DE2542512A1

DE2542512A1 - Einheit mit fester plattenoberflaeche und geringer thermischer masse

Info

Publication number: DE2542512A1
Application number: DE19752542512
Authority: DE
Inventors: Bohdan Hurko
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-09-30
Filing date: 1975-09-24
Publication date: 1976-04-15
Also published as: SE7510320L; US3895216A; AU8372375A; IT1042903B; GB1508226A; CA1048581A; FR2286576A1; JPS5240851A

Description

Einheit mit fester Plattenoberfläche
und geringer thermischer Masse

Die Erfindung betrifft Heizeinheiten mit fester Plattenoberfläche zur Verwendung beim Kochen von Nahrungsmitteln auf einer Oberfläche und insbesondere eine solche Einheit, die durch eine Polienheizeinrxchtung erhitzt wird.

Das Hauptgerät zum Kochen von Nahrungsmitteln auf einer Oberfläche besteht aus metallverkleideten elektrischen Widerstandsheizelementen, wobei die Heizeinheit einen spiralförmigen Widerstandsdraht besitzt, der von einer Magnesiumoxyd-Isolation umgeben ist, die ihrerseits durch eine Metallumkleidung geschützt

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ist, die ein längliches Rohr bildet, das gewöhnlich in einer Ebene zu einer Spiralform gewickelt ist, so daß das Kochgerät direkt auf der Heizeinheit aufgesetzt werden kann. Unter idealen Verhältnissen und wenn die Heizeinheit vollkommen eben ist und das Kochgerät einen eb-enen Boden zum guten Flächenkontakt mit der Heizeinheit besitzt, liegt der thermische Wirkungsgrad zwischen etwa 70 bis 80 %. Ein Teil der übertragenen Wärme wird jedoch in dem Kochgerät gespeichert und liefert daher keinen Beitrag zum KochVorgang. Die tatsächlich genutzte Wärme, die unter idealen Priifbedingungen in dem Nahrungsmittel gespeichert wird, liegt zwischen 58 % und 66 %. Im durchschnittlichen Haushalt ist jedoch der Wirkungsgrad des Kochens auf einer Oberfläche in Wirklichkeit viel geringer. Möglicherweise wird ein Anteil der Heizenergie in der Größenordnung von 50 % verschwendet. Dieser geringe thermische Wirkungsgrad beim gegenwärtigen Kochen auf einer Kochfläche wird hauptsächlich durch eine schlechte thermische Kopplung zwischen dem Kochgerät und der Oberflächeneinheit und durch die großen Mengen von gespeicherter Wärme in der Heizeinheit verursacht.

Eine Kochfläche des Typs mit Verkleidung besitzt den höchsten thermischen Wirkungsgrad wegen ihrer relativ geringen thermischen Masse. Sie besitzt jedoch einen Nachteil, der darin besteht, daß die Kochflächeneinheiten des Typs mit Verkleidung bei relativ hohen Temperaturen arbeiten, da sie eine relativ kleine Kontaktfläche mit dem Boden des Kochgerätes besitzen.

Zum frühen Stand der Technik gehört die US-Patentschrift 3 067 315, die eine Heizeinheit mit fester Plattenoberfläche beschreibt, die noch ein Hochtemperaturglas besitzt, an dessen Unterseite eine aus vielen Schichten bestehende Folienheizeinrichtung in Streifenform befestigt ist. Eine weitere US-Patentschrift 3 569 672 zeigt eine Heizeinheit mit fester Plattenoberfläche, die mit einer oberen Platte aus einem Verbundblechmaterial gebildet ist und bei der eine mit Metall verkleidete elektrische Widerstandsheizeinrichtung an der Unterseite derselben befestigt ist.

