DE19701640A1 - Kontaktwärmeübertragendes Kochsystem mit einer Elektro-Kochplatte - Google Patents
Kontaktwärmeübertragendes Kochsystem mit einer Elektro-KochplatteInfo
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Description
Derzeit sind drei Arten von Kochsystemen bekannt, die auf
einer Platte stehende Kochgefäße im wesentlichen von unten
erwärmen. Dies sind aus Gußeisen bestehende Kochplatten, die
die Wärme überwiegend durch Wärmekontakt auf die Kochgefäße
übertragen, Strahlungsheiz-Kochgeräte, bei denen Strahlungs
heizkörper unterhalb einer Glaskeramikplatte angeordnet sind,
und Induktionskochplatten, die durch Induktionsfelder die
Energie in den Kochtopfboden übertragen. Die Gußkochplatten
sind seit über einem halben Jahrhundert bewährt und sind an
Robustheit, Zuverlässigkeit und Vielseitigkeit der Steuerbar
keit kaum zu übertreffen. Aufgrund ihres Werkstoffes haben
sie jedoch relativ lange Anheizzeiten und, wenn man nur den
Anheizbetrieb betrachtet, geringere Wirkungsgrade als die
Strahlungsheizkörper und die mit Induktion arbeitenden
Systeme.
Es sind schon Kontakt-Elektrokochplatten aus Keramikmaterial
vorgeschlagen worden, die bezüglich der Anheizzeiten und -wirkungs
grade die Gußkochplatten übertreffen. Sie haben sich
aber in der Praxis bisher nicht durchsetzen können. So ist
aus der DE-A-37 28 466 eine Elektro-Kochplatte mit einem
Kochplattenkörper aus Metall oder Keramiken wie Silizium
nitrid bekannt, die mittels eines Dickschicht-Widerstandes
beheizt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kontaktwärmeübertragendes
Kochsystem mit Elektrokochplatten zu schaffen, das in Bezug
auf Wirkungsgrade, Steuer- und Regelbarkeit gegenüber bis
herigen Kochsystemen verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 2 gelöst.
Wenn die Kochplatte so eben ist, daß sie in einem Temperatur
bereich zwischen der Raumtemperatur und ca. 500 K, also im
Bereich der Betriebstemperatur der Kochplatte, über den
größten bzw. wesentlichsten Teil ihres Kochbereiches weniger
als 0,1 mm von einer idealen Ebene abweicht, dann kann mit
ebenfalls derart ebenen Kochgefäßen gearbeitet werden. Sollte
eine solche Ebenheit weder bei den Kochgefäßen noch bei der
Elektrokochplatte einzuhalten sein, dann können die miteinan
der zusammenwirkenden Flächen z. B. gleichmäßig gewölbt sein,
aber bzgl. ihres maximalen Abstandes voneinander die gleichen
Bedingungen einhalten. Dabei könnten sie sich während der
Erwärmung sogar verformen, jedoch beide gleichsinnig und in
gleichem Maße, wobei sie beispielsweise Kugel- bzw. Kugel
kalottenflächen bilden können.
Durch diese Maßnahmen wird eine extrem gute Wärmeübertragung
sichergestellt. Sie führt dazu, daß die Temperaturdifferenz
zwischen der Oberfläche der Kochplatte und dem Kochtopfboden
auch bei größeren Leistungsdichten sehr klein werden kann.
Die Elektrokochplatte braucht dann nicht wesentlich wärmer zu
werden als das Kochgut, weil bisher bei kontaktwärmeübertra
genden Kochplatten der sich zwischen der Kochfläche der Elek
trokochplatte und dem Kochtopfboden bildende Luft-Spalt die
relativ hohe Temperaturdifferenz zwischen Elektrokochplatte
und Kochgut bestimmte. Dagegen sind die hauptsächlich durch
Wärmeleitung bestimmten Temperaturdifferenzen im Material von
Elektrokochplatte und Kochgefäß fast vernachlässigbar. Da bei
den angegebenen angepaßten Gegebenheiten die Temperaturdiffe
renzen im eventuell entstehenden "Mikrospalt" aufgrund seiner
geringen Spaltgröße sehr gering werden und im Bereich weniger
K liegen, besteht auch bzgl. der Wärmeübertragung kaum noch
ein Unterschied zu dem wirklich idealen Kontakt zwischen
beiden Flächen. Dadurch wird die Wärme auch sehr gleichmäßig
von der Elektrokochplatte abgenommen und dem Kochgefäß
zugeführt. Dies führt einerseits dazu, daß die Kochplatte
nicht mehr wärmeverteilend sein muß und andererseits wird der
Kochtopfboden sehr gleichmäßig erwärmt, so daß lokale Tempe
raturunterschiede, die zu einem über die Fläche ungleichmä
ßigen Kochergebnis (Ansetzen) führen können, vermieden sind.
Wegen der Tendenz extrem gut aneinander angepaßter Körper,
infolge des "Mikrospaltes" aneinander zu "kleben", kann ein
System von Mikro-Belüftungskanälen in den zusammenwirkenden
Oberflächen von Kochgefäß und/oder Kochplattenkörper vorgese
hen sein. Sie können sternförmig und/oder in Umfangsrichtung
verlaufen. Die von ihnen eingenommenen Flächenanteile sind
sehr gering, so daß sie die Gesamt-Wärmeübertragung kaum
behindern, wenn die Ebenheit im überwiegenden Teil des
Kochbereiches eingehalten wird.
Als Werkstoff für den Kochplattenkörper ist nichtoxidische
Keramik bevorzugt, und zwar insbesondere Siliziumnitrid
(Si3N4). Dieses kann in Form einer Scheibe vorliegen. Dieses
Material hat für den Zweck hervorragende Eigenschaften und
kann auch durch Additive eingefärbt werden. In reiner Form
hat es eine weiße Farbe.
Bei der Materialauswahl und der Gestaltung und Bemessung der
Kochplatte sollten bestimmte Kriterien eingehalten werden,
die teilweise sehr wichtig sind, um das gewünschte Ergebnis
zu erzielen. So sollte beispielsweise die Wärmedurchgangszahl
in der Kochplatte, nämlich das Verhältnis der Wärmeleitfähig
keit zur durchschnittlichen Kochplattenkörperdicke im Kochbe
reich kleiner als 20.000 W/m2K sein, vorzugsweise zwischen
6.000 und 12.000 W/m2K. Auch die Wärmeleitfähigkeit des
Kochplattenmaterials sollte in einem bestimmten Rahmen liegen
und insbesondere nicht zu hoch sein, nämlich zwischen 5 und
40 (vorzugsweise 8 und 20) W/mK. Während man denken sollte,
für derartige kontaktwärmeübertragende Systeme sei eine
besonders hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmedurchgangszahl
wichtig, wurde festgestellt, daß die angegebenen Werte
besonders vorteilhaft sind. Bei einer zu guten Wärmeleitfä
higkeit wird die Wärme nämlich auch in der Kochplatte zur
Seite hin abgeleitet, was Probleme beim Einbau, z. B. beim
Einkleben der Kochplatte in eine Einbauplatte, machen kann.
Die Wärmeausdehnungszahl des Kochplattenmaterials sollte
zwischen 2 und 6×10-6 [1/K] liegen. Die Wärmeausdehnungs
zahl hat einen Einfluß auf die Ebenheit der Platte. Infolge
der geringen Temperaturdifferenzen zwischen Ober- und Unter
seite des Kochplattenkörpers sind jedoch die Dehnungsunter
schiede, die zu einer erwärmungsbedingten Krümmung führen
könnten, gering.
Für ein energiesparendes und schnell regelbares Kochsystem
ist die Speicherenergie des Kochplattenkörpers von Bedeutung.
Bezogen auf die installierte Leistung der Kochplatte sollte
diese zwischen 7 und 130 J/W, bevorzugt zwischen 10 und
50 J/W betragen. Insbesondere beim Anheizen wird dadurch nur
geringe Energie benötigt, um die Platte auf eine Arbeitstem
peratur zu bringen. Auch hier spielt es aber eine wesentliche
Rolle, daß der Kochplattenkörper selbst keine so hohe Tempe
ratur annehmen muß, um die Wärme an das Kochgut weiterzu
geben.
Die Oberflächenbelastung, d. h. die installierte Leistung je
Flächeneinheit des Kochbereiches, kann durchaus im Bereich
von bisherigen Hochleistungskochplatten liegen und zwischen 4
und 16 W/cm2 (bevorzugt 5 bis 7 W/cm2) betragen.
Bedeutsam für das gesamte Kochsystem ist eine relativ geringe
durchschnittliche Dicke des Kochplattenkörpers im Kochbe
reich, die zwischen 2 und 5 mm, bevorzugt ca. 3 mm betragen
kann. In dieser Beziehung ist nichtoxidische Keramik, und
insbesondere Siliziumnitrid, sehr bevorzugt, weil die hervor
ragenden mechanischen Eigenschaften dafür sorgen, daß auch
bei so geringen Dicken die zu fordernden Eigenschaften bzgl.
Ebenheit, Kratzfestigkeit etc. eingehalten werden. Es sind
aber auch andere Materialien möglich, die aufgrund ihrer
Eigenschaften die Einhaltung der zu fordernden Bedingungen
für die Ebenheit ermöglichen. So könnte auch ein legierter
Stahl mit einem hohen Nickelanteil, z. B. 42% Ni, verwendet
werden, der im Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und
500 K eine lineare Wärme-Ausdehnungszahl unter
12×10-6[1/K], vorzugsweise 4 bis 5×10-6[1/K], hat. Ein
ähnlicher Stahl mit 36% Ni ist unter dem Handelsnamen
"INVAR" bekannt.
Der Kochplattenkörper sollte als eine an Ober- und Unterseite
ebene Scheibe vorliegen, wobei an der Unterseite davon
durchaus Abweichungen davon möglich sind, wie später noch
beschrieben werden wird. Die Oberseite des Kochplattenkörpers
sollte jedoch mindestens geschliffen sein, um die geforderte
Ebenheit zu garantieren. Läppen und Polieren der Oberfläche
führen zusätzlich zu einer Verbesserung der thermischen Ver
hältnisse. Zur Einhaltung der nötigen Kratzfestigkeit sind
Härten über 1400 (HV 10 nach DIN 50 133) bevorzugt.
Wichtig sind auch die elektrischen Eigenschaften. So wird ein
spezifischer elektrischer Widerstand des Materials des Koch
plattenkörpers über 1×106, vorzugsweise über 1×1013
Ohm/cm angestrebt. Somit ist es möglich, daß die Beheizung
der Kochplatte durch unmittelbar auf die Unterseite des
Kochplattenkörpers aufgebrachte Beheizungen, beispielsweise
Dickschichtbeheizungen, erfolgen kann. Derartige Dickschicht
beheizungen werden aus in Form einer aufgedruckten Paste
erzeugten Schichten hergestellt. Es sind aber auch Dünn
schichtwiderstände möglich, beispielsweise durch PVD- oder
CVD-Verfahren aufgebrachte Widerstandsschichten (physika
lische bzw. chemische Abscheidung im Vakuum).
