DE2135449A1

DE2135449A1 - Glasplatten Oberflachenheizeinheit mit gleichmaßiger Temperaturverteilung

Info

Publication number: DE2135449A1
Application number: DE19712135449
Authority: DE
Inventors: Bohdan Louisville Ky Hurko (V St A )
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-07-24
Filing date: 1971-07-15
Publication date: 1972-01-27
Also published as: FR2101895A5; US3622754A; GB1349024A; CA941428A

Description

1 River Road
Schenectady, N.Y. / USA

Glasplatten-Oberflächenheizeinheit mit gleichmäßiger Temperatur-

verteilung

Ein üblicher elektrischer Kochaufsatz ist häufig mit zahlreichen metallummantelten Widerstandsheizelementen versehen, die jeweils in Form einer Spirale gewickelt und in einer öffnung angeordnet sind, die in dem Kochaufsatz ausgebildet ist. Auf jedes Heizelement kann ein Kochgerät aufgesetzt werden. Diese mit Metall ummantelten Heizelemente werden automatisch von durch Speisen hervorgerufenem Schmutz infolge der hohen Temperaturen gereinigt, die diese Heizelemente erreichen können, wenn sie einmal eingeschaltet sind; es ist aber möglich, daß beim überlaufen Speisen durch das Heizelement fließen und sich in einer unter dem Kochauf sat7, angeordneten Fangschale sammeln, von der sie dann abgewaschen werden müssen.

Um dieses Reinigungsproblem zu mindern, sind vollständige Kochuj'").^;)tze oflfr in gewissen Fällen einzelne aus einer festen Platte

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bestehende Oberflächeneinheiten vorgeschlagen worden, in denen die freiliegende Oberfläche aus einer Glas-Keramikplatte gebildet ist. Für diesen Zweck ist insbesondere ein im allgemeinen milchigweißes, opakes Material aus Glaskeramik oder Kristallglas vorgeschlagen worden. Beispiele für ein derartiges Material sind die Kristallglastypen, die unter Handelsnamen wie beispielsweise "PYROCERAM", "CER-VIT" und HERCUVIT" vertrieben werden. Das opake Kristallglas liefert aufgrund seiner glatterpeckflache, die nahezu wie geschliffenes Glas aussieht, nicht nur ein angenehmes Erscheinungsbild, sondern es ist auch leicht zu reinigen und es verhindert, daß beim Überlaufen Speisen darunterfließen. Es entwickelte sich jedoch ein recht ernsthaftes Problem, zufriedenstellende Heizgeschwindigkeiten im Vergleich zu denjenigen Elementen zu erhalten, die mit den herkömmlichen, freiliegenden mit Metall ummantelten elektrischen V/iderstandsheizelementen oder Gasoberflächenbrennern erzielbar sind. Eine hiermit verbundene Schwierigkeit ist die recht schlechte Wärmeleitfähigkeit durch das Glaskeramikmaterial hindurch. Ein derartiges Material wird weit verbreitet als thermisches oder elektrisches Isoliermaterial verwendet und nicht als thermischer Leiter, wie im vorliegenden Falle. Die Wärme breitet sich nicht leicht in seitlicher Richtung durch die Glasplatte hindurch aus, und während des Kochbetriebes strömt die Wärme nur in der Mähe der Berührungspunkte zum Kochgerät. Der Rest der erwärmten Fläche wird sehr heiß Darüber hinaus weist die Glaskeramikplatte eine sehr große Wärmekapazität auf, so daß, wenn die Energiezufuhr zum Heizelement abgeschaltet ist, es relativ lange dauert, um die Glaskeramikplatte auf Raumtemperatur abzukühlen. Diese Art einer Glasplatte wird auch bei den höheren Temperaturen in steigendem Maße elektrisch leitend, so daß dies zu einem Sicherheitsrisiko führen könnte, falls als elektrisches Heizmittel ein frei gewickeltes Heizelement verwendet werden würde.

Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem Ausführungsbeispi^l eine Feststoffplatten-Oberflächenheizeinheit, die eine Glaskeramik"

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platte aufweist, die auf einer Wärmestreuplatte mit hoher thermischer Leitfähigkeit gehalten ist. An der Unterseite der Streuplatte ist ein mit Metall ummanteltes elektrisches Widerstandsheizelement angebracht. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um die maximale Temperatur, der die Glaskeramikplatte ausgesetzt ist, zu begrenzen. Diese Temperaturbegrenzungseinriehtung umfaßt einen Temperatursensor, der an der Streuplatte angebracht ist und mit einer auf Temperatur ansprechenden Vorrichtung in Verbindung steht, die in einen Leistungskreis für das Heizelement eingeschaltet ist. Wenn dann die Wärmestreuplatte eine vorbestimmte Temperatur erreicht, öffnet die auf Temperatur ansprechende Vorrichtung den Leistungskreis des Heizelementes. Dies gestattet die Verwendung eines Heizelementes mit hoher Leistungsdichte, welche eine hohe Heizgeschwindigkeit gewährt.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Teildarstellung eines Schnittes durch etwa eine Hälfte einer die Erfindung verkörpernden festen Glasplatten-Oberflächenheizeinheit und zeigt eine auf Temperatur ansprechende Vorrichtung der Temperaturbegrenzungseinrichtung, die von der unteren linken Seite der Heizeinheit herabhängt.

Fig. 2 ist eine in kleineren Maßstab gehaltene Schemadarstellung einer Glasplatten-Oberflächenheizeinrichtung und zeigt den Leistungskreis für das Heizelement, der mit einer Temperaturbegrenzungseinrichtung versehen ist, um die maximale Betriebstemperatur der Glasplatte zu regeln.

Fig. 3 ist eine perspektivische Teildarstellung in leicht vergrößertem Maßstab und zeigt die Glasplatten-Oberflächenheizeinheit gemäß Fig. 1 von der Seite. Diese Figur stellt dar, wie die Heizeinheit in Verbindung mit einem vertieften Absatz, der eine öffnung in einem Kochaufsatz umgibt, und desgleichen mit einem Einfaßring und einer Miederhalte-

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-ölvorrichtung zum Zusammenklemmen der verschiedenen Elemente der Oberflächeneinheit und zum Verschließen und Abdichten des Randes der Heizeinheit gegenüber dem Durchtritt von Flüssigkeit gehalten ist.

•Fig. 4 ist ein Betriebsdiagramm oder ein Temperaturkurvenbild der Heizspirale für eine übliche mit Metall ummantelte Widerstandseinheit, die mit einer festen Glasplatte in Kontakt· gehalten ist, und gibt die Temperatur über der Zeit wieder. Es ist eine Temperaturkurvenschar zum Kochen von 0,95 1 (1 Quart) Wasser gezeigt; die erste Kurve gilt für ein flaches Gefäß, die zweite für einen Zustand ohne Last (Leerlauf) und die dritte für ein gekrümmtes Gefäß.

Fig. 5 ist ein anderes Betriebsdiagramm oder eine Kurvendarstellung der Glasplatten-Oberflächenheizeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zum Vergleich mit dem Leistungsvermögen eines üblichen mit Metall ummantelten Widerstandsheizelement/in Fig. 4. Die erste Kurve gilt wieder für ein flaches Gefäß, die zweite für ein gekrümmtes und die dritte für einen Zustand ohne Last (Leerlauf).

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt von etwas mehr als einer Hälfte einer Feststoffplatten-Oberflächenheizeinheit 10 mit einer oben liegenden Glaskeramikplatte 12. Diese Glaskeramikplatte ist elektrisch isolierend und thermisch durchlässig und weiterhin sehr verschleißfest und beständig gegenüber plötzlichen Temperaturschwankungen und gegenüber physikalischen und chemischen Einflüssen der Speisen und Flüssigkeiten, die mit der Platte in Berührung kommen können. Auch wenn durchweg der Begriff Glaskeramikmaterial oder Kristallglasmaterial verwendet wird, so sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung auch andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften, wie z. B. Quarz, hochwertiges Silikaglas, Hochtemperaturgläser und andere Keramikmaterialien umfaßt. Ss würde äußerst schwierig sein, eine gleichmäßige Temperaturverteilung über dieser Glasplatte 12 aufrechtzuerhalten, wenn sie direkt durch eine offene Heizspirale oder ein mit Metall ummantel-

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tes Widerstandsheizelement in Spiralform erhitzt werden würde. Die V.'ärme breitet sich sehr langsam in seitlicher Richtung durch die Glasplatte hindurch aus und infolgedessen würden auf der Glasoberfläche, die den Berührungsflächen zwischen dem Heizelement und dem Glas am nächsten gelegen ist, Hitzepunkte entstehen. Diese Glasart kann eine Betriebstemperatur von etwa 700 C (1 300 P) an irgendeinem Punkt nicht überschreiten, und infolgedessen würde die abgebbare Gesamtwärme einer Glaskeramik-Oberflächenheinheit herabgesetzt werden, falls die Glasplatte eine ungleichförmige Temperaturverteilung aufweist. Wenn eine Temperaturbegrenzungseinrichtung fehlt, würde die Glasplatte unterheizt werden müssen, um eine Beschädigung der Glasplatte zu vermeiden.