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Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Oberflächenheizeinheit mit fester Platte zu schaffen, die eine obere Platte mit hoher thermischer Leitfähigkeit besitzt, die durch eine Folienheizeinrichtung in Streifenform erhitzt wird, welche an der Unterseite derselben befestigt ist, wobei noch die Folienheizeinrichtung bei relativ niedrigen Temperaturen arbeitet und die obere Platte die Bildung von örtlichen heißen Stellen in der Folie verhindert, so daß die Oberflächeneinheit einen höheren thermischen Wirkungsgrad infolge der geringen gespeicherten Wärme, der geringen thermischen Masse und der niedrigen Betriebstemperaturen besitzt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Oberflächenheizeinheit mit fester Platte mit geringer thermischer Masse der beschriebenen Art, wobei die elektrischen Anschlüsse benachbart zum Mittelpunkt des Musters der Folienheizeinrichtung angeordnet werden, um ein allgemein gleichförmiges kreisförmiges Heizmuster zu erzeugen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Oberflächenheizeinheit mit fester Platte und geringer thermischer Masse der beschriebenen Art zu schaffen, bei der eine Folienheizeinrichtung mit einem übereinander angeordneten Spiralmuster vorgesehen wird, das benachbart zur Mitte der oberen Platte endet, zur Herstellung der elektrischen Anschlußverbindungen mit einem Anschlußblock, welcher von der oberen Platte gehalten wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Oberflächenheizeinheit mit fester Platte und geringer thermisc her Masse, bei der verhindert ist, daß die Folienheizeinrichtung eine Betriebstemperatur oberhalb eines Maximalwertes zwischen etwa 218 ⁰C (425 °F) und 302 ⁰C (575 ⁰F) erreicht.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Oberflächenheizeinrichtung mit fester Platte und geringer ■ thermischer Masse zu schaffen, bei welcher der Anschlußblock

ORIQtNAL INSPECTED

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mit federnd befestigten Koritalctplatten zur Herstellung der elektrischen Anschlußverbiridung mit der Polienheizeinrichtung ausgestattet ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Oberflächenheizeinrichtung mit fester Platte und geringer thermischer Masse mit einer dünnen Platte mit hoher thermischer Leitfähigkeit ausgebildet, die auf ihrer Unterseite einen überzug mit hohem elektrischen Widerstand besitzt, auf dem eine Folienheizeinrichtung in Spiralmuster fest verbunden ist,und mit einem Anschlußblock zur Herstellung elektrischer Anschlußverbindungen mit den Endabschnitten der Folienheizeinrichtung oder Heizfolie kombiniert ist.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Figur 1 zeigt eine Teilschnittansicht durch einen Teil der Mitte einer Oberflächenheizeinrichtung mit fester Platte als Ausführungsform der Erfindung, die hier eingesetzt in eine öffnung in einer Kochplatte gezeigt ist.

Die Figur 2 ist eine Ansicht von unten für die Oberflächenheizeinheit mit fester Platte nach Figur 1, wobei die Reflektorschale entfernt ist, um das Doppelspiralmuster der Folienheizeinrichtung zu zeigen, die an der Unterseite der Oberplatte fest verbunden ist, und auch noch die örtliche Lage des Anschlußblockes benachbart zur Mitte der Platte zu zeigen.

^i^e Figur 3 ist eine vergrößerte Teilansicht des Mittelteils der Heizeinheit nach Figur 1 und zeigt den Aufbau der oberen Platte aus mehreren Schichten in Form eines Verbundblechmaterials und die Federung einer elektrischen Kontaktpaatte zur Herstellung der Anschlußverbindung mit den Endabschnitten der Folienheizeinrichtung.

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Ea wird nunmehr inabesondere auf die Figur 1 Bezug genommen. Diese zeigt eine Oberflächenheizeinheit 10 mit fester Platte und geringer thermischer Masse als Ausf(ihrungsform der Erfindung. Diese Heizeinheit besitzt vier Hauptelemente: eine obere Platte 12 mit hoher thermischer Leitfähigkeit, eine Folienheizeinrichtung l'l benachbart zur Unterseite der oberen Platte, einen Anachlußblock l6 zur Herstellung der elektrischen Anschlußverbindung zwischen der Folienheizeinrichtung und den Netzzuleitungsdrähten und schließlich eine untere Reflektorschale 18, welche die Unterseite der Heizeinheit bildet und zusammen mit der oberen Platte eine Einheit bildet.