Ferner kann erfolgreich mit Flammspritzverfahren gearbeitet
werden, die auch mit Plasma arbeiten können. Auf diese Weise
könnte auch eine Zwischenschicht aus einem als Haftvermittler
und/oder elektrische Isolation dienenden Material, beispiels
weise Aluminiumoxid (Al2O3) aufgespritzt werden. Eine elek
trische Isolation kann insbesondere wichtig sein, wenn eine
elektrisch leitfähige Keramik, beispielsweise Siliziumkarbid,
verwendet wird.
Es sind jedoch auch andere Heizungsarten möglich, beispiels
weise eine angedrückte oder angeklebte Folie, wobei in allen
Fällen die eigentliche Heizleiterkontur durch Ausschnitte
hergestellt werden kann (beispielsweise durch Laserbearbei
tung, durch Erodieren, Ätzen oder Schleifen). Dabei ist eine
Herstellung bevorzugt, bei der der Kochplattenkörper an
seiner Unterseite entsprechend dem Verlauf der Heizwider
standsbahnen profiliert ist, so daß die die Abstände bilden
den Bereiche erhöht liegen. Danach wird das Heizwiderstands
material ganz flächig auf die Unterseite des Kochplattenkör
pers aufgebracht und schließlich dieser so übergeschliffen,
daß das Material an den erhöht liegenden Stellen entfernt
wird.
Als Heizwiderstände eignen sich auch insbesondere solche mit
PTC-Charakteristik, d. h. mit ausgeprägt positiver Temperatur
charakteristik ihres Widerstandes. Wegen der sehr massearmen
und kaum wärme-querleitenden Eigenschaften des Kochplatten
körpers ist es dabei vorteilhaft, wenn die Beheizung sich
abschnittsweise selbst abregeln kann. Dies kann dadurch
geschehen, daß der Heizwiderstand aus an ihrer Ober- und
Unterseite elektrisch kontaktierten Heizwiderstands
schichten, -blöcken oder -plättchen gebildet ist, die PTC-Charakteristik
haben. Sie werden also senkrecht zur Kochplattenfläche vom
Strom durchflossen. Bei Erreichen der Regeltemperatur verrin
gern sie durch Anstieg des Widerstandes ihre Leistung und
halten somit die Temperatur konstant, wobei sie vorzugsweise
auf eine der Maximaltemperatur der Elektro-Kochplatte ent
sprechende Sprungtemperatur ihres Widerstandes eingestellt
sind.
Regelung und Steuerung einer solchen Hochleistungskochplatte
kommt große Bedeutung zu. Die Steuerung kann vorzugsweise
durch eine Mehrtaktschaltung, d. h. Parallel-,
Einzel- und/oder Reihenschaltung mehrerer Heizwiderstandsabschnitte
erfolgen, wobei es bevorzugt ist, in einem Schaltbereich
kleinerer Leistung eine Impulssteuerung zusätzlich vorzu
sehen, d. h. eine Taktsteuerung mit unterschiedlichen rela
tiven Einschaltdauern.
Wegen der vorher schon geschilderten Gegebenheiten sollte die
Regelung nicht über die gesamte Kochfläche summierend,
sondern einzelne Bereich selektiv erfassend ausgebildet sein.
So kann beispielsweise eine Flächenüberwachung mit
NTC-Charakteristik der Temperaturbegrenzungs-Sensoren eingesetzt
werden, z. B. eine Sensorschicht mit Durchschlagscharakteris
tik. Bei entsprechend schnell zugreifender Regelung könnte
dabei der Heizleiter selbst eine der Kontaktschichten der
Sensorschicht bilden.
Aufgrund der geringen Wärmedurchgangswiderstände erlaubt eine
Messung der Temperatur der Kochplatte einen unmittelbaren und
unverzögerten Rückschluß auf die Temperatur des Kochgutes. Es
ist damit eine neuartige Steuerung des Kochvorganges durch
führbar. So kann beispielsweise schon beim Ankochen eine
kurzzeitige Abschaltung oder Reduzierung der Heizleistung
erfolgen, wobei dann aus der Charakteristik der dann ge
messenen Unstetigkeit im Temperaturverlauf auf den Grad der
Ankopplung und andere Kriterien geschlossen werden kann,
anhand derer dann der weitere Kochvorgang geregelt oder
gesteuert wird. Eine solche "Kontrollabschaltung" kann dann
auch noch im weiteren Verlauf des Kochvorganges mehrfach
durchgeführt werden um den jeweiligen Zustand und Verlauf des
Kochvorganges zu ermitteln.
Der Einbau der Kochplatte in eine Kochmulde, einen Kochherd
und insbesondere eine dazugehörende Einbauplatte erfolgt
vorzugsweise dadurch, daß der Kochplattenkörper selbsttragend
in eine Ausnehmung einer Einbauplatte eingesetzt wird, z. B.
die Öffnung einer Hartglas- oder Glaskeramikplatte oder auch
in eine Edel- bzw. emaillierte Stahlplatte. Auch andere
Werkstoffe, z. B. Naturstein- oder Kunststeinplatten sind
geeignet. Ferner sind auch temperaturbeständige Kunststoff- oder
kunststoffgebundene Platten, insbesondere mit hohen
anorganischem Füllstoffanteil, einsetzbar, z. B. ein unter dem
Handelsnamen "SILGRANIT" bisher für Spülbecken verwendeter
Werkstoff (Fa. BLANCO, Oberderdingen).
Da es für den Gebrauch der Kochplatte sinnvoll ist, sie
nahezu ebenengleich mit der sie umgebenden Einbauplatte
einzubauen und da auch Verspannungen von dem Kochplattenkör
per ferngehalten werden sollten, ist es sinnvoll, sie mit
einem wärmebeständigen Kleber einzukleben. Dabei sollte sie
jedoch geringfügig über der Oberfläche der Einbauplatte
vorstehen, um sicherzustellen, daß ein darauf stehendes Koch
gefäß auf der Kochfläche und nicht auf der Einbauplatte
aufsteht.
Bei der Einklebung ist ein kritischer Punkt die Wärmebestän
digkeit des Klebers. Hier hilft die relativ geringe Querlei
tung des Kochplattenkörpers und seine geringe Dicke mit, die
Temperaturen an der Rand-Klebestelle gering zu halten. Es
ist jedoch sinnvoll, für eine gute Wärmeableitung zur Einbau
platte oder zu anderen, darunter liegenden Medien, beispiels
weise einer Mulde oder eines unteren Kochplattendeckels, zu
sorgen. Es sollte also in diesem Bereich eine Wärmebrücke
gebildet werden, die auch in Form eines Auflageringes für
den Kochplattenkörper ausgebildet sein kann.
Vorzugsweise hat der Kochplattenkörper im Randbereich eine
trichterförmige Anschrägung und liegt in einer entsprechend
ausgebildeten Öffnung der Einbauplatte. Er kann, falls
notwendig, von einem Auflagering abgestützt sein, der zur
Toleranzüberbrückung zwischen den zusammenwirkenden Flächen
der Einbauplatte und des Kochplattenkörpers dient und somit
die genaue Lage der Ebenen von Kochplatte und Einbauplatte
für die Klebung vorgibt.
Die Heizung kann mit einer Wärmedämmschicht unterlegt sein,
wobei jedoch diese allenfalls eine Stützfunktion hat. Im
wesentlichen ist die Einbauplatte vorteilhaft selbsttragend.
Da die Kochplatte aufgrund ihrer vergleichsweise niedrigen
Oberflächentemperaturen und, im Gegensatz zu Strahlungsheiz
körpern, nicht vorhandenen sichtbaren Eigenstrahlung ihren
Beheizungszustand nicht selbst anzeigt, ist es sinnvoll,
dafür besondere Mittel vorzusehen. So könnte beispielsweise
im die Elektrokochplatte umgebenden Bereich der Einbauplatte
eine im Betrieb beleuchtete Zone, z. B. eine umlaufende
Ringzone vorgesehen sein. Sie könnte durch Ausnehmung im
Dekor einer Hartglas-Einbauplatte gebildet sein und auch
Lichtleiterelemente, wie einen glasartigen Ring, enthalten.
Auch ist eine mittels Dickschichttechnik bedruckte Folie
denkbar, die elektrolumineszente Eigenschaften hat.
Durch die Erfindung wird ein Kochsystem geschaffen, das mit
extrem guten Wirkungsgraden arbeiten kann. Dies ist ein
Ergebnis der sehr guten thermischen Ankopplung des Kochgefä
ßes und seines Inhaltes an die Beheizung mit geringen Tempe
raturdifferenzen zwischen diesen und der Tatsache, daß diese
Beheizungsart sehr masse- und speicherarm ist. Dies wirkt
sich besonders in den Ankochwirkungsgraden aus, die bei der
herkömmlichen, aus Gußeisen bestehenden Kontakt-Kochplatte
bei 60%, bei Glaskeramikstrahlungs-Kochsystemen bei 70%, bei
Induktionskochstellen mit ihren hohen Anforderungen an
Technik und Kochgefäße bei 80% liegen. Mit dem Kochsystem
nach der Erfindung sind aber Ankochwirkungsgrade um 90%
erreichbar. Ein weiterer großer Vorteil sind die geringen
maximalen Temperaturen an Kochplatte und Beheizung, die nur
wenig über den Temperaturen des Kochgutes liegen. Beim Kochen
wasserhaltiger Speisen liegen sie also nicht viel über 100°C,
während sie auch zum Braten oder Frittieren in siedendem Öl
normalerweise nicht über 350°C kommen.
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 Ausfüh
rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht
sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun
gen 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.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. In den
Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer in eine
Einbauplatte eingebauten Elektrokochplatte,
Fig. 2 eine schematische Ansicht ihrer Beheizung und
ihre Temperaturfühler,
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild,
Fig. 4 eine Detail-Unteransicht eines anderen Behei
zungs- und Sensorschemas,
Fig. 5 schematische (und stark überhöhte) Darstellung
einer Elektrokochplatte und eines Kochgefäßes
im vertikalen Schnitt,
Fig. 6 ein stark vergrößerter schematischer Schnitt
eines Kochplattenkörpers mit Beheizung,
Fig. 7 einen Schnitt durch einen Kochplattenkörper
und seine Beheizung,
Fig. 8 eine entsprechende schematische Darstellung
von Kochplattenkörperbeheizung und -regelung,
Fig. 9 bis 17, 19 und 20 verschiedene Einbaualternativen der Kochplatte
in einer Einbauplatte im vertikalen Detail
schnitt,
Fig. 18 eine perspektivische Ansicht eines in Fig. 17
gezeigten Einbauringes,
Fig. 21 und 22 je eine in eine Einbauplatte eingebaute
Kochmulde mit Einbauplatte und je zwei Elek
trokochplatten,
Fig. 23 eine schematische Darstellung des Temperatur
verlaufes an einer Kochplatte bei einer
besonderen Regelungs- bzw. Temperaturüber
wachungsfunktion,
Fig. 24 bis 29 schematische Ansichten der
Beheizung.
