerstandswert kleiner ist als der Widerstandswert des den kleinen Wert aufweisenden Widerstandes bei Raumtemperatur, und dessen Widerstandswert größer ist als der Widerstand des den großen Wert aufweisenden Widerstandes bei· der Curie-Temperatur des Widerstandes mit dem positiven Temperaturekoeffizienten»

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   8«. Elektrische Kocheinrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des den kleinen Wert aufweisenden Widerstandes zum Widerstandswert des den hohen Wert aufweisenden Widerstandes im Bereich von 1/2 bis 1/1O liegt.

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