DE19855481A1 - Electric cooktop - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kochfeld für den Niederspannungsbereich mit einer Kochplatte aus Hochleistungskeramik und mit einem Heizleiter, der mit der Unterseite der Kochplatte einen Flächenkontakt bildet. Um sicherzustellen, daß sich die elektrischen Versorgungsleitungen aufgrund der hohen Ströme im Niedrigspannungsbereich nicht übermäßig erhitzen, ist zwischen dem Heizleiter und den elektrischen Versorgungsleitungen jeweils mindestens ein Leitungselement zwischengeschaltet, das einen Widerstandswert aufweist, der zwischen den Widerstandswerten des Heizleiters und der jeweiligen elektrischen Versorgungsleitung liegt.The invention relates to an electric hob for the low-voltage range with a hotplate made of high-performance ceramic and with a heating conductor which forms a surface contact with the underside of the hotplate. To ensure that the electrical supply lines do not overheat due to the high currents in the low-voltage range, at least one line element is interposed between the heating conductor and the electrical supply lines, which has a resistance value that lies between the resistance values of the heating conductor and the respective electrical supply line.
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kochfeld für den Niederspannungsbereich mit einer Kochplatte aus Hochleistungskeramik und mit einem Heizleiter, der mit der Unterseite der Kochplatte einen Flächenkontakt bildet.The invention relates to an electric cooktop for the low-voltage range a hotplate made of high-performance ceramics and with a heating conductor, which with the Underside of the hotplate forms a surface contact.
Aus der DE 29 70 2813 U1 ist ein derartiges Kochfeld für die üblichen Haushalts spannungen von 110 V bis 220 V bekannt. Als Hochleistungskeramik für die Koch platte wird insbesondere Siliziumnitrit oder Siliziumcarbit genannt. Für tiefere Tem peraturen im Bereich von 250°C können auch andere elektrisch isolierende Kera miken wie zum Beispiel Aluminiumoxid verwendet werden. Diese Hochleistungske ramiken sind aufgrund ihrer Wäremleitfähigkeit, ihrer Wärmeausdehnungszahl, ih rer zulässigen Oberflächenbelastung und ihres spezifischen elektrischen Wider stands zur Verwendung als Kochplatten besonders geeignet. Die Wärmeleitfähig keit dieser Materialien liegt in einem mittleren Bereich zwischen 5-40 W/mK. Es wurde festgestellt, daß mit derartigen mittleren Wärmeleitfähigkeiten ein guter Kompromiß zwischen der Wärmeisolierung gegenüber dem Gehäuse und der Wärmedurchführung gegenüber den Heizelementen erzielt werden kann. Gleich zeitig ist die Wärmeausdehnungszahl derartiger Hochleistungskeramiken sehr ge ring und liegt im Bereich von 10-6 1/K, so daß die Verspannungen und Verkrüm mungen der Kochplatte aufgrund unterschiedlicher Erwärmung gering bleiben. Die installierte Leistung je Flächeneinheit bei Hochleistungskeramiken kann dabei im Bereich von sonstigen Hochleistungskochplatten zwischen 4 und 16 W/cm2 liegen. Der spezifische elektrische Widerstand einiger Hochleistungskeramiken liegt im Bereich von 1013 Ohm/cm und ist damit so hoch, daß unmittelbar auf der Unterseite der Kochplatte entsprechende elektrische Heizleiter aufgebracht werden können.From DE 29 70 2813 U1 such a hob for the usual household voltages from 110 V to 220 V is known. Silicon nitrite or silicon carbide is mentioned as a high-performance ceramic for the hotplate. For lower temperatures in the range of 250 ° C, other electrically insulating ceramics such as aluminum oxide can also be used. These high-performance ceramics are particularly suitable for use as hotplates due to their thermal conductivity, their coefficient of thermal expansion, their permissible surface load and their specific electrical resistance. The thermal conductivity of these materials is in a medium range between 5-40 W / mK. It has been found that with such medium thermal conductivities a good compromise can be achieved between the thermal insulation in relation to the housing and the heat throughput in relation to the heating elements. At the same time, the coefficient of thermal expansion of such high-performance ceramics is very ge ring and is in the range of 10 -6 1 / K, so that the tensions and curvatures of the hotplate remain low due to different heating. The installed power per unit area for high-performance ceramics can be in the range of other high-performance hot plates between 4 and 16 W / cm 2 . The specific electrical resistance of some high-performance ceramics is in the range of 10 13 ohm / cm and is so high that appropriate electrical heating conductors can be applied directly to the underside of the hotplate.
