DE2455510A1

DE2455510A1 - Metallverbundplatten-oberflaechenheizeinheit

Info

Publication number: DE2455510A1
Application number: DE19742455510
Authority: DE
Inventors: Bohdan Hurko
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-11-28
Filing date: 1974-11-23
Publication date: 1975-06-05
Also published as: BR7409896A; FR2252725A1; AU7540374A; ZA747257B; CA1019797A; JPS5085475A; SE7414888L; IT1026565B; GB1482429A; AU476148B2; SE404576B; US3845273A

Description

22. November 197¹* _ ,. ... Dr. Schu./Vo.

Dr. Horst Schuler 9 A R R R1 η

Patentanwalt " · £«*0 00 IU

6 Frankfurt/Main 1 2952-9D-RG-10119

Niddastr. 52

GENERAL ELECTRIC COMPANY Metallverbundplatten-Oberflachenheizeinheit

Die Erfindung betrifft eine Oberflächenheizeinheit mit einer Metallverbundplatte.

In vielen Ländern wird ein elektrisches Kochen auf Oberflächen fester Gußeisenplatteneinheiten durchgeführt, wobei die Widerstandsheizelemente entweder eingebettet oder dauerhaft angebracht sind. Ein wesentlicher Vorteil einer Oberflächenheizeinheit mit einer festen Platte besteht in der.einfachen Säuberungsmöglichkeit, da keine Öffnungen bzw. Löcher vorhanden sind, durch die überlaufende und überkochende Bestandteile gelangen können und schwierig zu entfernen sind. Ein wesentlicher Nachteil der Platten der Gußeisenoberflächeneinheit besteht in ihrer großen thermischen Masse und ihrer langsamen Au'fwärmungs- sowie Abkühlungsraten wie auch in ihrem wenig ansprechenden Aussehen.

Ein wesentlicher Vorteil der Technik von festen Plattenoberflächenheizeinheiten ergibt sich aus dem US-Patent 3 569 672, das sich auf eine Plattenoberflachenheizeinheit mit geringer thermischer Masse bezieht. Danach wird eine Verbundmetallplatte für eine Festplatten-Oberflächenheizeinheit mit dem Unterschied benutzt, daß die Hülle des Heizelements längs ihrer Länge an der Unterseite der Verbundplatte angelötet bzw. -geschweißt oder in anderer Weise angebracht ist. Der Lot- bzw. Schweißvorgang erfordert sehr hohe Temperaturen, und das Lotmaterial führt zu einer beträchtlichen Gewichtssteigerung des Gesamtgewichts bzw. zu einer Steigerung der thermischen Masse-der Oberflächeneinheit, Auch ist es wichtig-, daß die Heizspulen im Hinblick auf einen geeigneten Lötvorgang sehr flach sind und Temperaturdifferenzen zwischen dem Heizelement sowie der Ver-

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führen
bundplatte^vzu großen Belastungskonzentrationen. Darüberhinaus ist der Lötvorgang kostspielig und stellt einen großen Anteil der Gesamtkosten der Oberflächeneinheit dar.

Erfindungsgemäß gilt es, diese Nachteile zu vermeiden, und es wird daher eine Festplatten-Oberflächenheizeinheit geringer thermischer Masse mit einer dünnen Platte aus Verbundmetall vorgeschlagen, das eine große thermische Leitfähigkeit hat und auch fest sowie oxidations- und korrosionsbeständig¹ ist. Ein metallisch umhülltes elektrisches Widerstandsheizelement mit gewundenem Aufbau wird gegen die Unterseite der Verbundmetallplatte gepreßt. Eine erhabene bzw. geprägte Stütz- oder Andruckplatte preßt das Heizelement gegen die Verbundmetallplatte und ist mit dieser an einer Anzahl von in bezug auf das Heizelement entfernten Punkten verbunden. Daher ist eine begrenzte Relativverschiebung zwischen dem Heizelement und der Verbundplatte bei Aufrechterhaltung des gegenseitigen thermischen Kontaktes möglich, so daß ein Verziehen der Verbundplatte aufgrund von Temperaturänderungen zwischen den verschiedenen Teilen vermieden wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - einen Zentralschnitt durch eine Festplatten-Oberflächenheizeinheit nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Einheit gemäß Darstellung in einer Öffnung eines Kochfeldes mittels Federklemmen befestigt ist, die mit dem Rand der Öffnung in Eingriff stehen, und

Figur 2 - eine Unteransicht der Unterseite der Festplatten-Oberflächenheizeinheit bei abgenommener Reflektormulde zur Darstellung des grundsätzlichen Aufbaues der erhabenen Stützbzw. Andruckplatte, die das metallumhüllte elektrische Widerstandsheizelement gegen die Unterseite der Verbundmetallplatte presst.