Die obere Platte 12 ist in der Teilschnittansicht der Figur 1 als kompakte Platte dargestellt; in Wirklichkeit besteht sie jedoch aus einem Verbundblechmaterial mit vielen Schichten aus verschiedenen Materialien. Diese Art der Darstellung ist erforderlich wegen des Maßstabs der Zeichnung der Figur 1. Bei einem Versuch, die verschiedenen Schichten des Materials darzustellen, wäre es schwierig, sie mit dem bloßen Auge zu unterscheiden. Zum besseren Verständnis des Aufbaus der oberen Verbundplatte 12 wird daher auf die vergrößerte Teilansicht der Figur 3 verwiesen. Diese kreisförmige Platte 12 ist eine dünne Leichtgewicht-Kreisplatte, die aus einem Verbundblechmaterial gebildet ist und einen inneren Kern 26 mit hoher thermischer Leitfähigkeit besitzt, beispielsweise Kupfer, Silber oder Aluminium zur schnellen Verteilung der Wärme über die gesamte Platte, um auf diese Weise eine allgemein gleichförmige Temperaturverteilung zu erhalten. Dieser Kupferkern besitzt eine geringe Dicke von etwa 1 mm (0,0*10 Zoll) und muß verstärkt werden. Dieser Kern 26 i3t mit einer oberen und unteren Außenhaut 28 versehen, die zur Verstärkung des mittleren Kerns und zur Behinderung der Oxydation und Korrosion dienen. Diese obere und untere äußere Haut 28 kann aus der Gruppe der Materialien rostfreier Stahl, Nickel, Chrom und Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, beispielsweise Tinamel, ausgewählt werden, da diese Oberflächenheizeinheit mit geringer thermischer Masse bei relativ niedrigen Temperaturen in der Größenordnung von maximal etwa 260 ⁰C (500 ⁰F) oder mit einem maximalen Temperatur-

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bereich zwischen etwa 218 °C (425 °V) und 302 ⁰C (575 °P) arbeitet. Das Verbundblechmaterial dieser oberen Platte 12 ist sehr ähnlich der Verbundplatte, wie sie in der U;5-Patentschrift 3 569 672 beschrieben wird, die ein elektrisches Widerstandsheizelement aus Metallblech verwendet, das an der Unterseite der oberen Platte als Heizquelle fest angebracht ist. Ein weiterer Vorteil infolge der Tatsache, daß diese Heizeinheit bei einer solch niedrigen Temperatur arbeitet, besteht darin, daß die Kante der Verbundplatte nicht abgedichtet werden muß, indem die obere und untere Haut oder Schicht 28 über die Kante des mittleren Kerns 26 geformt wird, um hierdurch zu vermeiden, daß der Kupfer-, Silber- oder Aluminiumkern nicht übermäßig oxydiert oder korrodiert.

Es kann vorteilhaft sein, ein weiteres Mittel zur Verstärkung dieser Verbundplatte 12 vorzusehen, so daß sie bei einer Erhitzung nicht zu einer Buckelbildung oder Verwerfung neigt. Dieses Erfordernis wird dadurch erfüllt, daß die Verbundplatte 12 mit einer leichten Krone in der Größenordnung von etwa 0,77 mm (0,30 Zoll) ausgebildet wird. Diese Krone ist noch aus einem anderen Grund vorteilhaft, da sie mit der flexiblen unteren Wand eines Kochgerätes mit geringer thermischer Masse zusammenarbeitet, um eine maximale thermische Kopplungswirkung zwischen der Heizeinheit und dem Kochgerät zu erhalten.

Wie am besten aus Figur 2 ersichtlich, ist die Wärmequelle für die Heizeinheit 10 gemäß der Erfindung ein schmaler kontinuierlicher Heizstreifen aus einem Film oder Folie 14 unter Verwendung von mehrfachen Folienstreifen aus Edelmetallen wie Gold, Platin, Silber und Aluminium gemäß der US-Patentschrift 3 Ο67 315 mit dem Titel "Mehrschicht-Folienheizeinrichtungen in Streifenform". Es Ist selbstverständlich notwendig, die Folienheizeinrichtungen 1*1 gegenüber der Verbundmetallplatte 12 elektrisch zu isolieren, und dies wird erreicht durch einen überzug der unteren Schicht der Platte 12 mit einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise einem Emailleüberzug 30 mit hohem elektrischen Widerstand. Für die Verbesserung des Aussehens und aus wirtschaftli-

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chen Gründen ist es noch vorteilhaft, die obere Schicht 28 einer Verbundplatte 12 mit einem schmückenden schützenden Überzug zu versehen. Daher ist in der bevorzugten Ausfuhrungsform der Oberflächenheizeinheit 10 mit fester Platte der gleiche Emailleüberzug 30 auf der oberen und der unteren Oberfläche der Verbundplatte 12 aufgebracht.