Wenn derartige elektrische Kochfelder für den Niederspannungsbereich ausgelegt werden sollen, entstehen besondere Probleme in der elektrischen Zuführung, da sehr hohe Ströme erforderlich sind, um die gleiche Heizleistung wie im Haushalts bereich zu erreichen. Soll das Kochfeld beispielsweise für eine 12 V Autobatterie ausgelegt werden, fließen in den Zuleitungen Ströme von ca. 80 A, während im Haushaltsbereich lediglich Ströme von einigen Ampere auftreten. Die hohen Strö me können dazu führen, daß sich die elektrischen Versorgungsleitungen in uner wünschter Weise erwärmen. Wird auf der anderen Seite der Widerstand der elektri schen Versorgungsleitungen besonders klein gehalten, so weisen diese in der Re gel auch eine gute Temperaturleitfähigkeit auf, so daß umgekehrt die Gefahr be steht, daß die Wärme in unerwünschter Weise von der Kochplatte in die elektri schen Versorgungsleitungen weitergeleitet wird.If such electric hobs are designed for the low voltage range special problems arise in the electrical supply, because very high currents are required to achieve the same heating output as in the home to reach the area. For example, if the hob is for a 12 V car battery are designed, currents of approx. 80 A flow in the supply lines, while in Household area currents of only a few amperes occur. The high currents me can cause the electrical supply lines in un warm it up. On the other hand, the resistance of the electri supply lines are kept particularly small, so they show in the Re gel also has a good thermal conductivity, so that conversely the danger be stands that the heat in an undesirable manner from the hotplate in the electri supply lines is forwarded.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Kochfeld für den Niederspan nungsbereich zu schaffen, bei dem sichergestellt ist, daß die elektrischen Versor gungsleitungen sich nicht übermäßig erhitzen.The object of the invention is therefore an electric cooktop for low chip To create area of responsibility in which it is ensured that the electrical Versor supply lines do not overheat.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfin dungsgemäße Lösung besteht darin, daß zwischen dem Heizleiter und den elektri schen Versorgungsleitungen jeweils mindestens ein Leitungselement zwischenge schaltet ist, das einen Widerstandswert aufweist, der zwischen den Widerstands werten des Heizleiters und der jeweiligen elektrischen Versorgungsleitung liegt. This object is achieved by the features of patent claim 1. The invent Solution according to the invention is that between the heat conductor and the electri Intermediate supply lines each have at least one line element is switched, which has a resistance value that is between the resistance values of the heating conductor and the respective electrical supply line.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß durch die Zwischenschaltung eines weiteren Leitungselementes zwischen dem Heizleiter und der jeweiligen elektrischen Versorgungsleitung ein Kompromiß zwischen der Wärmeabführung von dem Heizleiter und der Erhitzung des jeweiligen Leitungselementes gefunden werden kann. Wird eine elektrische Versorgungsleitung direkt an den Heizleiter an geschlossen, so ist zwar die Erhitzung der Versorgungsleitung aufgrund der großen Ströme nicht zu befürchten, allerdings tritt eine Erhitzung seitens des Heizleiters aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit der elektrischen Versorgungsleitung auf. Wird dagegen erfindungsgemäß zwischen dem Heizleiter und der jeweiligen elek trischen Versorgungsleitung ein Leitungselement zwischengeschaltet, das einen Widerstandswert aufweist, der zwischen den Widerstandswerten des Heizleiters und der jeweiligen elektrischen Versorgungsleitung liegt, so kann sowohl die Wär meabführung über das Leitungselement zum Heizleiter als auch die Erwärmung des Leitungselements aufgrund der großen Ströme in Grenzen gehalten werden.The invention is based on the knowledge that through the intermediary a further line element between the heating conductor and the respective electrical supply line a compromise between heat dissipation found by the heat conductor and the heating of the respective line element can be. An electrical supply line is connected directly to the heating conductor closed, so the heating of the supply line is due to the large Currents not to be feared, but heating occurs on the part of the heating conductor due to the good thermal conductivity of the electrical supply line. In contrast, according to the invention between the heating conductor and the respective elec trical supply line interposed a line element that one Resistance value that is between the resistance values of the heating conductor and the respective electrical supply line, both the heat dissipation via the line element to the heat conductor as well as the heating of the line element are limited due to the large currents.