DE2411663A1 - ELECTRIC HEATING PLATE - Google Patents
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Description
Anmelderin: Corning Glass Works
Corning, N. T., USAApplicant: Corning Glass Works
Corning, NT, USA
Die Erfindung "betrifft eine elektrische Heizvorrichtung, insbesondere eine als Kocher, Wärmer oder Heizer geeignete Heizplatte, vorzugsweise aus hitzebeständigem glasigem oder glaskeramischen Material, das an einzelnen "Brennstellen" erhitzt wird.The invention "relates to an electrical heating device, in particular a heating plate suitable as a cooker, warmer or heater, preferably made of heat-resistant glassy or glass-ceramic material that is heated at individual "burning points".
Aus der US-PS 3,067,315 ist eine Heizplatte aus glasigem Material mit auf einem Brennteil der Platte aufgebrachter Heizschlange bekannt.From US-PS 3,067,315 a hot plate is made of vitreous Material known with a heating coil applied to a burning part of the plate.
Wird die Heizschlange nach dieser Patentschrift aus einem Material mit linearem, positiven Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands gefertigt, so dass das HeizelementIf the heating coil according to this patent specification is made of a material with a linear, positive temperature coefficient of the electrical resistance made so that the heating element
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gemäss der Lehre der gleiclilaufendeii Anmeldung P 24- 11 766.6 als sein eigener Wärmefühler wirkt, so fliesst in allen Teilen des Heizelements im wesentlichen der gleiche Strom. Nun ist die Energiedichte pro Flächeneinheit A (I R/A) nur dann gleichmässig, wenn, der Widerstand für jede weitere Strecke des Stromwegs gleich ist. Die ausseren Bereiche des Heizelements sind aber infolge des von ihnen nach aussen verlaufenden Stromflusses meist kühler als der mittlere Teil. Bei einem Heizelement mit positivem Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands steigt also der Widerstand in der Mitte des Heizelements. Infolgedessen steigt hier auch dieaccording to the teaching of the concurrent application P 24-11 766.6 acts as its own heat sensor, essentially the same current flows in all parts of the heating element. so the energy density per unit area A (I R / A) is only uniform if, the resistance for each further distance of the current path is the same. The outer areas of the heating element but are mostly cooler than the middle part due to the current flow from them to the outside. at a heating element with a positive temperature coefficient of the electrical resistance increases the resistance in the Middle of the heating element. As a result, the here also rises
E2 Energiedichte über den Durchschnittswert , wobei IL, den Gesamtwiderstand und Am die Gesamtfläche bezeichnet, und diese Steigerung wird auch nur wenig durch steigenden Wärmeaustausch durch Infrarotabstrahlung begrenzt. Die Energiedichte bleibt daher ungleichmässig. Aber selbst wenn sie gleichmässig wäre, würde sie sich im Betrieb, beispielsweise auch bei flachen Elektrotöpfen, wenn diese nicht durch Unachtsamkeit nicht genau mittig auf die Brennstelle aufgesetzt werden, oder wenn der Boden konvex oder ausgebeult oder, besonders bei Aluminiumgeräten, unterschiedlich wärmereflektierend ist. Beispielsweise hält ein genau mittig auf die Brennstelle gesetzter Kochtopf mit flachem, geraden Boden bei Temperaturregelung entsprechend der genannten gleichlaufen-E 2 Energy density above the average value, where IL denotes the total resistance and Am denotes the total area, and this increase is only slightly limited by increasing heat exchange through infrared radiation. The energy density therefore remains uneven. But even if it were even, it would change during operation, for example even with flat electric pots, if they were not placed exactly in the center of the burner due to carelessness, or if the bottom is convex or bulged or, especially with aluminum appliances, is differently heat-reflecting. For example, a saucepan placed exactly in the middle of the burner with a flat, straight base will keep the same running when the temperature is regulated according to the
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den Anmeldung die Temperatur des Heizelements auf 4-50 G und die Energiedichte auf 58-40 Watt pro Inch , also unterhalb der unteren Regelgrenze. Wird das Kochgefäss aber falsch aufgesetzt oder verrutscht es, so dass es z. B. nur etwa 70% der Brennfläche "bedeckt, so steigt mangels Wärmeabfuhr die Temperatur in dem vom Gefäss nicht abgedeckten Bereich und damit auch der elektrische Widerstand. Hierdurch nimmt aber auch die Energiezufuhr in diesem Bereich zu, so dass Temperatur und Widerstand noch weiter ansteigen, bis das Heizelement schliesslich durchbrennt oder Heizelement und Gerät beschädigt werden. Bei einem Gefäss mit konvexem Boden ist die Wärmeabfuhr ungleichmässig, nämlich stärker in dem auf der Platte aufsitzenden Randteil als in der die Platte überbrückenden Mitte, wo Wärmeaustausch nur durch Infrarotstrahlung stattfindet. Auch hier ist eine unterschiedliche Energiedichte die Folge, und zwar liegt sie in der Mitte meist um 10 - 20% höher und übersteigt die Sicherheitsgrenze so weit, dass das Gerät beschädigt wird.the registration the temperature of the heating element to 4-50 G and the energy density to 58-40 watts per inch, i.e. below the lower control limit. But if the cooking vessel is wrong put on or slipped, so that it z. B. only about 70% the focal surface "is covered, the temperature rises in the area not covered by the vessel and due to a lack of heat dissipation thus also the electrical resistance. This also increases the energy supply in this area, so that the temperature and resistance continue to increase until the heating element burns out or heating element and device to be damaged. In the case of a vessel with a convex bottom, the heat dissipation is uneven, namely more in the open The edge part of the plate sitting on top of it than in the middle bridging the plate, where heat is only exchanged by infrared radiation takes place. Here, too, the result is a different energy density, and it is usually in the middle 10 - 20% higher and exceeds the safety limit to such an extent that the device is damaged.