In den Zeichnungen und insbesondere in Figur 1 ist eine Schnittansicht einer Festplatten-Oberflächenheizeinheit Io nach der vorliegenden Erfindung mit einer Oberplatte 12 dargestellt, die aus dün-

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nem Verbundmaterial großer thermischer Leitfähigkeit mit einem Kern 14 aus Material wie Kupfer, Silber oder Aluminium besteht, um die Wärme schnell über die gesamte Platte zu verteilen und eine gleichförmige Temperaturverteilung zu erzielen. Kupfer hat eine sehr geringe Festigkeit bei Temperaturen in der Nähe von 76o C (I4oo F) und oxidiert auch sehr schnell. Da diese Kupfertafel 14 eine geringe Dicke in der Größenordnung von I,ol6 mm (o,o4 Zoll) hat, neigt sie unter normalen Bedingungen leicht zum Verziehen, und zwar aufgrund der thermischen Belastung infolge ungleicher Temperaturverteilungen beim Verwenden gekrümmter Kochartikel und aufgrund der hohen Temperaturen, denen sie ausgesetzt ist.

Der Kupferkern 14 ist zwischen zwei dünne, einstückige Edelstahlschichten 15 und 16 eingeschoben, von denen jede eine Dicke von etwa o,4o64 mm (o,ol6 Zoll) hat. Der Kupferkern 14 verteilt die Wärme über die Plattenoberfläche und vermindert daher die thermischen Belastungen beträchtlich. Die Edelstahlschichten 15 und 16 an der Außenfläche der Verbundplatte erteilen dieser die Festigkeit. Eine solche Platte hat eine nur etwas kleinere Festigkeit als eine starre Edelstahlpiatte ähnlicher Dicke. Die Verbundmetallplatte 12 verzieht sich nicht, .da sie eine große Festigkeit mit einer großen Temperaturleitzahl verbindet, was kein einzelnes Material vermag. Das dünne Verbundtafelmaterial 12 aus einem zentralen Kupferkern 14 und zwei äußeren Edelstahlschichten 15 und 16 kann aus einzelnen Tafeln gebildet werden, die mittels Flächenschweißung verbunden sind, wie durch ein Verfahren einer Explosivschweißung, die eine Bindung der Metalltafeln längs ihrer zusammengehörigen Oberflächen erzeugt.

Die Wärmequelle für diese Festplatten-Oberflächenheizeinheit Io ist ein metallumhülltes elektrisches Widerstandsheizelement 18, das an seiner Oberseite abgeflacht und in festen Berührungskontakt mit der Unterseite der Verbundplatte 12 gepreßt wird. Die umhüllten Heizelemente wie dieses haben einen in einer Schicht aus Mag nesiumoxid eingebetteten spiraligen Widerstandsdraht, w.obei die Schicht wiederum durch die Metallhülle bedeckt ist. Dieses Heizelement 18 hat einen gewundenen Aufbau in einer Ebene, und seine

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Anschlüsse 2o und 22 sind nach unten abgebogen, wodurch sie in einer vertikalen Ebene und nebeneinander angrenzend an einer Sei-

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te der Oberflächeneinheit zu liegen kommen, was sich klar aus Figur 1 ergibt.'

Unter dem Heizelement 18 befindet sich eine erhabene Stütz- bzw. Andruckplatte 24 aus Edelstahl oder ähnlichem, was sich am besten unter Bezug auf die Bodenansicht aus Figur 2 ergibt. Diese Stützplatte 24 ist aus einer flachen Tafel gebildet, in die eine Spiralaussparung 26 eingeprägt ist, welche das spiralförmige Heizelement 18 eng umgibt. Gemäß Figur 2 hat die Stützplatte 24 schmale Zugangsöffnungen 27 zum Aufnehmen bzw. Durchführen der Heizelementanschlüsse 2o und 22. Ausgehend vom äußersten Anschluß 2o kann die Spiralaussparung 26 im Uhrzeigersinn geführt sein, und die erste Windung ist mit der Hinweiszahl 28 belegt. Die zweite Windung weist die Hinweiszahl 3o auf und setzt sich bis zum zweiten Anschluß 22 fort, wobei die Aussparung 26 an diesem Punkt endet. Mit anderen Worten beginnt die Spiralaussparung mit dem einen Anschluß 2o und folgt dann einer Doppelwindung, bis sie am zweiten Anschluß 22 endet. Der Bereich der Stützplatte 24 an beiden Seiten der ersten Windung 28 der Spiralaussparung 26, die die erste Windung des Heizelements 18 aufnimmt, befindet sich in direktem Kontakt mit der Unterseite der Verbundplatte 12. Diese Bereiche sind mit den Hinweiszahlen 32 und 34 belegt. Sie sind dauerhaft an der Unterseite der Verbundtafel 12 befestigt, beispielsweise durch eine Punktschweissung an weit auseinander liegenden Punkten, die mit den Hinweiszahlen 36 bezeichnet sind. Dieser Anschweißvorgang der Stützplatte an die Verbundtafel 12 führt dazu, daß die Spiralaussparung 26 fest über das Heizelement 18 gezogen wird, um dieses ständig in thermischem Kontakt mit der Verbundmetallplatte zu halten* Wenn jedoch das Heizelement 18 gsspeistwird bzw. Stromdurchflossen ist, neigt es zu einem Längen oder öffnen seiner Windungen und zum Zusammenziehen, wenn die Temperatur zum Normalzustand bei Raumtemperatur zurückkehrt. Nach der vorliegenden Erfindung wird dem Heizelement ein gewisser Verschiebungsfreiheitsgrad in bezug auf die Verbundmetalltafel gegeben, ohne daß der thermische Kontakt mit der Verbundtafel unterbrochen wird. Dadurch werden ein Aufbauen unerwünsch-