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Leitungselement aus einem Stück des Heizleiters besteht, das von der Unterseite der Kochplatte weggeführt ist und das einen größeren Querschnitt aufweist als der in Flächenkon takt mit der Kochplatte stehende Heizleiter. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß zwischen dem Leitungselement und dem Heizleiter kein zusätzlicher Übergangswi derstand auftritt. Gleichzeitig ist eine besonders kostengünstige Ausbildung des Leitungselementes möglich, da das Leitungselement aus dem ohnehin zur Verfü gung stehenden Material des Heizleiters ausgebildet werden kann. Hierbei hat sich gezeigt, daß eine übermäßige Erwärmung des Leitungselementes bereits vermie den werden kann, wenn der Querschnitt des Leitungselementes viermal größer ist als der des in Flächenkontakt mit der Kochplatte stehenden Heizleiters.According to a preferred embodiment it is provided that the line element consists of a piece of the heating conductor, which is from the bottom of the hotplate is led away and which has a larger cross section than that in area con heating conductor standing with the hotplate. This ensures that no additional transition wi between the line element and the heating conductor the state occurs. At the same time, a particularly inexpensive training of the Pipe element possible because the line element from the already available supply material of the heating conductor can be formed. Here has shown that excessive heating of the line element already avoided can be if the cross section of the line element is four times larger than that of the heating conductor in surface contact with the hotplate.
Ein weiteres Problem ist die Verbindung des Leitungselementes mit der jeweiligen elektrischen Versorgungsleitung, da verhindert werden muß, daß der Übergangs widerstand zwischen dem Leitungselement und der Versorgungsleitung derart an steigt, daß sich aufgrund der hohen Ströme an der Übergangsstelle eine unzulässig hohe Erwärmung ergibt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß zur nahezu widerstandsfreien Verbindung zwischen dem mindestens einen Leitungselement und einer Versorgungsleitung ein Kupferblock vorgesehen ist, an dem die jeweiligen Leitungsenden flächig aufgebracht sind. An den Seitenflächen des Kupferblocks kann ein großflächiger Kontakt zu dem Leitungselement bzw. zu der jeweiligen elektrischen Versorgungsleitung hergestellt werden, so daß der Übergangswiderstand von dem Leitungselement zu dem Kupferblock bzw. von der Versorgungsleitung zum Kupferblock sich auf ein Minimum reduziert. Weiterhin ist der Durchgangswiderstand des Kupferblockes ebenfalls äußerst gering, so daß eine Erwärmung aufgrund der Verbindung zwischen dem Leitungselement und der elektrischen Versorgungsleitung ausgeschlossen werden kann.Another problem is the connection of the line element with the respective one electrical supply line, since the transition must be prevented resistance between the line element and the supply line increases that due to the high currents at the transition point an inadmissible high warming results. According to a preferred embodiment, that the almost resistance-free connection between the at least one Line element and a supply line, a copper block is provided to which the respective line ends are applied flat. On the side surfaces of the copper block can be a large-area contact to the line element or the respective electrical supply line are manufactured so that the Contact resistance from the line element to the copper block or from the Supply line to the copper block is reduced to a minimum. Still is the volume resistance of the copper block is also extremely low, so that heating due to the connection between the line element and the electrical supply line can be excluded.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Koch platte aus Siliziumnitrit, aus Siliziumcarbit oder aus Aluminiumnitrit besteht. Diese Keramiken weisen die oben erwähnten Vorteile von Hochleistungskeramiken auf.According to a further preferred embodiment it is provided that the cook plate made of silicon nitride, silicon carbide or aluminum nitride. This Ceramics have the advantages of high performance ceramics mentioned above.
