DE2437026C3

DE2437026C3 - Kochfläche aus Glaskeramik

Info

Publication number: DE2437026C3
Application number: DE19742437026
Authority: DE
Inventors: Herwig Dipl.-Ing. 6501 Finthen Scheidler
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1974-08-01
Filing date: 1974-08-01
Publication date: 1978-06-08
Also published as: DE2437026A1; DE2437026B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kochfläche aus Glaskeramik, beispielsweise zur Verwendung in Kochherden und Einbaukochmulden, wobei an der Unterseite der Kochfläche Heizelemente, vorzugsweise Strahlungsheizelemente, angeordnet sind, deren abgegebene Wärmeenergie durch die Kochfläche hindurch an deren Oberseite übertragen werden soH.

Seit einigen Jahren sind Glaskeramiken bekannt, die als Platten zur Herstellung von Kochflächen verwendet werden. Diese Glaskerarnik-Kochflächen unterscheiden sich untereinander unter anderem in ihrer Strahlungsdurchlässigkeit, sowohl im sichtbaren als auch im infraroten Bereich (Fig. 1). Sie finden Verwendung in Kombination mit Heizkörpern, die sowohl nach dem Prinzip der Wärmeleitung (Kontaktheizkörper) zwischen Heizelementen und Kochfläche, als auch nach dem Prinzip der Strahlungsheizung (Strahlungsheizkörper) arbeiten. Zur Vermeidung einer Überhitzung der verwendeten Glaskeramiken müssen Heizkörper ab einer bestimmten Heizleistung eine Temperaturbegrenzung aufweisen.

Insbesondere bei Verwendung von Strahlungsheizkörpern ist für die Ankochzeiten und Wirkungsgrade die Strahlungsdurchlässigkeit der Glaskeramik-Platten im infraroten Wellenlängenbereich von Bedeutung.

Eine Glaskeramik-Platte mit möglichst hoher Strahlungsdurchlässigkeit ist jedoch nicht immer geeignet, gute Kochergebnisse zu erzielen. Deutlich wird dieser Effekt, wenn man Ankochversuche durchführt unter gleichem Randbedingungen einmal mit einer Glaskeramik mit schlechter Wärmestrahlungsdurchlässigkeit (Kurve A, Fig. 1), zum zweiten mit einer Glaskeramik mit einer partiellen Strahlungsdurchlässigkeit (Kurve B, Fig. 1) und einer Glaskeramik mit sehr guter Strahlungsdurchlässigkeit (Kurve C, Fig. 1).

Die Ankochzeiten von 2 1 Wasser von 20-90°C mit diesen drei unterschiedlichen Glaskeramiken bei Verwendung der gleichen Strahlungheizung und a) einem transparenten Glaskeramik-Kochtopf (»Jena 2000«) sowie b) einem Edelstahlkochtopf mit planem Boden, sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Die Unterschiede für die einzelnen Ankochzeiten sind zwar zahlenmäßig relativ gering, jedoch echt und für eine prinzipielle Aussage für nachfolgende Abschätzung von Bedeutung. Die Unterschiede werden größer bei anderen Topfarten (z. B. solchen mit eingezogenen Böden). Aus der Tabelle ist zu erkennen: Erwartungsgemäß ist die Ankochzeit bei Verwendung der strahlungsundurchlässigen Glaskeramik am größten. Bei Verwendung des strahlungsdurchlässigen Glaskeramik-Topfes wird mit der strahlungsdurchlässigen Kochplatte eine kürzere Ankochzeit erreicht als mit der nur partiell strahlungsdurchlässigen Glaskeramik-Platte. Überraschenderweise ist aber bei Verwendung des Edelstahl-Topfes eine strahlungsdurchlässige Glaskeramik-Platte schlechter als die nur partiell strahlungsdurchlässige. Die Ursache hierfür liegt darin, daß durch den reflektierenden Boden des Edelstahl-Topfes ein Teil der durch die Glaskeramik-Platte hindurchtretenden Strahlung wieder in den unter der Kochzone befindlichen Heizraum zurückreflektiert wird und daß hierdurch dort die Temperatur stärker steigt als ohne Reflexion, wodurch der Temperaturbegrenzer öfter abschalten muß und die Gesamtankochzeit verlängert wird. Dieser Effekt wird um so stärker, je höher die Heizleistung bzw. je höher die Strahlungstemperatur des verwendeten Heizelementes ist. Eine erhöhte Heizleistung bzw. Strahlertemperatur ist während des Ankochens nur so lange von Vorteil, bis der Regler das erstemal nach Erreichen der maximal zulässigen