Die vorliegende Erfindung schlägt die Einfügung einer Warmestreuplatte 14 unter der Glaskeramikplatte 12 vor. Diese Warmestreuplatte weist eine hohe thermische Leitfähigkeit auf und besteht vorzugsweise aus dünnem zusammengesetzten Metallblechmaterial mit einem dünnen Mittelkern 16 für eine schnelle Verteilung der Wärme über die gesamte Platte, um so eine im allgemeinen gleichförmige Temperaturverteilung zu erhalten. Ein derartiger Kern könnte aus Metallen und Legierungen wie z. B. Kupfer, Silber und Aluminium ausgewählt werden. Kupfer besitzt eine sehr geringe Festigkeit bei Temperaturen in der Nähe von 700 ⁰C (1 300 ⁰P) und oxidiert auch sehr leicht. Da ein Kernblech 16 aus Kupfer eine geringe Dicke aufweist, in der Größenordnung von 1 Millimeter (0,040 Zoll), würde es dazu neigen, sich bei normaler Benutzung infolge von thermischen Beanspruchungen, die durch zeitweilige ungleichförmige Temperaturverteilung während der Vorheizperiode hervorgerufen werden, und weiterhin infolge der hohen Temperaturen, denen es ausgesetzt ist, leicht zu verziehen oder zu deformieren. Deshalb ist der Kern sandwichartig eingefaßt oder eingeschlossen zwischen zwei dünnen, aus einem Stück bestehenden Außenhäuten bzw. überzügen 17 und 18, die jeweils eine Dicke von etwa 0,4 mm (0,016 Zoll) aufweisen. Derartige überzüge könnten aus Metallen oder Legierungen wie z. B. rostfreiem Stahl, flickel oder Chrom bestehen. Bei

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jeder Wahl der Materialien sollte berücksichtigt werden, daß die Kern- und Überzugsmaterialien zueinander passende Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Damit das Kupfer am Umfangsrand der Platte nicht freiliegt, werden die zwei Überzüge 17 und 18 aus rostfreiem Stahl über dem Kernrand durch einen Quetschvorgang abgedichtet, um den Kern gegen Korrosion und Oxidation zu schützen. Die Außenhäute bzw. Überzüge 17 und 18 aus rostfreiem Stahl, die sich auf der Außenfläche der zusammengesetzten bzw. geschichteten Platte 14 befinden, geben der Platte Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Verziehen, da sie eine hohe Festigkeit mit gutem Wärmeleitvermögen vereinigt, die keine aus nur einem Material bestehende Platte erreichen kann. Dieses dünne zusammengesetzte Blechmaterial lh besteht aus einem zentralen Kupferkern 16 und zwei äußeren überzügen 17 und 18 aus rostfreiem Stahl,und es kann aus einzelnen Blechen gebildet werden, die "flächengeschweißt" werden, wie z. B. durch ein Verfahren des Explosivschweißens, wodurch eine Verbindung der Metallbleche entlang ihrer zusammenpassenden Oberflächen hergestellt wird.

Ein dünner keramischer überzug aus Porzellanemaille, Siliciumdioxid (Silica) oder ähnlichem, der die zusammengesetzte Wärmestreuplatte 14 umgibt, verbessert das Leistungsvermögen der Oberflächenheizeinheit noch weiter. Ein solcher überzug verhindert einen metallischen Kontakt zwischen der zusammengesetzten Platte Ik und der Glasplatte 12, so daß dadurch die Möglichkeit einer Ätzwirkung oder das Entstehen weicher Flecken in dem Glas vermindert wird. Keramische überzüge haben im Vergleich zu einer metallischen Oberfläche ein hohes Emissionsvermögen. Falls die zusammengesetzte Platte keinen guten Kontakt mit der Glasplatte bildet, strahlt die mit Keramik überzogene Platte Wärme in Richtung auf die Glasplatte. Der keramische Überzug auf der Unterseite der zusammengesetzten Platte 14 führt dazu, daß sich die Platte I¹J aus dem gleichen Grund schneller abkühlt.