Hinsichtlich der Ausbildung des Heizleiters kommen verschiedene Ausführungen in Betracht. Die erfindungsgemäße Ausführung des zwischengeschalteten Leitungs elementes ist besonders einfach, wenn der Heizleiter aus einer Metallfolie besteht, die mittels einer Isolierschicht auf die Unterseite der Kochplatte gedrückt wird. Eine meanderförmige Form des Heizleiters kann dabei dadurch gebildet werden, indem der Heizleiter aus einer Metallfolie mit einem geeigneten Schneidgerät, zum Bei spiel mit einem Laserschneidgerät, ausgeschnitten wird. Das entsprechende Lei tungselement zur Zuführung an den Heizleiter kann dabei in einem Verfahren mit ausgeschnitten werden.With regard to the formation of the heating conductor, different versions come in Consideration. The execution of the intermediate line according to the invention elementes is particularly simple if the heating conductor consists of a metal foil, which is pressed onto the underside of the hotplate by means of an insulating layer. A meandering shape of the heat conductor can be formed by the heating conductor made of a metal foil with a suitable cutting device, for the play with a laser cutter, is cut out. The corresponding lei tion element for supply to the heating conductor can be in a process be cut out.
Andere Möglichkeiten zur Ausbildung des Heizleiters bestehen darin, Widerstands schichten in Dickschichttechnologie oder Dünnschichttechnologie auf die Unterseite der Kochplatte aufzubringen. Ferner können auch Flammenspritzverfahren ange wandt werden, mit denen eine Zwischenschicht aus einem als Haftvermittler und/oder elektrische Isolation dienenden Material aufgebracht werden kann. Bei spielsweise kann Aluminiumoxid als elektrische Isolation aufgespritzt werden, was insbesondere dann notwendig ist, wenn eine elektrisch leitfähige Hochleistungske ramik wie beispielsweise Siliziumcarbit verwendet wird.Other ways of forming the heat conductor are resistance layers in thick film technology or thin film technology on the underside the hotplate. Flame spraying methods can also be used be used with an intermediate layer from one as an adhesion promoter and / or electrical insulation material can be applied. At for example, aluminum oxide can be sprayed on as electrical insulation, what is particularly necessary when an electrically conductive high-performance circuit Ceramic such as silicon carbide is used.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Heizleiter in Form einer Wider standspaste auf die Unterseite der Kochplatte aufzubringen. Hierbei eignen sich insbesondere Widerstandspasten bzw. Heizwiderstände mit sogenannter PTC- Charakteristik, d. h. mit einer ausgeprägt positiven Temperaturcharakteristik ihres Widerstandes. Die PTC-Chararkteristik führt dazu, daß bei Erreichen einer be stimmten Temperatur sich der Widerstand des jeweiligen Heizwiderstands sprung haft erhöht, so daß in diesem Bereich die Temperatur bzw. die in dem Heizwider stand umgesetzte Leistung konstant bleibt. Vorzugsweise wird die entsprechende Sprungtemperatur des Heizwiderstandes dabei auf die Maximaltemperatur der Kochplatte eingestellt.Another option is to use the heat conductor in the form of a counter apply paste to the underside of the hotplate. Here are suitable especially resistance pastes or heating resistors with so-called PTC Characteristic, d. H. with a distinctly positive temperature characteristic of your Resistance. The PTC characteristic leads to the fact that when a be agreed temperature jump the resistance of the respective heating resistor liable increased, so that in this area the temperature or in the heating resistor the implemented performance remains constant. Preferably the corresponding one Jump temperature of the heating resistor to the maximum temperature of the Hot plate set.