Temperatur schaltet. Zu erkennen ist dies an der Steigung der »Ankochkurven« in Fig. 3. Dort sind die »Ankochkurven« (Temperatur von 2 1 Wasser in Abhängigkeit von der Ankochzeit) bzw. in Tabelle 2 die zugehörigen Meßwerte für den genannten Edelstahltopf für folgende Fälle aufgeführt:

Kurve (!):

1800 W-Heizelement, strahlungsdurchlässige Glaskeramik-Platte (O >o

Kurve (2):

2000 W-Heizelement, strahlungsdurchlässige Glaskeramik-Platte (C)

Kurve (3):

1800 W-Heizelement, partiell strahlur.gsdurchlässige Glaskeramik-Platte (B)

Kurve (4):

2000 W-Heizelement, partiell strahlungsdurchlässige Glaskeramik-Platte (B)

Kurve (5):

1800 W-Heizelement, strahlungsundurchlässige Glaskerarr.ik-Platte (A)

Kurve (6):

2000 W-Heizelement, strahlungsundurchlässige Glaskeramik-Platte (A)

Der Anstieg der Kurven (1) und (2) zeigt, daß nur in der ersten Phase des AnkocRens (bis zum ersten Schalten des Temperaturbegrenzers) die höhere Heizleistung wirksam ist und hierdurch die Gesamtankochzeit verkürzt wird.

Demgegenüber zeigen die Kurven (3) und (4) eine bis zum Ende des Ankochvorgangs (wenn auch nur geringfügig) wirksame Verkürzung der Ankochzeit durch die höhere Heizleistung.

Erwartungsgemäß sind die Ankochzeiten bei der strahlungsundurchlässigen Kochfläche (A) in beiden Fällen wesentlich schlechter als bei den beiden anderen Typen.

Ein weiterer Nachteil von Glaskeramik-Platten mit hoher Wärmestrahlungsdurchlässigkeit liegt darin, daß bei Verwendung von transparenten Kochtöpfen (Glas, durchsichtige Glaskeramik-Geschirre) das Kochgut leicht anbrennen kann, da die Strahlung teilweise auch durch den Topfboden hindurch unmittelbar auf das Kochgut gelangt. Dies trifft insbesondere bei Hochleistungs-Strahlungsheizungen zu, die an sich bei diesen Topfen eine schnelle Ankochzeit ermöglichen.

Da im allgemeinen Glaskeramiken mit hoher Wärmestrahlungsdurchlässigkeit auch eine gute Transparenz im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweisen, sind darüber hinaus diese Glaskeramiken in Kombination mit Strahlungsheizungen für den praktischen Gebrauch nachteilig, da die hell glühenden Heizelemente durch die Platte hindurch unangenehm blenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kochfläche aus Glaskeramik so auszubilden, daß weder bei Verwendung von Edelstahltöpfen die Aufwärmoder Ankochzeit verlängert wird noch bei Verwendung von transparenten Kochtöpfen die Gefahr des Anbrennens des Kochgutes besteht, wobei der Vorteil einer hohen Strahlungsdurchlässigkeit der Glaskeramik-Platten zur Wärmeübertragung bei Kochfiächen erhalten bleiben soll. 6s

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kochfläche aus einer für Wärmestrahlung im Wellenlängenberpich von 0,7-5 [j.m weitgehend durchlässigen Gidskeremik-Basisschicht besteht, deren Oberseite eine mit dieser Basisschicht fest zu einer Einheit verbundenen Deckschicht aufweist, die von wesentlich geringerer Dicke als die Basisschicht ist und Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich von 0,7-5 um weitgehend absorbiert

Vorzugsweise beträgt die Dicke der Basisschicht 3,0-5,5 mm und die Dicke der Deckschicht höchstens ein Zehntel der Dicke der Basisschirht. Die Wärmestrahlungsdurchlässigkeit der Deckschicht ist vernachlässigbar klein bzw. ist so, daß die von den Heizelementen kommende Strahlung bis zur kochseitigen Oberfläche hin nahezu vollständig absorbiert wird.