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ter Belastungen und Spännungen in der Verbundtafel vermieden, die diese anderenfalls zu "verziehen und die Große ihres Oberflächenbereiches zu vermindern neigen würden, der sich in Kontakt mit einem auf der Verbundtafel ruhenden Kochgerät befindet.

Um die Verbundtafel 12 weiter zu verstärken, ist die Stützplatte 24 in Angrenzung an ihr Zentrum mit einem tiefgezogenen Bechergebilde 38 versehen, das eine Reihe von verjüngten Radialreliefs bzw. -prägungen 4o enthält, von denen gemäß Darstellung fünf eine Sternform bilden, wobei jedes Radialrelief in Angrenzung an die äußerste Windung 28 der Spiralaussparung 26 endet.

Die Stützplatte 24 besteht aus einem geeigneten Material, wie aus rostfreiem bzw. Edelstahl oder einer Legierung hieraus, und hat einen thermischen Expansionsköeffizienten, der in einer solchen Beziehung zum thermischen Expansionskoeffizienten der Verbundmetalltafel 12 steht, daß die Temperaturdifferehzen zwischen der Stützplatte 24 und der Verbundtafel 12 kompensiert werden. Dadurch können sich beide Teile im wesentlichen in gleichem Maße ausdehnen, wodurch irgendwelche störenden thermischen Belastungen zwischen diesen Teilen vermieden werden, welche sonst zu einem Trennen der Teile führen könnten.

Zum vollständigen Verständnis der vorliegenden Erfindung und der Umgebung, in der sie arbeitet, wird die Kantenbehandiung der Verbundmetalltafel 12 erläutert. Zunächst wird darauf hingewiesen, daß der Kupferkern 14, wenn er unter hoher Temperatur der Atmosphäre ausgesetzt wird, zum Korrodieren und Oxidieren neigt, was zu einem vorzeitigen Ausfallen der Oberflächeneinheit führt. Zum zweiten ist es wesentlich, die Wärmeleitung von der Oberflächeneinheit Io zum tragenden Kochfeld 45 zu vermindern

bzw. zu unterdrücken, in dem.·-die Oberflächeneinheit Io befestigt ist. Daher ist es gut, den Kupferkern 14 kurz vor einer thermischen Berührung mit dem Kochfeld aufhören zu lassen. Dies wird

dadurch erreicht, daß ein ringförmiger Streifen der Bödenhaut bzw. -tafel 16 und des Kupferkerns 14 über eine Entfernung von etwa 25,4 mm (1 Zoll) abgeschnitten oder in anderer Weise entfernt wird,

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wodurch nur die obere Haut bzw. Schicht 15 in dem Bereich 47 verbleibt. Dann wird der Uitifangsstreifen der erhabenen bzw. geprägten Stützplatte 24 in Eingriff mit den freigelegten Kanten des Kupferkerns 14 und in Berührung'mit der Unterseite der oberen Schicht gebracht, und zwar über die volle Breite des Ringstreifens 47. Dieser wird mit einer Nahtschweißung versehen, und seine ümfangskante wird durch eine umgefaltete Zierleiste 49 aus Monelmetall oder ähnlichem abgedichtet, und zwar ebenfalls durch Nahtschweißung., so daß der Kupferkern 14 gut in der Verbundplatte 12 eingeschlossen bzw. abgedichtet ist.