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Isolierschicht vorgese hen, die mittels einer Andruckplatte gegen die Unterseite der Kochplatte gedrückt wird. Auf diese Weise muß die Isolationsschicht keine eigene mechanische Stabili tät aufweisen, so daß eine Vielzahl von Isolationsmaterialien verwendet werden kann. Um das Leitungselement dem in der Unterseite der Kochplatte befindlichen Heizleiter zuzuführen, sind in der Isolationsschicht und der Andruckplatte entspre chende Durchgangslöcher vorgesehen.According to a further preferred embodiment, an insulating layer is provided hen pressed against the underside of the hotplate by means of a pressure plate becomes. In this way, the insulation layer does not have to have its own mechanical stabilizer act, so that a variety of insulation materials are used can. To the line element in the bottom of the hotplate Supply heating conductors are in the insulation layer and the pressure plate Appropriate through holes are provided.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können Temperatursensoren in Form von Widerstands-Thermometern im unmittelbaren Kontakt zur Keramikplatte vorgesehen sein, um die Temperatur an der Keramikplatte zu regeln. Auf diese Weise kann zusätzlich ein wirksamer Überhitzungsschutz geschaffen werden.According to a further preferred embodiment, temperature sensors in Form of resistance thermometers in direct contact with the ceramic plate be provided to regulate the temperature on the ceramic plate. To this In this way, effective protection against overheating can also be created.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die aus einer Figur beste hende Zeichnung zeigt dabei einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße elek trische Kochfeld für den Niederspannungsbereich. Die Kochplatte 1 des Kochfeldes besteht aus einer runden Siliziumnitrit-Scheibe. An dem Außenrand weist die Silizi umnitrit-Scheibe eine Abschrägung 10 auf, die gegen einen korrespondierenden Rand 11 der Gehäusewandung 7 gedrückt wird. Die Kochplatte 1 wird dabei ge halten von der Andruckfläche 4, die sich mittels Schraube 9 gegenüber dem Ge häuseboden 8 abstützt. Zwischen der Andruckplatte 4 und der Kochplatte 1 befin det sich eine Isolationsschicht 3. Zur Beheizung der Kochplatte ist zwischen die Isolationsschicht und die Kochplatte ein meanderförmiger Heizleiter in Form einer Metallfolie eingebracht. Zur Stromzuführung sind in der Mitte sowie am Rand der Kochplatte Durchgangsbohrungen 14, 15 durch die Isolationsschicht 3 und durch die Andruckplatte 4 vorgesehen, durch die die Leitungsenden 12, 13 des Heizleiters hindurchgeführt sind. Die Enden 12, 13 weisen dabei einen vierfach größeren Querschnitt gegenüber den Querschnitten des Heizleiters 2 auf. An den freien En den der Zuführungen 12, 13 sind Kupferblöcke 5, 6 vorgesehen, die eine Über gangsverbindung zwischen den Zuführungen 12, 13 und den elektrischen Versor gungsleitungen schaffen. Zur besseren Verdeutlichung der Lage der Andruckplatte 4, der Isolationsschicht 3 sowie des Heizleiters 2 sind die jeweiligen Komponenten mit entsprechenden Abständen zueinander eingezeichnet, während im Betrieb selbstverständlich die einzelnen Komponenten in einem sicheren Flächenkontakt zueinander stehen.Further advantages and details of the invention will be explained with reference to an embodiment shown in the drawing tion. The best drawing consisting of a figure shows a cross section through the electric hob according to the invention for the low-voltage range. The hotplate 1 of the hob consists of a round silicon nitride disc. At the outer edge, the silicon nitride disc has a bevel 10 which is pressed against a corresponding edge 11 of the housing wall 7 . The hot plate 1 will hold ge from the pressure surface 4 , which is supported by