Durch diese Kombination zweier Schichten mit unterschiedlicher Wärmestrahlungsdurchlässigkeit wird eine Entkopplung der Wärmeübertragung durch Strahlung zwischen Heizelement und Kochgut weitestgehend erreicht. Die volle Strahlungsleistung kann zunächst durch die hoch strahlungsdurchlässige Basisschicht hindurchtreten, kombiniert mit einer parallel laufenden Wärmeleitung. Die zweite, dünne Schicht absorbiert die Strahlung weitgehend, so daß sie auf der kochseitigen Oberfläche der Platte nicht mehr wirksam werden kann. Durch diese dünne Schicht wird nunmehr im überwiegenden Maße die Wärme durch Leitung auf den Topfboden übertragen. Die Strahlung dieser Schicht selbst ist erheblich geringer als die der Heizelemente, da sie sich auf einem einige hundert ⁰C tieferem Temperaturniveau als die Heizelemente befindet.

Somit wirkt die strahlungsdurchlässige Oberflächenschicht als Trennschicht zwischen Strahlung der Heizelemente und Wärmeaufnahme des Topfbodens. Bis zu dieser Schicht wird die Wärme vornehmlich durch Strahlung übertragen; in der Schicht und zum Topfboden erfolgt sie durch Wärmeleitung. Da die Schicht weniger als 1/10 der Basisschichtdicke ausmacht, isi ihr Wärmewiderstand vernachlässigbar klein.

Die Wirksamkeit einer solchen strahlungsdurchlässigen bzw. -absorbierenden Oberflächenschicht wird prinzipiell veranschaulicht durch Tabelle 3 bzw. F i g. 5. Hierin sind die Meßergebnisse aufgeführt, die mit der gleichen strahlungsdurchlässigen Glaskeramik-Kochfläche und dem gleichen Edelstahl-Kochtopf wie in Tabelle 1 erhalten wurden, bei der jedoch die kochseitige Oberfläche dieser Kochfläche mit Ruß strahlungsabsorbierend gemacht wurde. Der Anstieg der »Ankochkurve« bei Verwendung der Kochfläche mit wärmestrahlungsabsorbierender (Ruß-)Oberflächenschicht sowie die insgesamt erhaltene kürzere Ankochzeit zeigen den deutlichen positiven Einfluß dieser Schicht. Dieser Einfluß wird verständlicherweise noch größer bei Heizelementen mit höherer Strahlertemperatur.

Die dünne Oberflächenschicht kann durch verschiedene Verfahren erzeugt werden. Die Deckschicht kann entweder aus einer Emailschicht bestehen oder durch in die Oberfläche der Basisschicht eindiffundierte Oxide gebildet werden.

Einerseits muß die Emailschicht spannungsmäßig angepaßt und wärmestrahlungsundurchlässig sein, andererseits erfüllen die Oxide, wie CaO. MnO, eine ähnliche Funktion, wie sie für den UV- und sichtbaren Wellenlängenbereich durch die Eirilarbung von Gläsern mit sogenannten Diffusionsfarben bekannt ist.

In einer besonderen Ausführungsform ist die Deckschicht nur in den Koch- bzw. Heizzonen angeordnet.

Dadurch wird gleichzeitig eine optische Dekorwirkung dieser Kochzonen erzielt (Fig. 6).

Andererseits ist es auch möglich, daß an der Unterseile der Basisschicht eine dritte Schicht angeordnet ist, die eine mindestens gleich gute Durchlässigkeit wie die Basisschicht aufweist, wobei die Basisschicht mittels der Deckschicht und der dritten Schicht allseitig unter Druckspannung gesetzt wird. Dadurch wird gleichzeitig eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Kochfläche erreicht.

Nur die kochseitige Oberfläche ist also strahlungsundurchlässig (Fig. 7). Das Aufbringen dieser Oberflächenschichten kann analog dem Verfahren zur Herstellung von Überfanggläsern erfolgen.

Die Deckschicht und die dritte Schicht können Verwendeter Kochtopf

Temperaturerhö
hung
von bis

Π

Ankoch/citcn für 2 I Wasser in min (Strahlungshci/elcmc 18(K) W; 0 192 mm) Glaskeramik

(Al

(B)

Edelstahl Kochtopf
185 mm

Tabelle ?

20-25
20-30
20-50
20-70
20-90

2.2 2.9 5,6 8,5 11,7

2.5 5,2 7,4 9,7

a) durch ein Ionenaustauschverfahren nach der Verwendete Heizung Kristallisation erzeugt worden sein,

b) aus Emailschichten bestehen, die nach der Kristallisation auf die Basisschicht aufgeschmolzen worden sind, oder

c) aus Glaskeramiken mit anderer Zusammensetzung bestehen als die der Basisschicht und

während der Formgebung der Basisschicht mit dieser verbunden und gemeinsam kristallisiert worden sein.