Fig. 1 zeigt ein Kochsystem mit einer Elektrokochplatte 11,
von denen eine oder mehrere in eine Einbauplatte 12 eines
Elektroherdes, einer Elektrokochmulde o. dgl. eingebaut sind.
Diese kann wiederum in eine Arbeitsplatte 13 (Fig. 21, 22)
eines Küchenmöbels o. dgl. eingesetzt sein.
Wesentlicher Bestandteil der Elektrokochplatte ist ein
Kochplattenkörper 14. Er besteht aus einer meist kreisför
migen (Fig. 2) Scheibe aus nichtoxydischer Keramik, vorzugs
weise aus gesintertem Siliziumnitrid (Si3N4). Andere Werk
stoffe sind möglich, sofern die vorstehend und teilweise auch
im folgenden näher erläuterten mechanischen, thermischen und
elektrischen Eigenschaften eingehalten werden können. Die
Dicke der Platte sollte eine Dicke zwischen 2 mm und 4 mm
betragen.
Am Außenrand 15 ist der scheibenförmige Kochplattenkörper 14
konisch ausgebildet, und zwar sich nach unten verjüngend.
Dieser konische Außenrand 15 ist passend zu einem ent
sprechenden konischen Öffnungsrand 16 der Einbauplatte 12
gestaltet. Die Einzelheiten des Einbaus werden später anhand
der Fig. 9 bis 16 näher erläutert.
An der Unterseite des Kochplattenkörpers ist eine Heizung 17
in Form elektrischer Widerstands-Heizelemente angeordnet, die
anhand der Fig. 2 bis 8 noch erläutert wird. Sie ist von
einer Wärmedämmung 18, z. B. aus einer "Tablette" aus leicht
verpreßtem pyrogenen Kieselsäure-Aerogel, unterlegt, die in
einer aus Blech bestehenden Trägerschale 19 liegt. Sie wird
anhand der Fig. 15 und 16 noch beschrieben. Im Ausfüh
rungsbeispiel der Fig. 1 ist sie zweiteilig aus einem
umlaufenden Ring 20 und einem unteren Bodenabschnitt 21
gebildet. Die Trägerschale 19 trägt nur die Wärmedämmung, da
der Kochplattenkörper 14 selbsttragend in die Einbauplatte 12
eingesetzt ist.
Der von der Heizung 17 beheizte Koch- oder Arbeitsbereich 22
des Kochplattenkörpers 14 reicht bis auf einen eine thermi
sche Isolierstrecke bildenden Abstand an den Außenrand 15
heran. Im überwiegenden Teil dieses Bereiches, vorzugsweise
über die gesamte obere Kochfläche 23 der Elektrokochplatte
ist der Kochplattenkörper extrem eben. Sowohl in der Makro- wie
in der Mikro-Unebenheit, d. h. in der großräumigen Wellig
keit und in der Rauhigkeit, weicht die Oberfläche 23 nicht
mehr als 0,1 mm, vorzugsweise sogar nicht mehr als 0,05 mm,
von einer idealen Ebene ab. Zu diesem Zweck ist die Oberflä
che des Kochplattenkörpers eben geschliffen oder auf andere
Weise oberflächenbearbeitet.
Die gleichen Voraussetzungen gelten für die untere Fläche 24
eines daraufstehenden Kochgefäßes 25, so daß der natürlich
stets vorhandene Mikrospalt 26 zwischen den Flächen 23 und 24
sich im Bereich zwischen 0 mm und höchstens 0,2 mm bewegt.
Vor allem wird aber diese Ebenheitsbedingung nicht nur bei
Raumtemperatur, sondern in einem Bereich zwischen dieser und
ca. 500 K, vorzugsweise sogar bis 600 K, eingehalten, so daß
im gesamten Arbeits-Temperaturbereich der Kochplatte diese
minimale Spaltdicke gilt.
Bei bisherigen Kochplatten und den darauf verwendeten Kochge
schirren wurden diese Werte bei weitem überschritten. Vor
allem änderte sich die Makrogestalt der Kochfläche im Ar
beitstemperaturbereich durch unterschiedliche Wärmedehnungen,
und zwar auch abhängig von den Bedingungen der Wärmezufuhr
und -abnahme, d. h. der Kühlung der Oberfläche. Da trotz des
Versuches, im kalten Zustand ebene Kochflächen zu schaffen,
dies nicht eingehalten werden konnte und sich auch im Betrieb
dauernd änderte, wurden selbst aufgrund bestehender Normen
die unteren Flächen der Kochgefäße bewußt konkav ausgeführt,
damit wenigstens am Außenrand dieser Spalt kleiner wurde und
das Kochgefäß auf der Kochplatte nicht "kippeln" konnte.
Durch die Einhaltung der extremen Ebenheit und Anpassung an
die zugehörige Fläche 24 des Kochgefäßes werden die Tempera
turunterschiede zwischen der in direktem Wärmekontakt mit der
unteren Fläche 27 des Kochplattenkörpers stehenden Heizung 17
und dem Inneren des Kochgefäßes und damit dem Kochgut sehr
gering. Sie betragen nur wenige K. Dieser gesamte Temperatur
unterschied, der folgende Übergangs- bzw. Durchgangswerte
beinhaltet: Wärmeübergangheizung/Kochplattenkörper, Wärme
leitung im Kochplattenkörper, Wärmedurchgang durch den
Mikrospalt 26 sowie Wärmeleitung im Kochtopfboden, kann unter
50 K, vorzugsweise unter 30 K liegen und unterscheidet sich
damit um eine Größenordnung von den Werten bisheriger Koch
platten. Diese geringen Temperaturdifferenzen tragen auch
dazu bei, daß die sie bewirkenden Bedingungen, d. h. Ebenheit
unter allen Temperaturbedingungen etc. dauerhaft eingehalten
werden. Es wäre auch möglich, durch eine der Temperatur
schichtung entgegenwirkende Materialbeeinflussung und/oder
unterschiedliche Werkstoffschichtung eine "Anti-Bime
tall-Wirkung" im Kochplattenkörper und/oder im Kochgefäßboden zu
schaffen, indem die wärmeren Flächen geringer wärmedehnend
ausgeführt werden.
Das Kochgefäß 25 ist in Fig. 1 in der üblichen Größenrelation
gezeigt, d. h. entsprechend bisherigen Empfehlungen in der
Größe der unteren Fläche 24 etwas größer als der Außendurch
messer des Kochplattenkörpers. Die untere Fläche des Koch
topfbodens steht daher nach oben etwas über die obere Fläche
28 der Einbauplatte über. Dieser Überstand der Kochfläche 23
über die Einbauplatte sollte zwar möglichst gering sein, bei
spielsweise in der Größenordnung von 0,5 mm bis 1 mm, jedoch
sollte dieser Wert mit Sicherheit eingehalten sein, damit
nicht der Mikrospalt 26 durch ein Aufstehen des Kochgefäßes
auf der Einbauplatte unzulässig vergrößert wird.
Aufgrund der extrem guten Wärmeübertragung und der Ebenheit
ist es allerdings kaum nötig, daß das Kochgefäß seitlich über
die Kochfläche übersteht. Es ist sogar vorteilhaft, wenn das
Kochgefäß im Durchmesser etwas kleiner ist als die Kochfläche
(in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet), weil dadurch das
Kochgefäß keine Wärmebrücke zwischen der beheizten Fläche
(Kochbereich 22) und dem Außenrand 15 des Kochplattenkörpers
14 bildet.
Das Material des Kochplattenkörpers ist Siliziumnitrid
(Si3N4), das jedoch durch gewollte Zusätze oder auch durch
ungewollte Verunreinigungen unterschiedliche Eigenschaften
haben kann. Während das Material in reiner Form nahezu weiß
ist, kann es in weniger reiner Form auch recht dunkel er
scheinen. Vorzugsweise kann es aber auch durch entsprechende
Farbadditive in unterschiedlichen Farben, beispielsweise
grün oder rotbraun, eingefärbt werden. Dies erhöht die
Attraktivität in einem so sehr vom Design bestimmten Gebiet
wie dem des Küchenbaus.
Bezüglich der technischen Eigenschaften sollten folgende
Charakteristika beachtet werden:
Die Wärmeleitfähigkeit des Kochplattenmaterials sollte zwischen 5 und 40, vorzugsweise zwischen 8 und 20 W/mK betragen. Da die Mikro-Ebenheit sich durch Verkratzung etc. zu Ungunsten der Wärmeübertragung verändern könnte, sollte die Oberfläche des Kochplattenkörpers möglichst kratzfest sein. Dazu sollte die Härte über 1400 (HV 10 nach DIN 50 133) betragen. Zur Mikro-Ebenheit ist zu bemerken, daß sich die für die Funktion wesentlichen Werte auf Durchschnitts-Rauhig keitswerte beziehen. Einzelne tiefere Riefen beeinträchtigen jedenfalls die Wärmeübertragung viel weniger als viele weniger tiefe Vertiefungen oder gar ein hochstehender Grad. Insofern ist für das Kochplattenmaterial auch wichtig, daß es eine geringere Duktilität hat als Metalle es üblicherweise haben, weil dadurch bei einem Kratzer eine Gratbildung entfällt.
Die Wärmeleitfähigkeit des Kochplattenmaterials sollte zwischen 5 und 40, vorzugsweise zwischen 8 und 20 W/mK betragen. Da die Mikro-Ebenheit sich durch Verkratzung etc. zu Ungunsten der Wärmeübertragung verändern könnte, sollte die Oberfläche des Kochplattenkörpers möglichst kratzfest sein. Dazu sollte die Härte über 1400 (HV 10 nach DIN 50 133) betragen. Zur Mikro-Ebenheit ist zu bemerken, daß sich die für die Funktion wesentlichen Werte auf Durchschnitts-Rauhig keitswerte beziehen. Einzelne tiefere Riefen beeinträchtigen jedenfalls die Wärmeübertragung viel weniger als viele weniger tiefe Vertiefungen oder gar ein hochstehender Grad. Insofern ist für das Kochplattenmaterial auch wichtig, daß es eine geringere Duktilität hat als Metalle es üblicherweise haben, weil dadurch bei einem Kratzer eine Gratbildung entfällt.
Der spezifische elektrische Widerstand des Materials des
Kochplattenkörpers sollte über 1×106, vorzugsweise über ca.
1×1013 Ohm/cm betragen. Dieser Wert, der außer von dem
Grundmaterial auch von Beimengungen beeinflußt wird, sollte
so hoch liegen, damit die Heizung unmittelbar auf die untere
Fläche 27 des Kochplattenkörpers 14 aufgebracht werden kann,
ohne daß eine Isolierschicht zwischenzuschalten ist. Dies
ist aber ebenfalls möglich, beispielsweise durch Flamm
spritzen von Aluminiumoxid auf die Unterseite. Bei entspre
chend geringer Schichtdicke ist die Beeinträchtigung des
Wärmedurchganges gering. Außerdem kann diese Schicht als
Haftvermittler für die Anbringung der Heizung dienen.