Ein mit Metall ummanteltes Widerstandsheizelement 20, das mit drei Spiralen gezeijt ist, ist an der Unterseite der Wärmest reu-

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platte l4 angelötet. Wie allgemein bekannt ist, würde ein derartiges mit Metall ummanteltes Heizelement 20 einen zentralen, einen elektrischen Widerstand bildenden Nickelchrom-Heizdraht in Spiralform aufweisen, der in ein dünnes Metallrohr oder eine Ummantelung 23 aus rostfreiem Stahl (Inconel) oder ähnlichem eingesetzt ist. Dann wird der Mantel mit einem geeigneten elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Material, wie z. B. Magnesiumoxid (MgO) oder ähnlichem, gefüllt, um den Heizdraht 21 von dem Metallmantel 23 zu trennen. Die oben gelegene Oberfläche des Heizelementes 20 wird abgeflacht, um so eine gute Kontaktfläche des Metallmantels 23 mit der Wärmestreuplatte 14 zu erhalten. Darüber hinaus wirkt die Wärmestreuplatte 14 in ähnlicher Weise wie Kühlrippen und hält das Heizelement 20 auf viel niedrigeren Betriebstemperaturen, wodurch die Lebensdauer des Heizelementes verlängert wird. Aufgrund des guten Wärmeleitvermögens der Warmestreuplatte 14 kann auch ein kürzeres Heizelement 20 verwendet werden. Mit anderen V/orten bedeutet dies, daß übliche Heizelemente der gleichen Leistung mehr Windungen oder Spiralen aufweisen würden, als dies bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Einer der zwei Anschlüsse 22 des Heizelementes ist in der Weise dargestellt, daß er in vertikaler Richtung unter das Heizelement 20 nach unten führt. Dieser Anschluß 22 ist mit einem kalten Anschlußende versehen, das ein offenes Verbindungsstück 24 zur Aufnahme eine*¹ nicht gezeigten Aufsteckverbindung aufweist, um in üblicher Weise eine elektrische Verbindung herzustellen.

Um die Wärmestreuplatte 14 zu versteifen, ist der Rand der Platte mit einem nach unten gebogenen Bördel 26 versehen, wodurch der Wärmestreuplatte eine Form ähnlich einer umgekehrten Flachpfanne gegeben ist. Ein weiteres Mittel zur Verstärkung der Wärmestreuplatte 14 besteht darin, eine Reihe von diagonalen oder radialen Versteifungen 28 vorzusehen, die hochkant angeordnet und an der Unterseite der Wärmestreuplatte und möglicherweise an dem Mantel des Heizelementes 20 befestigt sind. Dies kann beispielsweise durch Anlöten oder ähnliche Verfahren geschehen. Diese Verstei-

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fungsteile 28 können viele verschiedene Formen besitzen, da es nicht nur einen Weg für ihre Gestaltung gibt. Die Theorie liegt vielmehr ganz allgemein darin, der Wärmestreuplatte eine ausreichende Tiefe oder Trägerwirkung zu geben, so daß sie sich bei thermischen oder mechanischen Beanspruchungen nicht leicht verbiegt.

Unter der Heizeinheit 10 ist eine Spiegelschale 30 in tiefgezogener Form angeordnet. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Oberflächenheizeinheit 10 in einer kreisförmigen Öffnung 32 angeordnet ist, die in einem horizontalen Kochaufsatz 34 ausgebildet ist. Der Rand des Kochaufsatzes, der die Öffnung 32 für die Oberflächenheizeinheit 10 begrenzt _s ist mit einem vertieften Absatz 36 versehen. Es ist nützlich, gewisse Mittel vorzusehen, um die Oberflächenheig^einheit 10 in ihrer Lage zu halten. Diese Aufgabe wird von einem Einfaßring 38 übernommen, der einen transversalen T-förmigen Querschnitt mit einem ersten vertikalen Schenkelteil 40 aufweist j der in den Spalt zwischen dem Umfang der Heizeinheit 10 und der vertikalen Seite 42 des vertieften Absatzes 36 einsetzbar ist. Der obere Rand des Schenkels 40 ist mit einer übergefalteten Krone 44 versehen, die sowohl über dem Rand des Kochaufsatzes 34 als auch über dem Rand der Glaskeramikplatte 12 liegt.