Es wird als sinnvoll betrachtet, die Betriebstemperatur der Verbundplatte 12 auf eine Maximalternperatur von etwa 260 ⁰C (500 ⁰P) zu begrenzen; die Temperatur kann sich jedoch in einem Bereich zwischen etwa 218 ⁰C (425 ⁰P) und etwa 302 ⁰C (575 ⁰P) ändern. Dies wird am besten dadurch erreicht, daß eine Temperaturbegrenzungseinrichtung in die Oberflächeneinheit 10 eingefügt wird, so daß die Leistungszufuhr zu der Polienheizeinrichtung 14 unterbrochen wird, wenn die Temperatur der Verbundplatte 12 auf eine vorgegebene Maximaltemperatur von etwa 260 ⁰C (500 ⁰P) ansteigt. Diese Temperaturbegrenzungseinrichtung kann beispielsweise ein Temperaturmeßfühler 34 in Form einer länglichen Birne sein, die außerhalb der äußersten Wicklung der Folienheizeinrichtung 14 angeordnet und fest gegen die Unterseite der Verbundplatte durch nicht gezeigte Mittel gehalten wird. Dieser Meßfühler 3¹I kann mit einer hochtemperatur-thermostatischen Flüssigkeit gefüllt sein, beispielsweise Natriumkalium (NaK) oder mit ähnlichen Stoffen. Der Meßfühler 34 steht dann in Verbindung mit einem auf Temperatur ansprechenden Bauteil (nicht gezeigt) mit Hilfe eines Kapillarrohrs (nicht gezeigt), wie dies beispielsweise in der US-Patentschrift 3 622 754 gezeigt ist.

Man wird verstehen, daß mit der Verbesserung der Technologie der Polienheizeinrichtungen und der Metalle in der Zukunft diese relativ niedrige maximale Betriebstemperatur des Verbundsubstrats beträchtlich gesteigert werden kann. Beim gegenwärtigen Stand der Technik erscheint der maximale Temperaturbereich zwischen etwa 218 ⁰C (425 °F) und etwa 302 ⁰C (575 ⁰P) als der praktischste Bereich. Bei der Betrachtung des Spiralmusters der Folien-" heizeinrichtung 14 in Figur 2 ist zu beachten, daß diese als 'Doppelspirale erscheint, die ihren Ursprung benachbart zu einer

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Seite des äußeren Rande3 , wie beispielsweise bei 38, besitzt und ein übereinandergebogenes Ende mit einem Paar von parallelen Verlaufswegen bildet j wenn die Spirale in immer kleiner werdenden Windungen in Richtung der Mitte der Platte 12 gewickelt wird. Eine ziemlich große öffnung oder freier Raum ^O wird in der Mitte der Platte ohne Polienheizung belassen und bildet eine relativ kalte Fläche. Jede Windung der spiralförmigen Polienheizung ist mit einem verlängerten Anschlußabschnitt ^l\2 ausgestattet, der innen zwischen die beiden innersten Windungen ^3 und 45 gekrümmt ist und eng beabstandet und parallel mit dem anderen vei"längerten Anschlußabschnitt gestaltet ist.

Ein elektrischer Anschluß zu der Polienheizeinrichtung 14 ist vorgesehen mittels des Anschlußblocks 16 aus einem isolierenden Material, der so eingerichtet ist, daß er unmittelbar an der Verbundplatte 12 befestigt werden kann. Diese Befestigungseinrichtung für den Anschlußblock benutzt einen Zapfen 44, der unmittelbar an der metallischen unteren Schicht 30 der Verbundplatte angeschweißt ist. Dieser Zapfen 44 ist mit einem länglichen Kopf ausgestattet, wie dies am besten aus der Druntersicht der Figur 2 ersichtlich ist. Dieser Kopf 46 besitzt ein Paar von beabstandeten vertikalen Wänden 48, welche in den Anschlußblock hineinragen und eine relative Drehung dazwischen verhindern. Eine sehr wirksame elektrische Erdverbindung für die obere Platte 12 wird durch den angeschweißten Zapfen 44 und die Reflektorschale 18 gebildet, so daß jegliche Streustromprobleme beseitigt werden, die sonst auftreten könnten.