Die Wärmeausdehnungszahl des Kochplattenmaterials sollte
zwischen 2 und 6×10-6[1/K] betragen.
Außer den reinen Materialeigenschaften spielen auch Charakte
ristika eine große Rolle, die sich aus der Kombination von
Materialwerten und entsprechenden Abmessungen bzw. Leistungs
werten ergeben. Wichtig ist die Wärmedurchgangszahl in der
Kochplatte (unter Ausklammerung der Wärmeübergangs-Widerstän
de an beiden Seitenflächen des Kochplattenkörpers). Sie
ergibt sich aus dem Verhältnis der Wärmeleitfähigkeit (Lambda)
zur durchschnittlichen Kochplattenkörperdicke (d) im Kochbe
reich. Hier ist ein Wert unter 20.000 W/m2K günstig, damit
die die Wärme zum Kochplattenrand hin ableitende Wärmeleitung
in der Kochplatte begrenzt bleibt, während durch die geringe
Dicke des Kochplattenkörpers der Wärmedurchgang in Hauptwär
meflußrichtung, d. h. zwischen den beiden Flächen 24 und 27
ausreichend hoch ist.
Bei der Bemessung der installierten Leistung der Heizung ist
folgendes zu berücksichtigen:
Die Speicherenergie des Kochplattenkörpers sollte sehr gering sein. Sie liegt zwischen 7 und 130 J/W, bevorzugt bei 10 bis 50 J/W. Dies garantiert schnelle Aufheizung und gute Anheiz wirkungsgrade bei erhaltenen Regelmöglichkeiten. Die Oberflä chenbelastung kann der üblicher Kochplatten entsprechend und zwischen 4 und 16 W/cm2 (5 bis 7 W/cm2) betragen.
Die Speicherenergie des Kochplattenkörpers sollte sehr gering sein. Sie liegt zwischen 7 und 130 J/W, bevorzugt bei 10 bis 50 J/W. Dies garantiert schnelle Aufheizung und gute Anheiz wirkungsgrade bei erhaltenen Regelmöglichkeiten. Die Oberflä chenbelastung kann der üblicher Kochplatten entsprechend und zwischen 4 und 16 W/cm2 (5 bis 7 W/cm2) betragen.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Kochplattenkörpers 14 von
unten. Man erkennt in dünnen Bahnen mehrwindig spiralförmig
aufgebrachte Heizleiterbahnen 29 mit Anschlußflächen 30, an
denen beispielsweise durch mechanische Kontaktierung, Schwei
ßen (z. B. mittels Ultraschall) oder Lötung Anschlußdrähte
angebracht sein können. Die Heizleiterbahnen 31, 32, 33, die
in jeweils drei zueinander parallelen Bahnen sechs bis sieben
Spiralwindungen machen, liegen so eng, daß selbst bei Ein
schaltung nur einer oder einige dieser Bahnen eine gleich
mäßige Beheizung möglich ist. Sie sind in Form von Dick
schichtwiderständen direkt auf die Unterseite des Koch
plattenkörpers aufgebracht, indem das entsprechende Muster
mit einer Dickschichtpaste aufgedruckt wird und dann durch
Wärmebehandlung der Heizleiter verfestigt wird. Aufgrund der
Anschlüsse ist die in Fig. 3 gezeigte Schaltung möglich, bei
der die einzelnen Heizleiterabschnitte 31, 32, 33 in einer
an sich bekannten Sieben-Takt-Schaltung, z. B. mit einem
Nockenschalter 34 oder auch elektronisch in einzelnen Schalt
kombinationen geschaltet werden können, um zwischen einer
höchsten Leistungsstufe (alle drei Heizleiter parallel) bis
zu einer kleinsten Heizstufe (alle Heizleiter in Reihe) in
den unterschiedlichen Kombinationen von Parallel-, Einzel- und
Reihenschaltung sechs verschiedene Leistungsstufen
hervorzubringen. In der untersten Leistungsstufe (Heizleiter
31 bis 33 in Reihe) kann zusätzlich über einen Vorsatzschal
ter 35 ein taktendes Leistungssteuergerät eingeschaltet
werden, das noch geringere Leistungen durch unterschiedliche
relative Einschaltdauern der taktenden Leistungszufuhr
ermöglicht. Wird eine Vollwellen-Impulspaketstreuerung
verwendet, kann die Heizung aus einem einzigen Widerstand
bestehen.
Fig. 1 zeigt am Rand des Kochplattenkörpers Temperatursen
soren 37, die in gleicher Weise mittels Dickschichttechnik
aufgedruckt sind. Sie überwachen dort den wegen des Einbaus
temperaturkritischen Randbereich. Sie sollten, wie alle
Temperaturüberwachungsorgane der Kochplatte, nicht summierend
geschaltet sein, sondern ihre Überwacherfunktion schon dann
auslösen, wenn ein einzelner von ihnen seine Abschalt
temperatur erreicht. Es ist daher in Fig. 3 angedeutet, daß
der von ihnen bediente Temperaturbegrenzer 37 jeweils einzeln
mit ihnen in Verbindung steht und bei einem Ansprechen die
gesamte Heizung abschaltet.
Fig. 4 zeigt ein anderes Heizleitermuster. Dort sind die
Heizleiter 29 in Form einer runden Zick-Zack-Linie gelegt. In
den nach außen offenen Bereichen zwischen den Heizleitern 29
sind Sensorbahnen 37 angeordnet.
Anhand von Fig. 1 wurde beschrieben, daß bei der dort gezeig
ten Ausführung die Kochfläche 23 extrem eben ist. Fig. 5
zeigt, in zur Veranschaulichung starker Überhöhung, eine
Ausführung, bei der die Kochfläche 23 des Kochplattenkörpers
14 in Form einer Kugelkalotte ballig (konvex) nach oben
gewölbt ist. Bei einer solchen Ausführung ist es notwendig,
daß die untere Fläche 24 des Kochtopfbodens 39 die entspre
chende Gestalt hat, d. h. in diesem Falle in gleicher Weise
konkav gewölbt ist. Auch hierfür sind die für die Ebenheit
aufgestellten Voraussetzungen einzuhalten, d. h. der Mikro
spalt 26 zwischen den Flächen 23 und 24 sollte im Arbeitsbe
reich der Kochplattentemperatur nicht über 0,1 mm ansteigen.
Der Kochplattenkörper 14 kann, wie gezeigt, schwach linsen
förmig, so daß er eine ebene Unterseite behält, oder auch an
der Unterseite entsprechend gewölbt sein.
Der Boden des Kochplattenkörpers kann bei der Ausführung nach
Fig. 1 und 5 ebenfalls aus einer nicht oxydischen Keramik
bestehen. Grundsätzlich sind hier jedoch keine Einschrän
kungen bzgl. der Materialwahl zu treffen, sofern die gefor
derten Ebenheits-Kriterien erfüllt sind.
Fig. 6 zeigt in starker Vergrößerung einen vertikalen Schnitt
durch einen Kochplattenkörper 14. Bei ihm sind, ebenso wie in
Fig. 5, die an den Rand 15 angrenzenden Bereiche mit einem
abgeschrägten Übergang versehen, um so trotz des geringen
Überstande über der Oberfläche 28 der Einbauplatte 12 ein
möglichst problemloses "Überschieben" des Kochgefäßes 25 auf
die und von der Kochfläche zu ermöglichen. Abgesehen von der
Abschrägung 40 ist die Oberseite 23 der Kochfläche eben. Die
Unterseite ist im wesentlichen auch eben, hat jedoch ein bei
der Herstellung erzeugtes Profil 41. Es enthält vertieft das
Muster der Heizungsverlegung, z. B. entsprechend dem in Fig. 2
gezeigten Muster. Zwischen diesen Vertiefungen 42 sind nach
unten vorspringende Erhebungen oder Stege 43 ausgebildet.
Zur Herstellung der Heizung 17 wird die Unterseite ganz
flächig mit einem Heizleitermaterial beschichtet. Dies kann
beispielsweise durch Flammspritzen bzw. Plasmaspritzen
erfolgen. Mit diesem Verfahren kann man relativ kostengünstig
und bei großer Materialauswahlmöglichkeit Heizwiderstands
materialen aufbringen. Es ist nur schwierig, beim Flamm
spritzen seitlich scharf begrenzte Profile herzustellen. Bei
der in Fig. 6 gezeigten Herstellungsweise kann jedoch die
Beschichtung ganz flächig erfolgen, wobei durch die senkrecht
zur Unterseite 27 erfolgende Spritzrichtung ohnehin die
horizontalen Flächen bevorzugt beschichtet werden.
Danach wird die Unterseite 27 des Kochplattenkörpers 14
übergeschliffen, und zwar soweit, daß das auf den Stegen 43
abgelagerte Heizleitermaterial abgetragen wird. Es verbleiben
dann lediglich die Heizleiterbahnen 29 in den jeweiligen
Vertiefungen 41 und bilden somit das gewünschte Heizleiter
muster bzw. -profil.
Fig. 6 zeigt ferner Belüftungskanäle 110, die in der Oberflä
che 23 vorgesehen sind. Sie bilden ein System von sehr
schmalen Kanälen, die radial und in Umfangsrichtung verlaufen
und dafür sorgen, daß die ebenen Flächen 23, 24 nicht infolge
Sogwirkung so aneinander haften, daß der Topf kaum abnehmbar
ist. Ein Belüftungskanalsystem kann auch in der Fläche 24,
d. h. im Kochtopfboden, vorgesehen sein. Das Belüftungs
kanal-System kann auch Bohrungen oder Öffnungen enthalten, die den
Kochplattenkörper 14 und/oder, wenn das aus Dichtheitsgründen
möglich ist, den Kochgefäßboden ganz oder teilweise durch
dringen.
Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung die Heizung 17
eines Kochplattenkörpers 14, bei der die Heizung aus einzel
nen Blöcken 29a aus einem Heizleitermaterial mit PTC-Charak
teristik besteht. Ein solches Material ist beispielsweise
Bariumtitanat. Die Plättchen 29a sind zwischen zwei Kontak
tierungsfolien 44 eingelegt, von denen die eine sich an der
Unterseite 27 des Kochplattenkörpers abstützt und die andere
von der Wärmedämmung 18 angedrückt wird. Es ist auch möglich,
diese Kontaktierungsfolien mit dem Kochplattenkörper und/oder
den Heizleiterplättchen 29a auf andere Weise zu verbinden,
beispielsweise durch wärmebeständigen und ggf. elektrisch
leitenden Kleber.
Aufgrund der positiven Temperaturcharakteristik des Wider
standes (PTC), die die Plättchen 29 haben, fließt dort ein
leistungsentsprechender Strom von der einen zur anderen
Kontaktierungsfolie 44 nur so lange, bis die für die
Sprungcharakteristik des gewählten PTC-Materials typische
Temperatur erreicht ist, nämlich die durch die Materialeigen
schaften des PTC-Materials bestimmten Begrenzungstemperatur.