Es muß auch dafür gesorgt werden, daß der Einfaßring 38 in seiner Lage gehalten wird. Zu diesem Zweck ist eine Reihe von Klemmteilen 46 in großen Abständen um den Einfaßring herum an dem Schenkelteil 40 des Einfaßringes 38 angebracht. Jeder Klemmteil 46 besteht aus dünnem Federmaterial geringer Breite und ist an seinem oberen Ende mit einem Paar gekröpfter Finger 48 versehen, die durch passende Schlitze 50 hindurchgreifen können, die in dem Sehenkelteil des Einfaßringes 38 ausgebildet sind. Der einzige Weg, die Finger 48 durch die Schlitze 50 hindurch einzusetzen, besteht darin, die Heizeinheit 10 von dem Kochaufsatz zu entfernen und die Finger unter einem im allgemeinen senkrechten VJinkel

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in Bezug auf den Schenkelteil 40 des Einfaßringes einzusetzen und dann den Klemmteil nach unten gegen den Schenkelteil 40 zu schwenken, wie es aus den beiden Figuren 1 und 3 ersichtlich ist. Diese Finger werden infolge des kleinen Spielraumes zwischen dem Schenkelteil 40 und der vertikalen Seite 42 des Kochaufsatzrandes in ihrer Lage gehalten. Unter die Krone 44 ist eine Asbestpackung 51 als eine Feuchtigkeitssperre eingebracht. Jeder Klemmteil 46 weist von der Seite gesehen im großen und ganzen eine Z-Form auf mit einem im allgemeinen vertikalen oberen Schenkel 52, einem im allgemeinen horizontalen Mittelteil 54 und einem weiten V-förmigen unteren Abschnitt 56· Dieser V-Abschnitt 56 besitzt einen Scheitel 58, der im allgemeinen auf den Rand des Absatzes 36 des Kochaufsatzes 34 gerichtet ist, um als ein Rasteleinent zu dienen, so daß, wenn die Heizeinheit 10 auf den vertieften Absatz 36 des Kochaufsatzes 34 abgesenkt wird, das Rastelerr.ent 58 an dem innersten Rand des Absatzes 36 einzugreifen versucht, bis eine zusätzliche Kraft dazu führt, daß die Raste von dem Absatz wegspringt und dann unter den Absatz zurückschnappt, um als eine feste Niederhaltevorrichtung zu dienen. Der horizontale Mittelabschnitt 54 drückt die Spiegelschale 30 und die VJärmestreuplatte 14 gegen die Unterseite der Glaskeramikplatte 12.

Es ist wichtig, die Betriebstemperatur der Glaskeramikplatte 12 auf eine Temperatur unterhalb etwa 700 °C (1 300 ⁰F) zu begrenzen. Dies kann am besten dadurch erreicht werden, daß zu der erfindungsgemäßen Oberflächenheizeinheit eine Temperaturbegrenzungseinrichtung hinzugefügt wird, so daß die Energiezufuhr zum Heizelement 20 abgeschaltet wird, wenn die Temperatur der Wärmestreuplatte eine vorbestimmte Grenze erreicht. Diese Temperaturbegrenzungseinrichtung umfaßt einen Temperatursensor oder langgestreckten Kolben 62, der an der Unterseite der Wärmestreuplatte 14 nahe einer Windung oder Spirale des Heizelementes 20 angelötet oder auf andere Weise angebracht ist, wie es am besten aus Fig. 1 hervorgeht. Dieser Sensor 62 würde mit einem thermostatischen