Aufgabe der Erfindung ist daher ein die Entwicklung unterschiedlicher Energiedichten und eine Beschädigung der Vorrichtung vermeidende, sowie einen rationelleren Wärmeaustausch ermöglichender Elektrokocher oder -heizer.The object of the invention is therefore to develop different ones Energy densities and avoiding damage to the device, as well as a more efficient heat exchange enabling electric cooker or heater.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch, gelöst, dass auf mehrere, gleich, grosse Stellen der zu erhitzenden Teilbereiche der Unterfläche der Kochplatte vergleichsweise schmale, fortlaufende, schlangenförmig gekrümmte Streifen aus dünnen Metallfilmen eines elektrischen Widerstandsmaterials mit positivem, linearem Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands aufgebracht sind, wobei alle Streifen gleiche Länge, Breite und gleichen Abstand zwischen den Schlangenlinien und unter Normalbedingungen gleichen elektrischen Widerstand haben, mehrere Sammelleiter oder -schienen vorzugsweise in Form dünner Filme, aus dem gleichen Material wie die Streifen auf der Unterfläche des Brennerteils angebracht sind, welche wahlweise mit einander und den Streifen als der Breite nach abgestufte Sammelleitungen für bestimmte Streifen verbunden sind, wobei die Breite derart der Zahl der jeweils angeschlossenen Streifen angepasst ist, dass äquivalente Widerstandswerte an jeden Streifen gelegt werden, und ebenfalls auf der Unterseite der Brennerplatte ein Paar Anschlüsse, vorzugsweise als dünner Film, aus Material mit niedrigem elektrischen Widerstand angebracht und mit dem jeweils anderen Ende bestimmter Sammelleitungen grösserer Breite verbunden sind.The object is achieved according to the invention in that on several, equally large areas of the sub-areas of the lower surface of the hotplate to be heated, comparatively narrow, continuous, serpentine curved strips of thin metal films of an electrical resistance material with positive, linear temperature coefficient of electrical resistance are applied, with all strips having the same length, width and the same distance between the serpentine lines and have the same electrical resistance under normal conditions, several busbars or busbars, preferably in the form thin films of the same material as the strips are attached to the lower surface of the burner part, which are optional are connected to each other and the strips as widthwise graduated manifolds for certain strips, where the width is the number of each connected Strip is adjusted so that equivalent resistance values are placed on each strip, and also on the bottom the burner plate a pair of terminals, preferably as a thin film, made of material with low electrical resistance attached and connected to the other end of certain manifolds of greater width.
Die Zeichnungen zeigen eine Aufsicht der Unterseite der erfindungsgemäss en Heizplatte in zwei verschiedenen (Fig. 1 bzw. 2) Ausbildungen.The drawings show a top view of the underside of the invention en heating plate in two different (Fig. 1 and 2) configurations.
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In der Fig. 1 "bezeichnet 10 die flache, glatte Unterfläche einer Platte 11 aus vergleichsweise dünnem, hitze"beständi- ■ gern Glas oder glaskeramischem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, grosser mechanischer Festigkeit, guter Abriebbeständigkeit und Wärmeschockfestigkeit. Ein Teil 12 der Platte dient als Brennerfläche und trägt hier auf der Unterseite 12a das näher zu beschreibende Heizelement 13. Die Brennerfläche ist hier kreisförmig, kann aber auch eine andere Form haben.In FIG. 1 ″, 10 denotes the flat, smooth lower surface a plate 11 made of comparatively thin, heat "resistant" ■ like glass or glass-ceramic material with a high dielectric constant, great mechanical strength, good abrasion resistance and thermal shock resistance. A part 12 of the plate serves as a burner surface and carries here on the Underside 12a the heating element 13 to be described in more detail. The burner surface is circular here, but it can also have a different shape.