Bei ihr erfolgt ein sprunghafter Anstieg des elektrischen
Widerstandes. Diese Art der Beheizung hat den Vorteil, daß
sie ohne jeden gesonderten Temperaturfühler oder entsprechen
de Begrenzungsmaßnahmen Temperaturüberschreitungen verhin
dert, und zwar punktuell an den Stellen, an denen eine
Überhitzung auftreten würde. Sie sichern also die Kochplatte
nicht nur gegen generelle Überhitzung, sondern auch gegen
"heiße Flecken", beispielsweise bei einem versehentlich
verschoben aufgesetzten Topf.
Fig. 8 zeigt eine Ausführung, bei der der Kochplattenkörper
14 mit einer in beliebiger Weise, beispielsweise in Dick
schichttechnik nach Fig. 1, aufgebrachten Heizung 17 versehen
ist. Ein Temperatursensor 37a wird dadurch erzeugt, daß die
Heizleiterbahnen 29 und auch die dazwischen liegenden, sie
trennenden Abschnitte mit einer bei Raumtemperatur isolieren
den Sensor-Zwischenschicht 45 überdeckt sind, z. B. aus einer
Glasschmelze oder einer Polyimidfolie (Kapton). Diese Mate
rialien haben eine NTC-Charakteristik, also einen bei einer
bestimmten Temperatur sprunghaft abnehmenden elektrischen
Widerstand, somit eine Art "Durchbruchs-Charakteristik".
Unterhalb dieser Sensor-Schicht 45 ist eine Sensor-Kontakt
schicht 46, beispielsweise eine dünne Metallschicht aufge
bracht.
Unabhängig von dem elektrischen Leistungsanschluß 46 der
Heizung 17 und in einem anderen Stromkreis wird eine ggf.
hochfrequente Sensorspannung zwischen den Heizleiterbahnen 29
und der Sensorkontaktschicht 46 angelegt. Bei einer Über
hitzung fällt der Widerstand der Sensorzwischenschicht 45
sprunghaft und durch den damit entstehenden Schluß zwischen
Heizleiterbahn 29 und Kontaktschicht 37a kann ein ange
schlossener Temperaturbegrenzer 38 eine Überhitzung feststel
len und die Heizung abschalten. Dies muß allerdings sehr
kurzfristig geschehen, da anderenfalls über mehrere "Durch
brüche" sonst ein Kurzschluß zwischen einzelnen Heizleiter
bahnen entstehen könnte. Diese Forderung entfällt, wenn beide
Kontaktschichten elektrisch von der Heizung 17 getrennt sind.
Fig. 9 zeigt ein Detail des Einbaus des Kochplattenkörpers 14
in eine Einbauplatte 12. Es ist dort zu erkennen, daß
zwischen dem trichterförmig ausgebildeten Öffnungsrand der
Einbauplatte und dem entsprechend geformten Rand 15 des
Kochplattenkörpers ein wärmebeständiger Kleber 47 eingebracht
ist, der die Kochplatte unmittelbar in der Einbauplatte
selbsttragend festlegt. Bei dem Kleber kann es sich um einen
wärmebeständigen Silikonkleber handeln, der normalerweise bis
zu Temperaturen von 250°C (300°C) beständig ist. Ein zylin
drischer Abschnitt 48 sorgt für eine genaue Zentrierung. Bei
der Einbauplatte 12 kann es sich um eine Hartglasplatte
handeln. Es sind aber auch Platten aus Glaskeramik möglich,
wenn dies wirtschaftlich sinnvoll ist. Auch Platten aus
Natur- oder Kunststein, beispielsweise Granit, oder mit
anorganischen, wärmebeständigen Füllstoffen versehene kunst
stoffgebundene Platten, wie "Silgranit" der Firma BLANCO,
Oberderdingen, oder Edelstahl- oder emaillierte Stahlplatten
sind möglich.
Da stets ein kleiner Abstand a zwischen der Kochfläche 23
und der Oberfläche 28 der Einbauplatte 12 eingehalten werden
muß und infolge von Herstellungstoleranzen bei den Rändern 15
und 16, unterstützt durch die Konizität, sowie durch unter
schiedliche Kleberdicken leicht Toleranzen auftreten könnten,
die die Einhaltung dieses Abstands a in Frage stellen, kann
gemäß Fig. 10 mit einer Lehre 49 gearbeitet werden. Diese
wird in die Öffnung 50 der Einbauplatte eingeführt und faßt
mit einem Flansch 51 unter diese. Die Oberfläche 52 des in
die Öffnung 50 eingreifenden Abschnittes der Lehre 49 bildet
somit eine von der Geometrie der Ränder 15, 16 unabhängige
Bezugsfläche, auf die der Kochplattenkörper 14 aufgelegt
werden kann, während er mittels des Klebers 47 eingeklebt
wird.
Fig. 11 und 12 zeigen z. B. entsprechend Fig. 10 angefertigte
Einbauvarianten mit geringerer Konizität der Ränder 15, 16
(Fig. 11) bzw. eine rein zylindrische Anordnung der Klebefuge
(Fig. 12).
Fig. 13 zeigt einen Einbauring 53 bei einem Einbau mit
zylindrischen Öffnungen bzw. Rändern entsprechend Fig. 12.
Der im Querschnitt Z-förmige Einbauring übernimmt die Aufgabe
der Lehre 49 und stellt somit die Einhaltung des Abstandes a
sicher, hat aber zusätzlich die Aufgabe, eine Wärmebrücke im
Randbereich zu schaffen, so daß von der Beheizung 17 zum Rand
strömende Wärme über diesen Ring abgeleitet wird, ggf. auch
zu einer Trägerschale 19, wie in Fig. 1 dargestellt. Der dort
gezeigte konische Einsatzring 20 könnte also hier durch den
Z-Ring 53 ersetzt werden. Auf diese Weise wird die tempera
turempfindliche Klebestelle 47 thermisch entlastet.
Fig. 14 zeigt einen Aufbau mit ziemlich hoch aufgesetzter
Kochplatte. Sie hat an ihrer Oberseite eine Abrundung 40a im
Randbereich und an dessen Unterseite eine winklige Randaus
nehmung, zwischen der und einer im übrigen zylindrischen
Öffnung 50 der Einbauplatte eine winklige Kleberschicht
eingebracht ist.
Fig. 15 zeigt einen Einbau mit konischen Rändern 15, 16, bei
der die Trägerschale 19 aus einem Stück gefertigt ist und an
ihrer oberen Randkante eine trichterförmige Aufweitung 54
aufweist, die zu dem trichterförmigen Rand 16 der Einbau
platte 12 paßt.
Die dreieckige Ausnehmung 68 zwischen dem Randbereich der
Unterseite 27 des Kochplattenkörpers und der Randaufweitung
54 kann bereits bei der Herstellung der Kochplatte mit einem
Silikonkleber oder einem anderen Kitt o. dgl. gefüllt werden.
Damit ist die Trägerschale 29 mit dem Kochplattenkörper 14
verbunden und die dazwischen eingelegte oder angebrachte
Heizung 17 sowie ein ggf. angebrachter Temperatursensor 37
und die Wärmedämmung 18 sind in ihren richtigen Positionen
zueinander festgelegt. Eine so entstandene "Einzelkochplatte"
kann dann mittels einer Silikonkleberschicht 47 in die
Öffnung 50 der Einbauplatte 50 eingesetzt werden. Eine andere
Möglichkeit, eine "Einzelkochplatte" zu schaffen, die nach
träglich in eine Einbauplatte 12 eingesetzt wird, ist in
Fig. 16 dargestellt. Dort ist der Kochplattenkörper 14 im
unteren Randbereich mittels einer Metall-Keramik-Verbindung
55 mit einem nach außen ragenden Flansch 54a der Träger
schale 19 verbunden. Es entsteht so ebenfalls eine hand
habbare und handelsfähige Kochplatteneinheit, die wiederum
mittels einer Kleberschicht 47 in die trichterförmige Öffnung
der Einbauplatte eingesetzt werden kann.
Zu den Fig. 14 bis 16 ist zu bemerken, daß sie eine
Überbrückung eines relativ großen seitlichen Spaltes zwischen
der Einbauplatte und dem Kochplattenkörper ermöglichen. Dies
kann notwendig sein, da beispielsweise bei der Herstellung
der Einbauplatte aus Hartglas dieses in ungehärtetem Zustand
bearbeitet werden muß. Während des Härtevorganges ist ein die
Maßhaltigkeit beeinträchtigender Verzug unvermeidbar. Um
diese Toleranzen zu überbrücken, muß ein relativ großer von
dem Kleber 47 überbrückter Abstand vorgesehen werden. Bei den
Ausführungen nach Fig. 15 und 16 sind die entsprechenden
Silikonfugen sichtbar, während sie vorteilhaft bei der
Ausführung nach Fig. 14 abgedeckt und optisch nicht mehr
störend sind.
Fig. 17 und 18 zeigen eine kleberfreie Einbauvariante, bei
der der mit einer oberen umlaufenden Randausnehmung 57
versehene Kochplattenkörper 14 von einem Einbauring 20
getragen wird. Dieser besteht aus einem im wesentlichen
zylindrischen Ringabschnitt 58 (siehe auch Fig. 18), der
mittels widerhakenartigen, als teilweise ausgestanzte Lappen
59 aus seiner Oberfläche heraus abgebogenen Halteelementen 59
sich einerseits an der Unterseite der Einbauplatte 12 fest
hält und andererseits mittels eines durch Punktschweißung 60
mit ihm verbundenen Auflagering 71 auf der Oberfläche 28 der
Einbauplatte sich abstützt. Wie in Fig. 18 schematisch
angedeutet ist, sind aus dem Ringabschnitt 58 mehrere Halte
laschen 59 für jede der mehreren am Umfang verteilten Halte
elementgruppen ausgestanzt, und zwar mit sehr geringem
Unterschied in der axialen Höhe, so daß Toleranzen oder
bewußte Unterschiede in der Dicke der Einbauplatte 12 berück
sichtigt werden können. Aus dem vorbereiteten Einbauring
werden dann entweder nur die Laschen herausgebogen, die für
die jeweilige Einbauplattendicke passen, oder zum Toleranz
ausgleich würden alle Laschen ausgebogen werden und nur
diejenigen einrasten, die beim Hineindrücken des Ringes 20
von oben in Einrastposition kommen.
Außer den nach außen abgebogenen Halteelementen 59 sind
ebenso hergestellte Halteelemente 61 nach innen gerichtet,
die unter den sich unterhalb der Randausnehmung 57 bildenden
Flansch 62 greifen und diesen nach oben gegen eine nach unten
gerichtete Abbiegung des Auflageringes 71 drücken. An dieser
Abbiegung kann ebenfalls ein widerhakenartiges Halteelement
63 nach innen abgebogen sein und sich im Bereich der Randaus
nehmung 57 zur klapperfreien Festlegung des Kochplattenkör
pers 14 an diesem verkrallen.