Der Anschlußblock 16 wird selbstverständlich aus isolierendem Material gebildet und besitzt eine mittlere öffnung 54 zur Aufnahme des Zapfens. Das freie Ende des Zapfens besitzt bei 55 ein Gewinde zur Aufnahme einer Befestigungsmutter 56,

Dieser Anschlußblock 16 enthält auch noch ein Paar von Anschlußzapfen 60 zur Herstellung einer elektrischen Anschlußverbindung für die länglichen Anschlußabschnitte 42 der Folienheizeinrichtung I¹I. Jeder Anschlußzapfen 60 ragt durch eine öffnung in dem

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Anschlußblock und ist dort dadurch befestigt, daß jeder Zapfen einen Kopf 62 an einem Ende besitzt, der in den Anschlußblock eingesetzt ist, und am anderen Ende zur Aufnahme der Anschlußmutter· 64 ein Gewinde besitzt. Eine Spiraldruckfeder Go wirkt mit jedem Anschlußzapfen 60 zusammen. Ein Ende dieser Feder ist an dem Kopf 62 des Zapfens, beispielsweise durch Anlöten mit Silber, befestigt und das andere Ende der Feder ist mit einer Kontaktplatte 68 ausgestattet, die ebenfalls mit der Feder beispielsweise durch Anlöten verbunden ist. Dies ergibt eine federnde Einrichtung zum Kontakt mit den kalten Anschlußabschnitten der Folienheizeinrichtung 14. Es ist zu beachten, daß eine Anschlußplatte 70 eines Zuleitungsdrahtes 72 über den Anschlußzapfen 60 geschoben ist und durch die Anschlußmutter 64 gehalten wird, um eine elektrische Anschluföverbindung der Heizeinheit in einem Netzkreis herzustellen.

Es ist vorteilhaft, unterhalb der oberen Platte 12 der Heizeinheit eine Wärmereflektorschale 18 vorzusehen, da diese einen Teil der Wärme von der Folienheizeinrichtung 14 nach oben auf die obere Platte 12 reflektiert zur Einschränkung der Wärmeverluste unterhalb der Heizeinheit. Weiterhin dient diese Reflektorschale als Halterungseinrichtung für die Umfangskante der oberen Platte 12 durch die Tatsache, daß die Schale eine vertikale Umfangswand 75 mit einem äußeren Ansatz 77 am oberen Teil zur Aufnahme der Umfangskante der oberen Platte 12 auf derselben besitzt.

Schließlich besitzt die Reflektorschale noch einen nach außen gewendeten Flansch 79, der als Aufsatzlippe und Trimmstreifen zum Verschließen des Zwischenraums zwischen der Heizeinheit und einer Kochfläche 81 oder einer anderen aufnehmenden Oberfläche dient, die eine öffnung besitzt, in welche die Heizeinheit 10 allgemein bündig abschließend eingesetzt ist. Diese Reflektorschale 18 wird in ihrer richtigen Lage dadurch eingepaßt, daß sie eine mittlere öffnung zur Aufnahme und Durchführung des angeschweißten Zapfens 44 besitzt. Daher hält die Befestigungsschraube 56 nicht nur den Anschlußblock 16 in seiner Lage, son-

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dem dient auch als Befestigungseinrichtung für die Reflektorschale 18 an der oberen Platte 12. Es ist notwendig, den Anschlußzapfen 60 von der Reflektorschale 18 zu isolieren und dies wird dadurch erreicht, daß Längslöcher in der Reflektorschale zur Aufnahme des Anschlußpfostens 60 gebildet werden und der Anschlußzapfen von einer buchsenähnlichen Verlängerung 85 des Anschlußblocks 16 umschlossen wird, welche durch die vergrößerte öffnung in der Reflektorschale hindurchragt. Um den Anschlußblock 16 an der Reflektorschale so zu befestigen, daß sich der Block nicht in seiner Lage verschiebt, wird eine Druckmutter 86 auf jede Verlängerung 85 aufgebracht. Die Heizeinheit 10 wird in der öffnung in der Kochfläche 81 durch eine Reihe von Federklammern 83 befestigt, welche an der Reflektorschale 18 befestigt sind und zum Eingriff unter der Kante der öffnung in der Kochfläche eingerichtet sind, wie dies am besten aus Figur 1 ersichtlich ist.