Temperaturerhö
hung
von bis

Ankochzeiten für 2 I Wasser in min (Edelstahl-Kochtopf; 0 185 mm) Glaskeramik

(A)

(B)

Strahlungsheizung
1800 W
192 mm

Die Fig. 4, 6 und 7 zeigen drei mögliche Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Kochflächen, während in Fig. 2 die Zuordnung eines Strahlungsheizkörpers zu der Kochfläche gezeigt ist. Der Strahlungsheizkörper besteht aus den Heizelementen 1, die auf einem Isolierfilz 2 ruhen, zur äußeren Begrenzung des Strahlungsheizkörpers dient ein einen Isolierkörpers umschließender Aluminiumtopf 4. Zwischen dem Rand des Strahlungsheizkörpers und der Kochfläche ist noch eine Zwischenlage aus Isolierfilz 2 angeordnet.

Tabelle 1

Strahlungsheizung
W
192 mm

Tabelle 3

20-25
20-30
20-50
20-70
20-90

2,2 2,9 5,6 8,5 11,7

1,9 2,6 5,4 8,3 11.6

2,5 5,2 7,4 9,7

1,8 2,4 4,8 6,9 9.1

Verwendeter Kochtopf

Tempera- Ankochzeiten für 2 i turerhö- Wasser in min Verwendete Glaskeramik Tempe- Ankochzeiten für ratur- Wasser in min erhö- (Edelstahl-Kochtopf hung 0 185 mm von bis Heizung 2000 W, ! C] 0 192 mm)

hung
von bis

[C]

(Strahlungsheizelement 1800 W; 0 192 mm) Glaskeramik

(A)

(B)

(C)

Durchsichtiger Glaskeramik-Kochtopf
0 200 mm

20-25
20-30
20-50
20-70
20-90

2,5 3,4 6,4 9,5 13,1

2,0 3.0

5,5

7,9

10,2

1.9

2,7 5,1 7,2 9,7 Strahlungsdurchlässige

⁴⁵ (C) Strahlungsdurchlässige
(C) auf Oberseite
mit Ruß geschwärzt

20-25 1,6

20-30 2,2

20-50 4,4

20-70 6,7

20-90 9,2

20-25
20-30
20-50
20-70
20-90

1,6 2,2 4,1 6,0 8,1

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kochfläche aus Glaskeramik, beispielsweise zur Verwendung in Kochherden und Einbaukochmulden, wobei an der Unterseite der Kochfläche Heizelemente, vorzugsweise Strahlungsheizelemente, angeordnet sind, deren abgegebene Wärmeenergie durch die Kochfläche hindurch an deren Oberseite übertragen werden soll, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Kochfläche aus einer für Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich von 0,7-5 μπι weitgehend durchlässigen Glaskeramik-Basisschicht besteht, deren Oberseite eine mit dieser Basisschicht fest zu einer Einheit verbundenen Deckschicht aufweist, die von wesentlich geringerer Dicke als die Basisschicht ist und Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich von 0,7-5 uin wei*gehend absorbiert

2. Kochfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Deckschicht (O) höchstens ein Zehntel der Dicke der Basisschicht (B) beträgt

3. Kochfläche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Basisschicht 3-5,5 mm beträgt.

4. Kochfläche nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus einer Emailschicht besteht.

5. Kochfläche nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht durch in die Oberfläche der Basisschicht eindiffundierte Oxide gebildet ist.

6. Kochfläche nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht nur in den Koch- bzw. Heizzonen angeordnet ist.

7. Kochfläche nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Basisschicht eine dritte Schicht angeordnet ist, die eine mindestens gleich gute Durchlässigkeit wie die Basisschicht aufweist, wobei die Basisschicht mittels der Deckschicht und der dritten Schicht allseitig unter Druckspannung gesetzt wird.

8. Kochfläche nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht und die dritte Schicht durch ein lonenaustauschverfahren nach der Kristallisation erzeugt worden sind.

9. Kochfläche nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht und die dritte Schicht aus Emailschichten bestehen, die nach der Kristallisation auf die Basisschicht aufgeschmolzen worden sind.

10. Kochfläche nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht und die dritte Schicht aus Glaskeramiken mit anderer Zusammen-Setzung bestehen als die der Basisschicht und während der Formgebung der Basisschicht mit dieser verbunden und gemeinsam kristallisiert worden sind.

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