Fig. 19 zeigt einen Einbauring 20, der sich ebenfalls mit
Halteelementen 59 der in Fig. 17 und 18 gezeigten Art an der
Unterseite der Einbauplatte 12 festhält. Der Auflagering 71
ist einstückig mit dem Ringabschnitt 58 aus Blech herge
stellt. Die Festlegung des Kochplattenkörpers 14 erfolgt
durch in dem Ringabschnitt 58 vorgesehene Ausprägungen 58,
die in Vertiefungen 64, beispielsweise eine Ringnut, am
Außenumfang des Kochplattenkörpers eingreifen.
Die Ausführung nach Fig. 20 ist mit einem Ring 20 versehen,
der dem nach Fig. 19 entspricht, bis auf die Tatsache, daß
statt der Ausprägung 65 ein von oben nach unten widerhakenar
tig gerichtetes Halteelement 66 in die Randausnehmung 64 des
Kochplattenkörpers eingreift. Bei Fig. 19 und 20 kann also
der Kochplattenkörper aufgrund der elastischen Eigenschaften
des Blechringes 20 in den Ring eingeschnappt werden. Dabei
kann vorgesehen sein, daß dieses Einschnappen nur möglich
ist, solange der Ring 20 noch nicht in die Öffnung 50 der
Einbauplatte 20 eingebaut ist, so daß der Kochplattenkörper
14 im in die Einbauplatte eingebauten Zustand gegen verse
hentliches Herausdrücken gesichert ist.
Fig. 21 zeigt eine Kochmulde 70, die in einem flachschalen
förmigen Blechgehäuse 72 eine Einbauplatte 12 mit mehreren,
meist vier, darin eingebauten Elektrokochplatten 11 enthält.
Die Kochmulde ist in eine Arbeitsplatte 13 eingebaut. In ihr
ist eine Bedieneinrichtung 73 vorgesehen, die mit Berührungs- bzw.
Annäherungsschaltern 74 (Touch-Control) arbeitet, die
durch die Einbauplatte 12 hindurch betätigbar sind.
Aufgrund der Tatsache, daß die Einbauplatte aus einem trans
parenten Material, beispielsweise Hartglas oder Glaskeramik
besteht, jedoch im Gegensatz zu Strahlungsheizungen thermisch
nur gering belastet ist, ist es möglich, ein an der Unter
seite der Einbauplatte vorgesehenes Dekor 75 in Form von
einer oder mehrerer Schichten herzustellen, die nicht so
hohen thermischen Anforderungen entsprechen müssen und auch
nach der Glasherstellung noch angebracht werden können. Es
ist daher vorgesehen, das Dekor durch ein Druckverfahren,
beispielsweise durch Siebdruck auf die Unterseite der Einbau
platte aufzubringen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, das
Dekor 75 mittels individueller Bild- und/oder Textverarbei
tung z. B. durch Computer-Grafik zu erstellen, so daß es
sowohl in der Form als auch in der Farbgestaltung individuel
len Kundenwünschen angepaßt werden kann. Dies kann einerseits
dazu benutzt werden, innerhalb einer Modellreihe verschiedene
Varianten farblicher oder gestalterischer Art auswählbar zu
machen oder auch tatsächlich gänzlich und kundeneigene
Entwürfe zu verarbeiten oder das Dekor dem jeweiligen Küchen
möbeldesign anzupassen.
Außer einer Aufbringung im Druckverfahren kann das Dekor auch
auf einer Folie enthalten sein, die an der Unterseite der
Einbauplatte angedrückt und/oder von dieser gehalten wird.
Fig. 22 zeigt eine Ausführung, die der nach Fig. 21 ent
spricht, wobei jedoch in dem Dekor 75, das fest an der
Einbauplatte 75 vorgesehen ist, ein Fenster 76 ausgebildet
ist, unter dem ein Bild- oder Textträger 77 angeordnet ist.
Während es auch bei der Ausführung nach Fig. 21 möglich ist,
im Rahmen des individuell gestalteten Dekors Textinforma
tionen anzubringen, beispielsweise in Form besonders belieb
ter Rezepte, kann durch den Bild- oder Textträger 77 diese
Information auch auswechselbar bzw. weiterschaltbar gemacht
werden. In Fig. 22 ist ein System mit zwei Aufwickelrollen 78
für eine Folie 79 vorgesehen, die ggf. von unten durch eine
Lampe 80 zu beleuchten ist. Durch manuelle und/oder programm
gesteuerte oder automatische Weiterschaltung kann jeweils ein
bestimmter Abschnitt der Folie unter das Fenster gebracht
werden, so daß beispielsweise aufgrund einer Eingabe über das
Bedienfeld 73 jeweils ein bestimmtes Rezept oder ein Ab
schnitt aus einem Kochbuch in dem Fenster erscheint.
Der Bild- oder Textträger kann auch mittels eines Projektions
gerätes arbeiten oder auch andere Mittel zur Sichtbarmachung
benutzen, beispielsweise Bildschirme. Da bei moderneren
Kochgeräten ohnehin in die Bedieneinrichtung eine elek
tronische Datenverarbeitung integriert ist, könnte diese auch
zur Steuerung einer solchen Anzeige eingesetzt werden, indem
beispielsweise in Abhängigkeit von einem bestimmten Kochpro
gramm die entsprechenden Rezepte sichtbar gemacht werden oder
umgekehrt, bei Einstellung eines bestimmten Rezeptes gleich
zeitig der Ablauf des Kochprogrammes vorgegeben oder vorge
schlagen wird. Selbst eine Menüsteuerung des Kochvorganges
über diese Anzeige wäre möglich. Es wird also eine Anzeige
möglichkeit geschaffen, die durch die Einbauplatte hindurch
die Sichtbarmachung unterschiedlichster optischer Elemente
ermöglicht, beginnend von rein dekorativen Elementen über
begleitende Informationen bis zu unmittelbaren Steuerungs
informationen zur aktiven Beeinflussung des Kochvorganges. Es
könnten beispielsweise auch Informationen über den jeweiligen
Kochzustand, Temperaturen etc. dort mit eingeblendet werden.
In Fig. 21 ist noch dargestellt, daß bei einer der Koch
platten 11 eine Zustandsanzeige 81 vorgesehen ist. Sie
enthält im Dekor 75 einen ringförmigen transparenten oder
unterbrochenen Bereich 82, der die Kochplatte 11 umgibt.
Darunter ist ein zylindrischer Ring aus Glas oder glasartigem
Material, wie Plexiglas angeordnet, der einen Lichtleiter 83
bildet. Er wird im Bereich von ein oder mehreren Ausschnitten
von Lampen 84 beleuchtet und verteilt dieses Licht über den
gesamten Umfang, so daß bei Einschaltung der Lampen 84 von
der Oberseite der Einbauplatte her ein Leuchtring um die
Kochplatte herum zu erkennen ist. Die Lampen werden einge
schaltet, wenn die Kochplatte in Betrieb gesetzt wird und die
Ausschaltung erfolgt sinnvollerweise erst nach Abkühlung der
Kochplatte. Damit wird einerseits eine Zustands- aber auch
Heißanzeige geschaffen. Durch verschiedene Farben können auch
unterschiedliche Temperatur- oder Leistungsstufen angezeigt
werden. Auch eine abschnittsweise Beleuchtung, beispielsweise
in Form mehrerer zuschaltbarer Sektoren, können unterschied
liche Zustände signalisieren.
Es ist auch möglich, mit anderen Formen von Lichtleitern oder
auch mit direkter Beleuchtung zu arbeiten, beispielsweise mit
einer ringförmigen Glimmlampe.
Eine bevorzugte Möglichkeit der Steuerung der Leistung der
Elektrokochplatte wurde bereits anhand von Fig. 3 erläutert.
Dort wurde eine taktweise Regelung nur in einem unteren
Leistungsbereich vorgesehen. Eine Regelung der Gesamtenergie
mittels Taktung ist bei der Erfindung deswegen problematisch,
weil durch die sehr geringe Wärmekapazität und das entspre
chend schnelle Ansprechen die Leistungsimpulse in sehr
kurzer Folge geschaltet werden müßten, was wegen der soge
nannten "Knackrate" sowohl von Netzbetreiberseite als auch
wegen der elektromagnetischen Verträglichkeit (Funkstörungen)
unzulässig sein könnte. Es ist daher eine an sich bekannte
Leistungssteuerung mit Vollwellen-Impulspaketen bevorzugt.
Dabei werden jeweils einzelne oder mehrere Voll- oder Halb
wellen des Wechselstromes, jeweils im Nulldurchgang geschal
tet, mit entsprechenden Unterbrechungen dazwischen so zusam
mengestellt, daß ein symmetrisches Impulspaket entsteht. So
könnte beispielsweise ein aus drei Vollwellen bestehendes
"Paket", das dementsprechend bei 50 Hz eine Dauer von 0,06
Sekunden hat, entweder jeweils nur eine positive und negative
Halbwelle oder deren je zwei haben, so daß eine Regelung mit
dem Faktor 1, 2/3 und 1/3 entsteht, ohne daß irgendwelche
Netz- oder funkstörenden Einflüsse entstehen. Normalerweise
sind diese Impulspakete wesentlich länger und haben daher
noch größere Variationsmöglichkeiten. Sie können auch selbst
wiederum getaktet werden, so daß sich weitere Möglichkeiten
ergeben. Einzelheiten dieser Art der Steuerung und die
ebenfalls bekannten elektronischen Mittel zu ihrer Durchfüh
rung sind in der DE-A-42 08 252 sowie in den parallelen
EP-A-561 206 und US-A-5 488 214 beschrieben, auf die zum Zwecke
der Offenbarung hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
Fig. 23 zeigt eine Möglichkeit der Regelung bzw. Steuerungs
beeinflussung, die dadurch ermöglicht wird, daß die Ankopp
lung des Kochgutes und des Kochgefäßes an die Heizung und
damit auch an die Temperatursensorik der Elektrokochplatte
bei der Erfindung extrem gut ist. Fig. 23 zeigt ein Diagramm
der Temperatur in Kelvin über der Zeit in Sekunden. Schon
während der Anheizphase 85 kann durch eine kurzfristige
Abschaltung der Leistung über einen Zeitraum ta ein Maß für
die jeweilige Güte der Ankopplung ermittelt werden, die
außer der für die Kochplatte festliegenden Werte auch durch
die Güte des Kochgeschirrs und die Wärmeabnahme durch das
Kochgut bestimmt ist. Dieser Wert 86 ist also ein Temperatur
abfall, der an einem in der Kochplatte enthaltenen Sensor
gemessen wird, ggf. auch an der Beheizung selbst. Er entsteht
dadurch, daß während des relativ kurzen Zeitraums ta, der nur
wenige Sekunden betragen muß, die gesamte Kochplatte ein
schließlich des Sensors auf die jeweilige Topfguttemperatur
heruntergekühlt wird. Wenn dann weiterbeheizt wird, kann die
Abschalt bzw. Abregelung bei einem Temperaturwert erfolgen,
der um den Wert 86a über der Soll-Temperatur 87, auf die das
Kochgut aufgeheizt werden soll, liegt. Dabei ist der Wert 86a
von dem Wert 86 abhängig oder diesem gleich. Die Abhängigkeit
kann durch entsprechende Versuche jeweils für unterschied
liche Ankopplungsverhältnisse der bestimmten Kochplatte etc.
ermittelt werden.