Vorstehend wurde eine Beschreibung der Oberflächenheizeinheit mit einer Platte mit geringer thermischer Masse gegeben. E3 ist zu beachten, daß Oberflächenheizeinheiten des Typs mit Verkleidung einen thermischen Wirkungsgrad zwischen 70 und 80 % unter idealen Prüfbedingungen im Laboratorium besitzen. Möglicherweise beträgt die tatsächlich in dem Nahrungsmittel gespeicherte genutzte Wärme etwa 58 bis 66 %, Wenn verworfene Töpfe verwendet werden, liegt der Wirkungsgrad für das Kochen auf einer Oberfläche möglicherweise bei etwa 50 % und dies bedeutet, daß etwa 50 % der Heizenergie verschwendet wird. Die Ureache für diesen geringen Wirkungsgrad ist die schlechte thermische Kopplung zwischen der Oberflächenheizeinheit und dem Kochgerät und die große Menge der gespeicherten Wärme in dem Heizelement.

Wenn die Heizeinheit für Oberflächenheizung auf einer kompakten Platte und mit geringer thermischer Masse zusammen mit einem Kochgerät mit geringer thermischer Masee verwendet wird, dann wird ein thermischer Wirkungsgrad von etwa 90 % gemessen, Die gespeicherte Wärme in dem Kochgerät geringer thermischer Masse^ beträgt etwa 2,5 % im Vergleich zu 13 % in einem Aluminiumtestkochgerät, Daher wird etwa 87 % der Energie für das tatsächliche

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Kochen des Nahrungsmittels verwendet und dieser Wert ist etwa doppelt so hoch wie bei einem konventionellen Kochen auf einer Kochfläche unter Verwendung von verkleideten Heizelementen.

Die Leistung der Oberflächeneinheiten hängt ab von ihrer thermischen Masse und von ihrer Betriebstemperatur. Das Produkt dieser beiden Parameter ist gleich der gespeicherten Wärme und bildet etwa 75 % aller Wärmeverluste während der Prüfungen des Wirkungsgrades. Die Oberflächenkocheinheiten des Typs mit Verkleidung besitzen den höchsten Wirkungsgrad wegen ihrer relativ geringen thermischen Masse. Beispielsweise wiegt eine typische Heizspule mit einem Durchmesser von etwa 15 cm (6 Zoll) etwa 230 Gramm (8,3 Unzen) und seine thermische Masse (Wasserwert) (spezifische Wärme multipliziert mit dem Gewicht) ergibt sich wie folgt:

Spirale ca. 0,635 cal/°C (0,001*1 BTU/°P)

MgO ca. 27,5 cal/°C (O,O6O6 BTU/°F)

Hülle ca. 13,6 cal/°C (0,0300 BTU/°P)

Gesamtwert ca. ^1,735 cal/°C (0,0920 BTU/°P)

Oberflächeneinheiten des Typs mit Verkleidung arbeiten jedoch bei relativ hohen Temperaturen zwischen etwa ^27 ⁰C (800 ⁰P) und 871 ⁰C (I6OO ⁰P), da sie eine geringe Kontaktflache mit dem Boden des Kochgeräte3 besitzen^ und hierdurch wird ihre Leistungsfähigkeit zu einem gewissen Grade vermindert.

Die Hexzeinheiten von Kochflächen mit Glaskeramik besitzen ebenfalls eine schlechte Leistungsfähigkeit. Dies hauptsächlich deswegen, weil ihre hohe thermische Masse gewöhnlich zwei- bis dreimal so groß ist wie die thermische Masse einer Heizeinrichtung des Typs mit Verkleidung. Wenn eine Anordnung nach der vorliegenden Erfindung nach Figur 1 in einer Platteneinheit mit einem Durchmesser von 15 cm (6 Zoll) verwendet wird, dann wäre die thermische Masse geringfügig niedriger als die thermische Masae einer Verkleidungseinheit in Standardausführung und mit einem Durchmesser von 15 cm (6 Zoll). Eine solche Platte wiegt etwa

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27Ο g (9>5 Unzen) und ist daher geringfügig schwerer als eine Einheit mit Verkleidung. Die thermische Masse ist jedoch geringer, da Magnesi urnoxyd nicht verwendet wird.