Auf der unteren Fläche 12a ist eine Vielzahl gewundener oder gewellter, dünner Filmstreifen 14 aus elektrischem Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands befestigt oder aufgebracht. Die Streifen bilden benachbarte Teilflächen im wesentlichen gleicher Grosse, die Streifen haben etwa gleiche Länge und Breite und die Schlangenlinien oder Wellen etwa gleichen Abstand. Statt der gezeigten neun können es auch mehr oder weniger Streifen sein.On the lower surface 12a are a plurality of coiled or corrugated thin film strips 14 of electrically resistive material attached or applied with positive temperature coefficient of electrical resistance. The Stripes form adjacent partial areas essentially of the same size, the strips have approximately the same length and width and the wavy lines or waves are roughly equidistant. Instead of the nine shown, there can also be more or fewer stripes be.
Ebenfalls auf der unteren Fläche 12a angebracht sind mehrere Sammelleitungen 15-20 aus dem gleichen Material wie die Streifen 14, aber der Breite nach abgestuft, d. h. die Leitungen 15, 16 sind am breitesten, Leitungen 19, 20 am schmälsten.Also attached to the lower surface 12a are a plurality of manifolds 15-20 made of the same material as the strips 14, but graduated in breadth, i.e. H. lines 15, 16 are widest, lines 19, 20 are narrowest.
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Streifen und Leitungen können z. B. mit einer Seidenschablone aufgebracht und eingebrannt, aber auch in anderer Weise aufgebracht werden. Das gleiche gilt für die Anschlüsse 21, 22 an eine geeignete Stromquelle.Strips and lines can e.g. B. applied with a silk stencil and baked, but also applied in other ways will. The same applies to the connections 21, 22 to a suitable power source.
Der Anschluss 21 ist mit einem Ende der Sammelleitung 18 mittlerer Breite und der Sammelleitung 16 grösserer Breite verbunden. Das andere Ende der Leitung liegt wahlweise an zwei der Streifen 14-, während das andere Ende der Leitung 16 mit zwei der Streifen 14 und einer weiteren Sammelleitung verbunden ist, die ihrerseits wahlweise an zwei weitere Streifen 14 angeschlossen ist. Auch das andere Ende der Leitung liegt an zwei der Streifen 14. Eine entsprechende Verbindung des Anschlusses 22 über die Sammelschienen' 15, 17, 19 und 20 verschiedener Breite ist aus der Fig. 1 ersichtlich.The connection 21 has one end of the manifold 18 of medium width and the manifold 16 of greater width tied together. The other end of the line is optionally on two of the strips 14-, while the other end of the line 16 with two of the strips 14 and another manifold is connected, which in turn is optionally connected to two further strips 14. The other end of the line too is on two of the strips 14. A corresponding connection of the terminal 22 via the busbars 15, 17, 19 and 20 different widths can be seen from FIG.
Durch diese Anschlüsse liegen das Heizelement 13 und die Anschlüsse 21 und 22 auf der Platte 10 in einer umkehrbar oder umgekehrt bisymmetrischen Lage auf gegenüberliegenden Seiten einer jeden, durch die Mitte der Platte oder des Plattenteils 12 führenden Mittellinie. Daher ist die Hälfte des Brenners auf einer Seite einer solchen Mittellinie, enthaltend z. B. einen Teil der Streifen 14, Leitungen 15 - 20 und Anschlüsse 21, 22 der anderen Hälfte bei Verdrehung um 180° kongruent.The heating element 13 and the connections are located through these connections 21 and 22 on plate 10 in a reversible or reversed bisymmetrical position on opposite sides each, through the center of the plate or the plate part 12 leading center line. Hence half the burner on one side of such a center line containing e.g. B. a portion of the strips 14, lines 15-20 and connectors 21, 22 of the other half are congruent when rotated by 180 °.
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Eine solche Anordnung ist zwar nicht Bedingung, aber vorteilhaft, weil sich dann in allen leitenden Teilen der gleiche elektrische Widerstand ergibt.Such an arrangement is not a requirement, but it is advantageous because the same is then in all conductive parts electrical resistance results.