Auch nach dem Ausschalten bei Erreichen der Soll-Temperatur
am Ausschaltpunkt 88 sinkt die gemessene Temperatur wieder
auf einen Wert ab, der der Soll-Temperatur, d. h. der Kochgut
temperatur, weitgehend entspricht. Auch beim Weiterkochen
kann dann mit dem Differenzwert 86a gearbeitet werden, indem
die Temperatur nur so hoch getrieben wird, bis diese Dif
ferenz wieder erreicht ist.
Es läßt sich aber auch aufgrund dieser Werte dann ein für den
Kochzustand typischer Leistungswert ermitteln, mit dem weiter
gesteuert werden kann. So braucht beispielsweise beim Weiter
kochen die Leistungszufuhr nicht größer zu sein, als bei
spielsweise das 1,1fache der Verlustleistung durch Abstrah
lung oder Konvektion vom Kochgefäß etc.
Die Erfindung ermöglicht es also aufgrund des extrem guten
und schnellen Zugriffes, die Temperaturfühler an der Elektro
kochplatte zu einem direkten Rückschluß auf die Kochguttempe
ratur zu verwenden.
Fig. 24 zeigt die Unteransicht eines Kochplattenkörpers 14
mit seiner Beheizung 17. Die Beheizung ist in Dickschicht
technik ausgeführt. Die Heizleiterbahnen 29 werden also in
Form einer die entsprechenden Widerstandsmaterialien enthal
tenden Paste aufgedruckt und anschließend durch Nachbehand
lung, z. B. Wärmebehandlung, verfestigt. Es sind jedoch auch
die anderen beschriebenen Herstellungstechniken für die
Heizleiterbahnen möglich.
In Fig. 24 ist eine durchgehende Heizleiterbahn 29 vom
äußeren Anschluß 30 zu dem im Zentrum liegenden Anschluß 30
vorhanden. Sie verläuft in Form einer Spirale, die im Außen
bereich relativ geringen Abstand 90 hat, während dieser
Abstand zum Inneren der Spirale immer größer wird. Dieses
entspricht den Anforderungen an den Kochbetrieb, bei denen
eine Leistungskonzentration im Außenbereich erwünscht ist.
Der Anschluß im Zentrum erfolgt über vier speichenartig vom
Mittelanschluß 30 ausgehende Anschlußbahnen 95, die die
innere Spiralwindung und teilweise auch die daran anschlie
ßende kontaktieren. In der gezeichneten Form ohne die Trenn
stelle 102 würde also die innere Spiralwindung kurzge
schlossen und damit außer Funktion sein. Durch Auftrennen
dieser Anschlußbahnen 95 mittels eines Lasers aufgrund einer
Widerstandsmessung der jeweiligen Beheizung können fünf
verschiedene Konfigurationen der wirksamen Leiterbahnlänge
geschaffen werden. Eine zusätzliche Möglichkeit der Variation
der Leiterbahnlänge und damit ihres Gesamtwiderstandes bieten
drei an Spiralwindungen vorgesehene Abgleichbrücken 96, die
kurze Abschnitte 103 der Leiterbahn kurzschließen und eben
falls durch Auftrennung mittels Laser außer Funktion gesetzt
werden können. Beim Ausführungsbeispiel sind durch die
Trennstellen 102 nur dreiviertel der inneren Spiralwindung
und zwei der Abschnitte 103 außer Funktion gesetzt.
Es ist damit möglich, bei einigen Aufbringungsverfahren für
Heizleiterbahnen, insbesondere bei der Dickschichttechnik,
unvermeidliche Abweichungen im Gesamtwiderstand der Heizung
17 zu korrigieren, und zwar in zahlreichen Stufen. Die
vorgesehene Beheizung in nur einer Leiterbahn eignet sich
besonders für die vorher beschriebene Vollwellen-Impuls
paket-Steuerung. Temperatur-Sensoren 37 können am Umfang verteilt
und im Zentrum vorgesehen sein.
Fig. 25 zeigt eine Ausführung mittels zahlreicher zueinander
parallelgeschalteter spiralförmiger Heizleiterbahnen 29. Sie
gehen von einer äußeren ringförmigen Zuleitungsbahn 94 aus,
verlaufen jeweils um etwas mehr als eine halbe Spiralwindung
zu einer inneren Zuleitungsbahn 97, die einen Mittelsensor 37
umgibt.
Um eine Verringerung der Leistungsdichte im Zentrum herbeizu
führen, sind bei einigen der parallelgeschalteten Leiterbah
nen Kurzschlußabschnitte 98 vorgesehen, die die widerstands
wirksamen Leiterbahnlängen der entsprechenden Leiterbahnen 29
verkürzen bzw. auf einen äußeren Bereich begrenzen. Diese
Kurzschlußabschnitte können durch eine andere, besser leitfä
hige Paste gebildet sein oder auch durch entsprechend dicke
ren oder mehrfachen Auftrag der Widerstandspaste oder Über
druckung der Widerstandspaste mit einer gut leitfähigen,
beispielsweise Kupfer enthaltenden Paste. Überhaupt ist bei
der Gestaltung der Widerstände auch eine Variation der
Widerstandswirksamkeit durch Variation der Breite oder Dicke
der Leiterbahnen möglich.
Zum Abgleich sind Abgleichbrücken 96a vorgesehen, die aus dem
gut leitfähigen Material der Zuleitungsbahnen 94, 97 beste
hen, und jeweils von diesen bis zu einem Heizleiterbahnab
schnitt reichen, der relativ dicht an sie angrenzt. Durch die
Spiralform läßt sich dies mit relativ kurzen Brücken bewerk
stelligen, die dann entsprechend aufgetrennt werden können,
um den Widerstand der einzelnen Heizleiterbahnen 29 zu
beeinflussen.
Fig. 26 zeigt eine Anordnung der Heizung 17, bei der die
einzelnen Heizleiterbahnen 29 sternförmig radial von der
äußeren Zuleitungsbahn 94 zur inneren, ebenfalls im wesentli
chen kreisförmigen Zuleitungsbahn 97 verlaufen. Die einzelnen
sternförmig verlaufenden Heizleiterbahnen, von denen bei
spielsweise vierzig vorgesehen sind, sind also parallelge
schaltet, was durch entsprechend hohen Widerstand der einzel
nen Heizleiterbahnen möglich ist. Es sind zwei Gruppen von
Heizleiterbahnen vorgesehen. Während die eine Gruppe zwischen
den Zuleitungsbahnen 94, 97 durchgehend ausgebildet ist, sind
die dazwischenliegenden Heizleiterbahnen 29b der anderen
Gruppe in ihrem widerstandswirksamen Teil auf den äußeren
Umfangsabschnitt beschränkt und innen durch Kurzschlußab
schnitte 98 mit der Zuleitungsbahn 97 verbunden.
Die Sensoren liegen ebenfalls zentral und über den Außenum
fang verteilt und sind mit Sensor-Anschlußbahnen 99 mit
Sensor-Anschlüssen 100 verbunden, die jeweils im Bereich von
Einbuchtungen der äußeren Zuleitungsbahn 94 vorgesehen sind.
Es ist somit möglich, jeden Sensor 37 einzeln anzuschließen
und sein Signal einzeln auszuwerten. Die Sensor-Anschlußbah
nen können ebenfalls als gedruckte Leiterbahnen ausgebildet
sein.
Fig. 27 zeigt eine Ausführung, die der nach Fig. 26 in allem
entspricht. Dort sind jedoch die Sensoren 37 in dem Bereich
der Einbuchtungen 101 der Zuleitungsbahn 94 vorgesehen und in
diesem Bereich auch an die Anschlüsse 100 angeschlossen. Die
Sensor-Anschlußbahn 29 läuft um und bildet den äußeren
Anschlußpol der Sensoren.
Fig. 28 zeigt eine Zweikreis-Ausführung einer Kochplatte. Die
Anordnung der Heizleiterbahnen 29 ist, wie in Fig. 26 und 27,
radial, jedoch ist zwischen den äußeren und inneren Zulei
tungsbahnen 94, 97 noch ein mittlerer im wesentlichen kreis
förmiger Zuleitungsstrang 93, ebenfalls als gedruckte Leiter
bahn ausgebildet, vorgesehen. Diese drei Zuleitungsbahnen 93,
94, 97 sind über ihre Anschlüsse 30 einzeln anschließbar, so
daß es möglich ist, die beiden sich dadurch bildenden konzen
trischen Heizzonen 91, 92 gesondert zu betreiben. Es ist also
möglich, nur die mittlere Hauptheizzone 91 allein einzuschal
ten, um ein kleineres Kochgefäß zu beheizen, oder diese
zusammen mit der äußeren Zuschaltheizzone 92 zu betreiben, um
die volle Größe der Elektrokochplatte zu beheizen und dement
sprechend ein größeres Kochgefäß beheizen zu können. Die
Kochplatte nach der vorliegenden Erfindung eignet sich
besonders dazu, weil infolge der geringen Wärmequerleitung im
Kochplattenkörper 14 die Heizzonen ohne besondere Abschottung
klar begrenzt bleiben, so daß im Bereich des Zuleitungsstran
ges 93 sich selbst eine thermische Grenze zwischen beiden
Heizzonen bildet.
Fig. 29 zeigt ebenfalls eine Zweikreis-Ausführung, bei der
die Heizleiterbahnen 29 in beiden Heizzonen 91, 92 jeweils
als kreisförmiger Mäander geführt sind und von dort zu
mittleren Anschlüssen 30 verlaufen. Ein weiterer Anschluß ist
für einen in diesem Falle streifenförmig ausgeführten Sensor
37 (vgl. auch Fig. 4) vorgesehen.
Claims (48)
1. Kontaktwärmeübertragendes Kochsystem mit einer Elektro
kochplatte (11) zur Erwärmung von Kochgefäßen (25) mit
einem Kochplattenkörper (14) und einer Kochfläche (23),
deren Makro- und Mikro-Unebenheit, nämlich ihre Ab
weichung von einer idealen Ebene und ihre Rauhigkeit, in
einem Temperaturbereich zwischen der Raumtemperatur und
ca. 500 K in einem überwiegenden Teil ihres Kochberei
ches (22) 0,1 mm nicht überschreitet.
2. Kontaktwärmeübertragendes Kochsystem, enthaltend wenig
stens eine Elektrokochplatte (11) mit einem Kochplat
tenkörper (14) und wenigstens ein Kochgefäß (25), wobei
die Elektrokochplatte (11) und das Kochgefäß (25) so
aneinander angepaßt sind, daß ihre einander zugeordneten
Flächen (23, 24) bzgl. ihrer Makro- und Mikro-Abstände
voneinander in einem Temperaturbereich zwischen der
Raumtemperatur und ca. 500 K und im überwiegenden Teil
des Kochbereiches (22) 0,1 mm nicht überschreitet.
3. Kochsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die zusammenwirkenden Flächen (23, 24) von Elektrokoch
platte (11) und Kochgefäß (25) in allen Arbeits-Tempera
turbereichen gleiche Kugel- bzw. Kugelkalottenflächen
bilden.
4. Kochsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Unebenheit 0,05 mm nicht überschreitet.
5. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheit über im
wesentlichen die gesamte Kochfläche (23) unter 0,1 mm
beträgt.
6. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturbereich, in
dem die Unebenheit unter 0,1 mm, vorzugsweise unter
0,05 mm beträgt, sich bis 600 K erstreckt.
7. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplattenkörper (14)
die Form einer Scheibe auf der Basis nicht oxydischer
Keramik aufweist, wobei insbesondere die Keramik weit
überwiegend Siliziumnitrid (Si3N4) enthält.
8. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Kochplat
tenkörpers (14) der Elektrokochplatte (11) durch Addi
tive farbig ist.
9. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedurchgangszahl in
der Kochplatte (11), nämlich das Verhältnis der Wärme
leitfähigkeit (lambda) zur durchschnittlichen Koch
plattenkörperdicke (d) im Kochbereich kleiner als
20.000, vorzugsweise zwischen 3.000 und 20.000, insbe
sondere zwischen 6.000 und 12.000 W/m2K beträgt.
10. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeit des
Kochplattenkörpermaterials zwischen 5 und 40, vorzugs
weise 8 und 20 W/mK beträgt.
11. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeausdehnungszahl
(alpha) des Kochplattenkörpermaterials kleiner ist als
12×10-6[1/K] und vorzugsweise zwischen 2 und 10-6 und
6×10-6[1/K] beträgt.
12. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherenergie des
Kochplattenkörpers (14), bezogen auf ihre installierte
Leistung, zwischen und 7 und 130 J/W, bevorzugt 10 bis
50 J/W beträgt.
13. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbelastung,
nämlich die installierte Leistung der Elektrokochplatte
je Flächeneinheit des Kochbereiches (22) zwischen 4 und
16 W/cm2, vorzugsweise 5 bis 7 W/cm2, beträgt.
14. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Dicke
(d) des Kochplattenkörpers (14) im Kochbereich (22)
zwischen 2 und 5 mm, bevorzugt 3 mm, beträgt.
15. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplattenkörper (14)
eine an der Ober- und Unterseite (23, 27) zumindest
bzgl. ihrer Makrogestalt ebene Scheibe ist.
16. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kochfläche (23) des
Kochplattenkörpers (24) zumindest im Kochbereich (22)
geschliffen ist.
17. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Kochfläche
(23) des Kochplattenkörpers (14) im Kochbereich (22)
über 1400 (HV 10 nach DIN 50133) beträgt.
18. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische elektrische
Widerstand des Materials des Kochplattenkörpers (14)
über 1×106, vorzugsweise über ca. 1×1013 Ohm/cm
beträgt.
19. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplattenkörper (14)
durch einen auf seine Unterseite (27) aufgebrachten
Heizwiderstand (17) beheizt ist, wobei vorzugsweise der
Heizwiderstand (17) in Form von Leiterbahnen (29)
geführt ist, die spiralig und/oder radial verlaufen,
insbesondere mit verringerter Leistungsdichte bzw.
größerem Leiterbahn-Abstand (90) zur Mitte des Kochplat
tenkörpers (14) hin, ggf. durch Verkürzung der Wider
standswirksamkeit bzw. Kurzschließen einzelner der
Leiterbahnen (29), wobei ggf. zur Schaffung von Mehr
kreis-Kochplatten verschiedene Heizzonen (91, 92),
insbesondere mit einer mittleren stets eingeschalteten
Hauptheizzone (91) und einer dieser zuschaltbaren
äußeren Zuschalt-Heizzone (92), gebildet ist, vorzugs
weise durch von einem im Grenzbereich zwischen den
Heizzonen (91, 92) verlaufenden Zuleitungsstrang (93),
von dem aus spiralig oder radial nach innen und außen
verlaufende Leiterbahnen (29) ausgehen.
20. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (17) ein
aus einer aufgedruckten Paste gebildeter Dickschicht-Heiz
widerstand ist.
21. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (17)
durch Spritzen (Flamm- und/oder Plasmaspritzen) aufge
bracht ist.
22. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kochplattenkörper
(14) und Heizwiderstand (17) eine Haftvermittlungs- und/oder
elektrische Isolationsschicht, vorzugsweise aus
Aluminiumoxid (Al2O3) aufgebracht ist, insbesondere
durch Spritzen.
23. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (17) ein
Dünnschicht-Heizwiderstand ist.
24. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (29) des
Heizwiderstandes (17) durch Abstände voneinander ge
trennt sind, die durch Laser-Bearbeitung, Ätzen, Ero
dieren oder Schleifen hergestellt sind.
25. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (17)
PTC-Charakteristik hat.
26. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (17) aus
einer an die Unterseite (27) des Kochplattenkörpers (14)
angedrückten bzw. angeklebten Folie besteht.
27. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplattenkörper (14)
an seiner Unterseite (27) entsprechend dem Verlauf der
Heizleiterbahnen (29) profiliert ist, wobei die die
Abstände bildenden Bereiche (43) über die Unterseite
(27) nach unten hervorragen und an ihrer Oberfläche das
nach der Aufbringung sie überdeckende Heizwiderstands
material vorzugsweise durch Schleifen entfernt ist.
28. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (17)
durch vorzugsweise nur Teilbereiche der Unterseite (26)
des Kochplattenkörpers überdeckende, an ihrer Ober- und
Unterseite elektrisch kontaktierte Heizwiderstands
schichten und/oder -plättchen (29a) gebildet ist, die
insbesondere PTC-Charakteristik haben.
29. Kochsystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß
der Heizwiderstand (17) aus zwei parallel zur Unterseite
(27) des Kochplattenkörpers (14) verlaufenden und
vorzugsweise an diese angedrückten elektrisch leitenden
Folien bzw. Schichten (44) bestehen, zwischen die
PTC-Plättchen (29a) eingebracht sind.
30. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturbegrenzer-Sensoren
(37, 37a) mit über den Kochbereich (22) verteilt wirken
dem Anspruchverhalten vorgesehen sind, die vorzugsweise
nicht-summierend, insbesondere die Heizwiderstände (17)
in ihrem Bereich selektiv abschaltend oder leistungs
vermindernd geschaltet sind.
31. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Flächen-Überwachung mit
NTC-Charakteristik von Temperaturbegrenzer-Sensoren
(37a) vorgesehen ist, die vorzugsweise eine Sensor
schicht (45) mit temperaturabhängiger Durchschlagscha
rakteristik enthält.
32. Kochsystem nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sensorschicht (45) zwischen zwei Kontaktschichten
(29, 46) parallel und unmittelbar thermisch kontak
tierend an dem Heizwiderstand (29) liegt, wobei vorzugs
weise als eine der Kontaktschichten der Heizwiderstand
selbst (29) dient.
33. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturbegrenzungs
sensoren (37) angrenzend an Heizleiterbahnen (29) in
Zwischenräumen zwischen den Heizleiterbahnen (29)
angeordnet sind.
34. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung der Elektro
kochplatte (11) eine Temperaturmessung an der Kochplatte
(11) während einer kurzzeitigen Abschaltung (ta) oder
Reduzierung der Heizleistung, ggf. schon beim Ankochen
(85) beeinhaltet, wobei anhand der vor und nach der
Abschaltung gemessenen Temperaturdifferenz (86, 86a) der
weitere Kochvorgang geregelt oder gesteuert wird.
35. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung der Elektro
kochplatte (11) durch Parallel-, Einzel- und/oder
Reihenschaltung mehrerer Heizwiderstandsabschnitte (31,
32, 33), eine sogenannte Mehrtaktschaltung, erfolgt,
wobei vorzugsweise in einem Schaltbereich kleiner
Leistung eine Impulssteuerung vorgesehen ist.
36. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung der Koch
platte (11) durch Vollwellen-Impulspaketsteuerung
erfolgt.
37. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplattenkörper (14)
selbsttragend in eine Ausnehmung (50) einer Einbauplatte
(12) eingesetzt ist, die vorzugsweise aus Hartglas,
Glaskeramik, Edelstahl, Natur- oder Kunststein besteht.
38. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplattenkörper (14)
mit der Einbauplatte (12), vorzugsweise durch einen
wärmebeständigen Silikonkleber, verklebt ist, wobei
insbesondere zwischen der Klebestelle (47) und dem
Kochbereich (22) eine Wärmeisolierzone des Kochplatten
körpers vorgesehen ist.
39. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kochfläche (22) des
Kochplattenkörpers (14) fast ebenengleich mit, vorzugs
weise nur 0,5 bis 1 mm über, der Oberfläche (28) einer
Einbauplatte (12) eingebaut ist.
40. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplattenkörper in
eine Ausnehmung (50) einer Einbauplatte (12) eingeklebt
ist, wobei vorzugsweise der Außenrand (15) des Koch
plattenkörpers (14) und der Innenrand (16) der Ausneh
mung (50) einander angepaßt konisch sind.
41. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplattenkörper (14)
am Außenrand (15) seiner Kochfläche (23) angefast,
angeschrägt oder abgerundet ist.
42. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Klebestelle
(47) zwischen Kochplattenkörper (14) und einer Einbau
platte (12) eine Wärmebrücke (53), vorzugsweise in Form
eines Auflageringes für den Kochplattenkörper (14),
vorgesehen ist.
43. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Auflageelement (53, 49)
zur Begrenzung der Eindringtiefe des Kochplattenkörpers
(14) in eine Ausnehmung (50) einer Einbauplatte (12)
vorgesehen ist.
44. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Haltering (20) für eine
untere Abdeckung (21) der Elektrokochplatte (11) in die
Ausnehmung (50) eingesetzt ist, vorzugsweise mit einge
klebt ist.
45. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Einbauring (20) für den
Einbau der Elektrokochplatte (11) in eine Einbauplatte
(12) mit einschnappenden und/oder ausbiegbaren, widerha
kenartigen Halteelementen (59, 61, 58, 66) versehen ist,
die an dem Kochplattenkörper und/oder der Einbauplatte
angreifen.
46. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (17) mit einer
Wärmedämmung (18) unterlegt ist.
47. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß im die Elektrokochplatte
(11) umgebenden Bereich eine im Betrieb der Elektrokoch
platte (11) beleuchtete Zone (82), vorzugsweise eine
umlaufende Ringzone, vorgesehen ist, die insbesondere
durch Ausnehmungen im Dekor (75) einer Einbauplatte (12)
und eine interne Beleuchtung (81) unter der Einbauplatte
(12) ausgebildet ist, die ggf. ein Lichtleiterelement
(83) wie einen glasartigen Ring, enthält.
48. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Oberfläche (23, 24)
des Kochplattenkörpers und/oder des Kochgefäß-Bodens
(39) ein Belüftungskanal-System (110) vorgesehen ist.
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