Kupfer ca. 16,33 cal/°C (0,036 BTU/°F)

Stahl ca. 11,8 cal/°C (0,026 BTUV⁰F)

Email ca. 3,18 cal/°C (0,007 BTU/°F)

Gesamtwert ca. 31,31 cal/°C (0,065 BTU/°F)

In der bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung besitzt die Verbundplatte 12 einen Kupferkern, der etwa 60 % des Gewichtes ausmacht, und obere und untere Schichten aus Stahl, die etwa 40 % des Gewichtes besitzen.

Die Folienheizeinrichtung 14 ist 30 dünn, daß ihre thermische Masse vernachlässigbar ist. Es wird angenommen, daß die Verbundplatte 12 ein ideales Substrat für eine Folienheizeinrichtung ist. Normalerweise werden Folienheizeinrichtungen auf einer Keramikbasis mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit aufgebracht. Wenn auf der Folie ein heißer Fleck auftritt, dann wird das Keramiksubstrat die Wärme nicht ableiten und der heiße Fleck wird örtlich begrenzt bleiben. Ein solcher heißer Fleck besitzt 3elbstzerstörende Eigenschaften und ist die Hauptursache für den Defekt einer solchen Folie.

Das Verbundplattensubstrat 12 gemäß der Erfindung beseitigt solche Foliendefekte wegen der guten thermischen Leitfähigkeit des Kupfers, die es unmöglich macht, daß auf der Folie heiße Flecken erzeugt werden. Aufgrund dieser Eigenschaft arbeitet auch noch die Folienheizeinrichtung mit niedrigeren durchschnittlichen Temperaturen bei der gleichen Wattdichte und besitzt eine gleichmäßigere Temperaturverteilung. Beispielsweise arbeitet die Folie auf einem Glas-Keramiksubstrat mit einer Nennleistung von I25O Watt bei Temperaturen zwischen 6^9 ⁰C (1200 ⁰F) und 76Ο ⁰C (1*100 ⁰F). Einheiten mit Verbundmetallplatte mit ähnlicher Leistungsaufnahme würden dagegen zwischen etwa 571 °C und 543 ⁰C (IO6O ⁰F und 1110 ⁰F) unter Leerlaufbedingungen arbeiten. Die

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Erfahrung lehrt» daß praktisch keine Poliendefekte bei solchen niedrigen Temperaturen auftreten. Während der Belastung arbeitet jedoch die obere Platte bei viel geringeren Temperaturen. Wenn beispielsweise Wasser bei 100 ⁰C gekocht wird, dann liegt die durchschnittliche Plattentemperatur bei etwa 177 °C (350 ⁰P). Dies erklärt den hohen Wirkungsgrad der Einheit. Die thermische Masse und die Betriebstemperatur sind beide niedrig und diese Parameter liefern den Beitrag zur gespeicherten Wärme.

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Claims

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Patentansprüche

1. jOberflächenheizeinheit mit kompakter Platte mit niedriger

.^^/ thermischer Masse, gekennzeichnet durch eine dünne Platte (12) aus Verbundblechmaterial mit einem Kern (26) hoher thermischer Leitfähigkeit, ausgewählt aus den Materialien Kupfer, Silber und Aluminium, und oberen und unteren Schichten (28), ausgewählt aus den Materialien rostfreier Stahl, Nickel, Chrom und Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, wobei die obere und untere Schicht (28) eine Verstärkung des Kerns (26) und eine Behinderung seiner Oxydation und Korrosion ergeben, sowie eine isolierende Schicht (30) mit hohem elektrischen Widerstand, die praktisch die untere Schicht (28) der Verbundplatte (12) bedeckt, und eine Folienheizung (14) in Spiralform, welche mit der isolierenden Schicht (30) fest verbunden ist und ein elektrisches Widerstandsheizelement bildet, sowie elektrische Anschlußeinrichtungen, die mit der Verbundplatte (12) zusammenwirken und elektrisch mit der Folienheizung (1*0 verbunden und zum Anschluß der Oberflächenheizeinheit in einem Netzkreis angeschlossen sind zur Erzeugung einer Einheit mit niedriger Energieaufnahme und höchstem thermischen Wirkungsgrad.

2. Oberflächenheizeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Anschlußeinrichtung benachbart zur Mitte der Spiralfolienheizung (1*0 angeordnet ist zur Bildung eines allgemein gleichförmigen kreisförmigen Heizmusters unterhalb der Verbundplatte.

3. Oberflächenheizeinheit nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Wärmereflektorschale (18) zur Aufnahme der Verbundplatte (12) an ihrer Oberseite, Befest igunga einrichtungen zur Verbindung der Reflektorschale mit der Verbundplatte und zur Aufnahme der Anschlußeinrichtungen zwischen den beiden Teilen.

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Oberflächenheizeinrichtung nach Anspruch 3₉ dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Anschlußeinrichtung federnd vorgespannte Kontaktplatten (68) im elektrischen Kontakt mit der Folienheizeinrichtung (I¹I) enthält.

Oberflächenheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spiralfolienheizung (I¹I) ein doppeltes Spiralmuster besitzt, das in sich selbst benachbart zum Rand der Verbundplatte (12) zurückgeführt ist, wobei der Folienheizstreifen benachbart zur Mitte der Verbundplatte in einem getrennten Paar verlängerter Endabschnitte (^2) mit relativ niedrigem Flächenwiderstand im Vergleich zu dem geheizten Hauptteil des Folienheizungsmusters endet, so daß die elektrischen Anschlüsse benachbart, zur Mitte der Verbundplatte und entfernt von dem erhitzten Teil der Folienheizeinrichtung lokalisiert sind.

Oberflächenheizeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Befestigungseinrichtung einen Zapfen (¹I¹I) umfaßt, welcher an der unteren Schicht (30) der Verbundplatte (12) befestigt ist und im Eingriff mit der Reflektorschale (18) ist und diese Teile zusammenhält, wobei der isolierende Anschlußblock (16) mindestens zwei Befestigungsbolzen (60) enthält, wobei jeder Befestigungsbolzen an seinem inneren Ende eine federnd vorgespannte Kontaktplatte (68) im Eingriff mit mindestens einem der verlängerten Endabschnitte (42) der Folienheizeinrichtung (I¹O besitzt und das äußere Ende jedes Befestigungsbolzens nach außen aus der Reflektorschale (18) herausragt und einen Anschluß zur Aufnahme einer elektrischen Netzzuleitung besitzt.

Oberflächenheizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektrische Anschlußeinrichtung einen isolierenden Anschlußblock (16) und Befestigungseinrichtungen (¹I¹I) enthält, welche mit der Verbundplatte (12) zur Halterung des Anschlußblocks in eeiner Lage verbunden sind, wobei die Anschlußzapfen (60) von dem An-·

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schlußblock (l6) gehaltert und zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Folienheizung (14) und der elektrischen Netzversorgungseinrichtung eingerichtet sind.

8. Oberflächenheizeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbundplatte (12) in der Draufsicht allgemein kreisförmig ist und eine leichte Wölbung (Balligkeit) besitzt.

9. Oberflächenheizeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß jede Anschlußzapfeneinrichtung (60) eine federnd vorgespannte Kontaktplatte (68) in elektrischem Kontakt mit einem Endabschnitt (42) des Polienheizstreifens (14) besitzt.

10. Oberflächenheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Temperaturbegrenzungseinrichtung (34) für die Verbundplatte (12) vorgesehen ist, welche auf eine Maximaltemperatur zwischen etwa 218 ⁰C (425 ⁰F) und etwa 245 ⁰C (475 ⁰P) eingestellt ist.

11. Oberflächenheizeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß eine Temperaturbegrenzungseinrichtung (34) für die Verbundplatte (12) vorgesehen ist, welche auf eine Maximaltemperatur zwischen etwa 218 ⁰C (425 ⁰P) und etwa 302 ⁰C (575 ⁰P) eingestellt ist.

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