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Hochtemperatur-Strömungsmittel gefüllt, wie z. B. Natriumkaliurr. (NaK) oder ähnlichen, das über ein Kapillarröhrchen 66, das schematisch als eine lange gestrichelte Linie dargestellt ist., mit einer auf Temperatur ansprechenden Vorrichtung 64 in Verbindung stehen würde. Diese auf Temperatur ansprechende Vorrichtung 64 ist ein Begrenzungsschalter mit einem Temperaturpunkt oder ein Thermostat, der auf eine kritische Temperatur von etwa 677 °C (1 250 ⁰P) eingestellt ist. Diese auf Temperatur ansprechende Vorrichtung ist elektrisch in^einen Leistungskreis für das Heizelement 20 eingeschaltet, wie es schematisch in Fig. 2 gezeigt ist. Das Heizelement 20 ist einfach als eine elektrische Widerstandslast dargestellt, die durch Leiter 68 und 70 in einen Leistungskreis über den Leitungen Ll und L2 geschaltet ist. Zwischen die Leiter ist ein manueller Wählschalter 72 gelegt, um die Energie zum Heizelement zu steuern. Alternativ könnte dieser Schalter 72 durch einen unbegrenzten Wärmeschalter ersetzt werden, der die Höhe der Energie zum Heizelement regelt. Hingewiesen sei auf die Erdungsschaltung 73 in Fig. 2, die mit der Wärmestreuplatte 14 verbunden ist. Dies ist insofern wichtig, als die Glaskeramikplatte 12 im oberen Ende des Temperaturbereiches leitend wird und dies ein Sicherheitsrisiko für den Benutzer hervorruft. Die Erdung der Warmestreuplatte 14 eliminiert dieses Sicherheitsrisiko.

Während der Entwicklung dieser Feststoffplatten-Oberflächenheizeinheit 10 unter Verwendung der.Wärmestreuplatte 14 wurde gefunden, daß die Heizeinheit infolge des hohen Wärmeleitvermögens der Wärmestreuplatte eine hervorragende Eigenschaft besitzt. Die Oberflächenheizeinheit kann bei beträchtlich niedrigeren Temperaturen zufriedenstellend arbeiten. Diesbezüglich sei auf die relativen Leistungsdiagramme in den Figuren 4 und 5 verwiesen. Fig. 4 zeigt Temperaturen einer üblichen spiralförmig gewickelten, mit Metall ummantelten Widerstandsheizeinheit mit 900 Watt, die mit einer Glasplatte in Berührung steht, während sich Fig. 5 auf die Wärmestreuplatte und Glasoberflächenheizeinheit von 1 100 Watt Nennleistung gemäß der vorliegenden Frfindun

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bezieht. Da in beiden Fällen die Heizelemente mit Glaskeramikplatten in Berührung stehen, nähert sich das Glas an diesen Berührungspunkten diesen Temperaturen nach einer längeren Betriebszeit. Wie aus Pig· 4 hervorgeht, könnte die Manteltemperatur unter "Leerlauf-Bedingungen eine Temperatur von über 8*43 C (1 550 ⁰F) für die Spiraleinheit erreichen, während in der Glaskerairdkplatteneinheit gemäß Fig. 5 die maximale "Leerlauf'-Temperatur etwa 700 ⁰C (1 3OO ⁰F) betragen würde. Für den Fall, daß )j95 1 (1 Quart) V/asser in einem Gefäß mit einer gekrümmten Bodenfläche auf der Heizeinheit gemäß Fig. 4 zu kochen wäre, würde die Manteltemperatur des spiralförmigen Heizelementes etwa 927 C (1 700 °F) betragen, während in der Glaskeramikplatteneinheit gerr.äf) Fig. 5 und der vorliegenden Erfindung die Temperatur der V.'ärrnestreuplatte bei etwa 638 ⁰C (1 ISO ⁰F) liegen würde. Wenn schließlich 0,95 1 (1 Quart) Wasser in einem Gefäß mit einer flachen Bodenfläche zu kochen wäre, würde die maximale Temperatur in der Spiraleinheit etwa 699 °C (1 290 ⁰F) betragen, während in der erfindungsgemäßen Platteneinheit die Temperatur der Wärmestreuplatte bei etwa 454 ⁰C (85O ⁰F) liegen würde. Es sei auch darauf hingewiesen, daß die Zeiten zum Kochen des Wassers in Fig. 5 kürzer sind als diejenigen in Fig. 4, da eine höhere Leistung verwendet wird und das System gemäß Fig. 5 effizienter ist. Mit anderen V/orten besteht eine viel bessere thermische Verbindung zwischen dem Kochgerät und der Wärmequelle der vorliegenden, Erfindung als dies zwischen einer Glaskeramikeinheit der Fall sein würde, falls ein spiralförmig gewickeltes Heizelement ohne die Wärmestreuplatte verwendet werden würde. Dieses Phänomen gestattet den Aufbau einer Oberflächen^-einheit mit niedriger Temperatur und großer Geschwindigkeit. Für eine Glasplatteneinheit mit beispielsweise 15 cm (6 Zoll) Durchmesser ohne Temperaturbegrenzungseinrichtung würde die Leistung, des Heizelementes auf etwa 800 Watt begrenzt sein, um die Glasplatte nicht zu überhitzen. Andererseits kann bei Einfügung der Temperaturbegrenzxmgseinrichtung eine Heizvorrichtung mit 1 600 Watt mit Erfolg verwendet werden. Eine derartig hohe Leistung würde für eine viel kürzere Zeit sorgen, um die Platte 12 vorzuheizen. Die in Fig. 5

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gezeigten Kurven würden einen viel steileren Anstieg aufweisen als für eine Einheit mit 1 100 Watt, wie sie hier untersucht wurde.