Ein anderes Element dieser Festplatten-Oberflächeneinheit Io ist eine runde Reflektormulde 51 mit einem tiefgezogenen Aufbau, wobei diese Mulde unter der Verbundmetalltafel 12 montiert ist und sich nicht in Kontakt mit der Stützplatte 24 befindet, wenn von der Angrenzung der Ümfangskante der VerbundtafeT 1.2 und der Reflektormulde 51 bei 52 gemäß Figur 1 abgesehen wird. Die Kante der Reflektormulde 51 ist mit einer Asbestdichtung bzw. -packung 54 bedeckt. Diese Reflektormulde wird unter den anderen Teilen der Oberflächeneinheit durch eine einzige Schraube 53 zusammengehalten, die in Angrenzung an das Zentrum der Stützplätte 24 angeordnet und mit dieser einteilig ausgebildet ist. Die Schraube 53 hat einen Kopf 55, der sich innerhalb der Stützplatte 24 befindet und der mit dieser verschweißt ist. Die Schraube 53 ist mit Gewinde versehen, und eine 'Mutter 57 -wird über das Schraubenende geführt und festgezogen, um die Reflektormulde 51 fest an Ort und Stelle zu halten. Die Reflektormulde 51 hat schmale Zugangsöffnungen 59 zum Aufnehmen der Heizelementanschlüsse 2o und 22, so daß die elektrischen Verbindungen zum Heizelement 18 außerhalb der Oberflächeneinheit Io vorgenommen werden können.

Das Kochfeld 45 ist mit einer ausgesparten Kreisöffnung 61 zum Aufnehmen der öberflächeneinheit Io versehen. Ein ringförmig ausgesparter Absatz öder Anschlag 63 umgibt die ausgesparte Öffnung 61 und dient als Stützmittel für die Retlektormulde 51, wodurch die Dichtung oder Packung 54 die Öffnung 61 in bezug auf ein Auslaufen abdichtet und die Verbundplatte 12 vom Koch feld entfernt hält,

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während die Oberfläche der Verbundplatte 12 weitgehend mit der Oberfläche des Kochfeldes 45 bündig ist. Eine Anzahl von Federklemmen 67 ist an der Unterseite der Reflektormulde 51 angebracht, um mit der Kante der Öffnung 6l in Eingriff zu treten und die Oberflächeneinheit 10 fest an Ort und Stelle zu halten.

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Claims

Patentansprüche

IJ Festplatten-Oberflächenheizeinheit, gekennzeichnet durch eine dünne Verbundmetalltafel bzw. -platte (10, 12, 14, 16) als oberseitige, gerätestützende Oberfläche, durch ein metallummanteltes elektrisches Widerstandsheizelement (l8), das einen gewundenen Aufbau hat und einen großen Bereich der Unterseite der Verbundmetallplatte bedeckt, und durch eine gepresste bzw. geprägte Stütz- oder Andruckplatte (24) zum Aufnehmen des Heizelements, die an zahlreichen beabstandeten Stellen an der Verbundtafel befestigt ist, wobei diese Stellen einenAbstand vom Heizelement (18) haben, um eine begrenzte Verschiebungsbewegung des Heizelements in bezug auf die Verbundmetalltafel (10) unter Wärmebedingungen ohne Verziehen der Verbundmetalltafel zuzulassen.
2. Heizeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die formgepresste Stützplatte (24) mit einer Spiralaussparung (26) zum Aufnehmen des gewundenen Heizelements (18) versehen ist, daß der Mittelteil der Stützplatte einen tiefgezogenen Napf bzw. Bech_er (38) mit einer Reihe von verjüngten Radialreliefs (40) aufweist, die neben dem Umfang der Stützplatte enden, wobei der Becher und die Radialreliefs zum Verstärken der Heizeinheit zu einem festen Aufbau dienen.
3. Heizeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zahlreichen Punktschweißungen (36) an gegenüberliegenden Seiten des Teils der Spiralaussparung (26) liegen, der die äußerste Windung (28) des Heizelements (18) umfaßt.
4. Heizeinheit nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine unterhalb der Stützplatte (24) angebrachte Reflektormulde (51)» deren Berührungsbereich (52) mit der Stütz platte neben den jeweiligen Umfangen liegt, und durch zentral

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angeordnete Befestigungsmittel (53ϊ 57)» die die Stützplatte und die Reflektormulde zum Zusammenhalten der Anordnung verbinden.
5. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbundplatte einen mittleren Kern aus einem Metall oder einer Legierung hoher thermischer Leitfähigkeit wie Kupfer, Silber oder Aluminium und eine Außenhaut bzw. -schicht (12, 14) aus einem festen und oxidationssowie korrosionsbeständigen Metall oder einer Legierung wie rostfreiem bzw. Edelstahl, Nickel oder Chrom aufweist.

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