Die Sammelleitungen 17, 18, 19, 20 in den Randteilen des Brenners haben im wesentlichen die gleiche Leistungsdichte wie öeder der Streifen 14. Dagegen werden die Leitungen 15, 16 sowie die an diese im mittleren Teil angeschlossenen Leitungen mittlerer Breite mit niedrigerer Leistungsdichte als die Streifen 14 ausgelegt, z. B. mit 85% derselben, so dass Spielraum für einen Anstieg der Leistungsdichte bleibt, z. B. wenn ein Kochgerät nicht genau auf die Mitte aufgesetzt wird; der grösste Temperaturanstieg in der Leitung 16 tritt z. B. dann auf, wenn ein Kochgefäss alle von den Streifen 14- erhitzten Teile der Brennerfläche 12a bedeckt, welche an die Leitung 16 angeschlossen sind, während die von der Leitung 16 besetzten oder diese umgebenden Stellen frei bleiben. Bei Auslegung mit 85% Leistungsdichte und Verwendung eines Materials für die Leitung 16 mit dem 1.1/2-fachen Nennwert des Widerstands bei 450° im Vergleich zu 20° bleibt die Temperatur der Leitung der der Streifen 14 nahezu gleich. Bei Verwendung von Heizelementen mit einem höheren oder niedrigeren Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands muss der Leistungsdichtefaktor grosser bzw. kleiner als 85% sein.The collecting lines 17, 18, 19, 20 in the edge parts of the burner have essentially the same power density like Öeder the strip 14. On the other hand, the lines 15, 16 as well as the lines connected to this in the middle part medium width designed with lower power density than the strips 14, e.g. B. with 85% of the same, so that There remains scope for an increase in the power density, e.g. B. when a cooking device is not placed exactly in the middle; the greatest temperature rise in the line 16 occurs z. B. then on when a cooking vessel heated all of the strips 14- Parts of the burner surface 12a covered, which are connected to the line 16, while those of the line 16 occupied or surrounding positions remain vacant. When designed with 85% power density and using one material for the line 16 with 1.1 / 2 times the nominal value of the resistance at 450 ° compared to 20 °, the temperature remains the line of the strip 14 is almost the same. When using heating elements with a higher or lower Temperature coefficient of the electrical resistance, the power density factor must be greater or less than 85%.
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Die Streifen 14 sind mit einer Stromquelle in Parallelschaltung verbunden. Der leitende Teil eines jeden Streifens bedeckt eine bestimmte, gleich grosse Fläche. Mit Ausnahme des kurzen Stücks gemeinsamer Sammelleitung erhält jeder Streifen seinen eigenen Strom, die Ströme in jedem Streifen sind also von einander unabhängig. Steigt daher die Temperatur eines einzelnen Streifens, z. B. infolge mangelnder Wärmeabfuhr bei falsch aufgesetztem Kochgefäss, so steigt der Widerstand R und die Leistungsdichte nimmt entsprechend derThe strips 14 are connected in parallel with a power source tied together. The conductive part of each strip covers a certain area of equal size. With the exception of the short piece of common busbar, each strip receives its own stream, which are streams in each strip thus independent of each other. Therefore, if the temperature of an individual strip, e.g. B. due to a lack of heat dissipation If the cooking vessel is incorrectly placed, the resistance R increases and the power density decreases accordingly
P
E
Formel P = ητ- ab. Statt eines Anstiegs der LeistungsdichteP.
E.
Formula P = ητ- ab. Instead of an increase in power density
um 10 - 20% nimmt diese daher um 10 - 20% ab.by 10 - 20% this decreases by 10 - 20%.
In der Ausbildung der Fig. 2 ist ein aus 21 Abschnitten aufgebautes Heizelement 33 mit 21 elektrischen Heizstreifen und mehreren, der Breite nach abgestuften Sammelleitungen gezeigt. Die Breite der Streifen 34 beträgt z. B. 0,046 InchIn the embodiment of FIG. 2, one is made up of 21 sections Heating element 33 with 21 electrical heating strips and multiple busses staggered in width are shown. The width of the strips 34 is, for. B. 0.046 inches
und ihre Gesamtfläche 66 Inch . (Das Heizelement 33 hat z. B. einen elektrischen Widerstand von 0,35 Ohm/Inch und wird mit einer 240 Volt-Wechselstromquelle gespeist). Die Auslegung wird bei Verwendung anderer Stromquellen entsprechend geändert. Im übrigen entsprechen die mit 30 bis 42 bezeichneten Teile den Teilen 10 - 22 der Fig. 1. Weiter sind ebenfalls der Breite nach abgestufte Sammelschienen 35a - 36a vorgesehen. Die Arbeitsweise ist im übrigen aber die gleiche.and their total area is 66 inches. (For example, the heating element 33 has an electrical resistance of 0.35 ohms / inch and will powered by a 240 volt AC power source). The design is accordingly when using other power sources changed. Otherwise correspond to those designated 30 to 42 Parts of the parts 10-22 of FIG. 1. Furthermore, busbars 35a-36a that are stepped widthwise are also provided. Otherwise, the way of working is the same.
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