means of screw 9 against the Ge housing bottom 8 . An insulation layer 3 is located between the pressure plate 4 and the hotplate 1 . To heat the hotplate, a meandering heating conductor in the form of a metal foil is inserted between the insulation layer and the hotplate. For power supply, through holes 14 , 15 through the insulation layer 3 and through the pressure plate 4 are provided in the middle and on the edge of the hotplate, through which the line ends 12 , 13 of the heat conductor are passed. The ends 12 , 13 have a four times larger cross section than the cross sections of the heating conductor 2 . At the free ends of the leads 12 , 13 , copper blocks 5 , 6 are provided, which provide a transition connection between the leads 12 , 13 and the electrical supply lines. For better clarification of the position of the pressure plate 4 , the insulation layer 3 and the heating conductor 2 , the respective components are shown at appropriate distances from one another, while in operation the individual components are of course in secure surface contact with one another.
Das dargestellte elektrische Kochfeld wird vorzugsweise mit einer Gleichspannung von 12 V bei einem Strom von 80 A betrieben. Die Kupferblöcke 5, 6 sorgen dafür, daß der Übergangswiderstand zwischen den elektrischen Versorgungsleitungen und den freien Enden der Zuführungen 12, 13 vernachlässigbar ist, so daß an die ser Stelle keine unerwünschte Erwärmung auftreten kann. Die Zuführungen 12, 13 weisen den vierfachen Querschnitt gegenüber der eigentlichen Heizleiterbahn 2 auf, so daß bezogen auf die gleiche Leitungslänge in den Zuführungen nur ein Viertel der Leistung gegenüber einem gleichlangen Heizleiterstück umgesetzt wird. Hiermit ist sichergestellt, daß sich die Zuführungen 12, 13 nicht unerwünscht erhit zen. Gleichzeitig weisen die Zuführungen 12, 13 aber noch einen genügend hohen Wärmewiderstand auf, um eine Überhitzung der Kupferblöcke 5, 6 bzw. der elektri schen Versorgungsleitung seitens des Heizleiters zu verhindern.The electric hob shown is preferably operated with a DC voltage of 12 V at a current of 80 A. The copper blocks 5 , 6 ensure that the contact resistance between the electrical supply lines and the free ends of the leads 12 , 13 is negligible, so that no undesired heating can occur at this point. The feeds 12 , 13 have four times the cross-section compared to the actual heating conductor track 2 , so that, based on the same length of line in the feeds, only a quarter of the power is converted compared to a heating conductor piece of the same length. This ensures that the feeds 12 , 13 do not heat up undesirably. At the same time, the feeds 12 , 13 still have a sufficiently high thermal resistance to prevent overheating of the copper blocks 5 , 6 or the electrical supply line on the part of the heating conductor.
Claims (11)
mit einer Kochplatte aus Hochleistungskeramik und
mit einem Heizleiter, der mit der Unterseite der Kochplatte einen Flächenkon takt bildet,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Heizleiter und den elektrischen Versorgungsleitungen je weils mindestens ein Leitungselement zwischengeschaltet ist, das einen Wi derstandswert aufweist, der zwischen den Widerstandswerten des Heizleiters und der jeweiligen elektrischen Versorgungsleitung liegt. 1. Electric cooktop for the low voltage range
with a high-performance ceramic hob and
with a heating conductor that forms a surface contact with the underside of the hotplate,
characterized by
that between the heating conductor and the electrical supply lines each Weil at least one line element is interposed, which has a Wi derstandswert that is between the resistance values of the heating conductor and the respective electrical supply line.
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