. Nachdem oben ein wichtiger Beitrag in der Technik von Feststoffen

platten-OberflächenheizeinheitT beschrieben wurde, wird dem Fachmann auf einfache Weise klar, daß die vorliegende Glaskeramikplatte mit einer gleichmäßigen Temperaturverteilung und mit einer größeren Gesamtwärmeabgabe und mit einer großen Erhitzungsgeschwindigkeit arbeiten könnte. Die Glasplatte würde für ein besseres Leistungsvermögen mit einem gekrümmten Gefäß als bekannte Glasplatteneinheiten sorgen. Die bekannten Glasplatteneinheiten würden Hitzeflecken ausbilden, wenn sie zusammen mit einem gekrümmten Gefäß verwendet werden. Die Wärme versucht über Berührungspunkte von der Glasplatte zum Gefäß zu fließen und an diesen Punkten werden kältere Flecken erzeugt. Die gekrümmte Bodenfläche wirkt jedoch als ein Wärmereflektor, der die Wärme in Richtung auf die Glasplatte zurückwirft und heißere Bereiche hervorruft. Die Wärmestreuplatte wirkt dagegen als ein Temperaturausgleicherequalizer, wodurch die Wärme von den heißeren Bereichen zu den kälteren Flecken strömt. Die Verwendung der Temperaturbegrenzungseinrichtung gestattet die Verwendung von Heizvorrichtungen mit größerer Leistung, die die Vorheizzeit und desgleichen die Zeit wesentlich verkürzt, um 0,95 1 (1 Quart) Wasser zu kochen. Diese Menge wird hier als standardisierte Wärmelast zu Testzwecken angenommen. Die Glasplatte wird von der Wärmestreuplatte getragen und erfordert keine Isolationslage zur Halterung, so daß die Wärme frei nach unten strömen kann. Wenn die Energie abgeschaltet Xtfird, wirken die Wärmestreuplatte 14 und die Versteifungen 28 als Kühlrippen, und die Wärme strahlt von der Glasplatte nach unten. Diese Abkühlwirkung würde sogar noch effektiver, falls ein Zwangskühlsystem verwendet würde.

Die verbesserte Abkühlung führt zu einem leichten Abfall des Wirkungsgrades der Oberf lächenheizeinheit, da größere VJärmeverluste bestehen. Dieser Abfall des Wirkungsgrades ist jedoch auf-

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grund der Natur der Glasplattenerhitzer nicht sehr signifikant. Glas arbeitet bei Maximaltemperaturen, die viel kleiner sind, als die Manteltemperatur von mit Metall ummantelten Heizelementen, und die Wärmeverluste sind eine exponentielle Funktion der Temperatur. WärmestrahüSveriuste sind direkt proportional zu T . Zusammen mit einer Temperaturbegrenzungseinrichtung haben die geringfügig; größeren Wärmeverluste keinen Einfluß auf die Geschwindigkeit der Einheit oder die Kochzeit, da der Wärmeübergang auf das Kochgerät eine Punktion der Glasplattentemperatur ist, und diese Temperatur wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch Zuführung von r.ehr Energie aufrechterhalten. Es trifft jedoch zu, daß die Energie während des Betriebszyklus für eine längere Zeit zugeführt wird.

Diese Glasplatteneinheit kann an eine automatische Oberflächenheizeinheit adaptiert werden, da die gleichmäßige Temperaturverteilung erlaubt, daß die Temperatur an irgendeinem Punkt der Platte abgetastet wird. Alternativ kann die Glasplatte mit einem zentralen Loch zum Einsatz eines durch Federkraft vorgespannten Abtastelementes versehen werden, das direkt mit der Bodenfläche eines Kochgerätes in Verbindung steht.

Die Warmestreuplatte bildet eine feste Unterlage bzw. Halterung für die Glasplatte, wenn eine dünnere Glasplatte mit einer kleineren thermischen Masse verwendet wird. Diese Oberflächenheizeinheit ist für dünne Kochaufsätze geeignet, da die Oberflächenheizeinheit nicht mehr als 38 mm (1 1/2 Zoll) Kochaufsatztiefe erfordert.

Eine Modifikation dieser Erfindung würde darin bestehen, das elektrische, mit Metall ummantelte Widerstandselement 20 durch einen Gasbrenner unterhalb der Wärmestreuplatte Ik zu ersetzen. Es wird jedoch angenommen, daß diese Erfindung von größerer Wichtigkeit ist, wenn sie in Verbindung mit einem elektrischen Erhitzer Anwendung findet, da die Wärme in einem elektrischen Erhitzer so konzentriert ist. Die Flamme von einem Gasbrenner kann

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in Abhängigkeit von den Anforderungen vergrößert oder verkleinert werden.

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Claims

Ansprüche

Oberflächenheizeinheit, dadurch gekennzeichnet , daß eine Platte (12) aus Glaskeramikmaterial auf einer Platte (14) aus zusammengesetztem Metallblechmaterial mit einem Mittelkern (16), der aus Metallen oder Legierungen mit großer thermischer Leitfähigkeit gebildet ist, wie z. B. Kupfer, Silber oder Aluminium, und mit einer Außenhaut (17_S 18), die aus oxidations- und korrosionsbeständigen Metallen oder Legierungen wie z. B. rostfreiem Stahl, Nickel oder Chrom gebildet sind, gelagert ist, eine Wärmequelle (20) mit der Unterseite der zusammengesetzten Platte (14) funktionell verbunden ist, die Temperatur der zusammengesetzten Platte (14) durch eine Temperaturbegrenzungseinrichtung abtastbar ist und eine Vorrichtung zum Abschalten der Energiezufuhr zum Heizelement (20) bei Temperaturen der zusammengesetzten Platte (14) irgendwo übex¹ etwa 530 ⁰C (1 000 ⁰P) vorgesehen ist.
2. Oberflächenheizeinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnetdurch einen Versteifungsteil (28) einer offenen Aussteifung, die an der Unterseite der zusammengesetzten Platte (l4) angebracht ist, eine die Anordnung tragende Spiegelschale (30) und einen lösbaren Zinfaßring (38), der die Anordnung umgibt und z.ur Befestigung einer isolierten elektrischen Widerstandäfeinheit (10) in einer mit Öffnungen versehenen Halterungspaneele (34) geeignet ist.
3. Oberflächenheizeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperaturbegrenzungseinrichtung einen Temperatursensor (62) in engem thermischen Kontakt mit der Unterseite der zusammengesetzten platte (14) und eine auf Temperatur ansprechende Vorrichtung (64), die von der Spiegelschale (30) getragen ist,

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und Verbindungsmittel (66). aufweist, die den Temperatursensor (62) mit der auf Temperatur ansprechenden Vorrichtung (64) verbinden.
4. Oberflächenheizeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ₅die Temperaturbegrenzungseinrichtung eine,Temperaturbegrenzungsschaltvorrichtung ist j die von der Einheit (10) getragen ist und einen Temperaturabtastfühler aufweist, der in thermischer Relation zur Unterplatte (14) gehalten ist, wobei die Temperaturbegrenzungs schaltvorrichtung in einen Leistungskreis für "ein elektrisches Heizelement (20) einschaltbar ist, so daß die Glaskeramikplatte (12) mit Sicherheit nicht überhitzbar ist und das Heizelement (20) eine größere Leistung als eine Heizeinheit ohne den Temperaturbegrenzungsschalter aufweisen kann ₃ wodurch die Vorheizzeit verkürzbar ist, die für die Glaskeramikplatte (12) zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur erforderlich ist.
5. Oberflächenheizeinheit nach Anspruch H₃ dadurch gekennze ichnet, daß die Wärme von dem Heizelement (20) gleichförmig über die obere Glaskeramikplatte (12) verteilbar ist und die Wärme im Falle der Verwendung eines gekrümmten Kochgerätes auf der Einheit (10) von den heißen Flecken auf der oberen Platte (12) mittels der unteren Metallplatte (14) zu den kalten Flecken strömt.
6. Oberflächenheizeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Heizelement ein Gasbrenner ist.

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