DE2913820A1

DE2913820A1 - DEVICE FOR HEAT TRANSFER

Info

Publication number: DE2913820A1
Application number: DE19792913820
Authority: DE
Inventors: Herbert Zulauf
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1979-02-22
Filing date: 1979-04-05
Publication date: 1980-08-28
Also published as: ATE3353T1; EP0015234B1; DK59280A; DE3063005D1; EP0015234A1; ES488463A1

Abstract

1. Electrically heated hot plate, especially a cooking plate, with an upper contact surface and a massive body of an aluminium alloy, characterized in that a thermally sprayed intermediate layer (3) of aluminium or a nickel-aluminium alloy with an aluminium content of 20 to 40 % is adhered to the massive body (1), on to which is thermally sprayed as contact surface a 100-400 mu m thick surface layer (2) of at least one oxide compound of aluminium.

Description

SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, 3965 Chippis SCHWEIZERISCHE ALUMINUM AG, 3965 Chippis

Device for heat transfer

19. Februar 197919th February 1979

FPRS-Wie/RiFPRS-Wie / Ri

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Device for heat transfer

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch beheizte Vorrichtung zur Wärmeübertragung, insbesondere eine Kochplatte.The invention relates to an electrically heated device for heat transfer, especially a hotplate.

Bei bekannten, elektrisch beheizten Vorrichtungen zur Wärmeübertragung wie Kochplatten und dergleichen wird die durch elektrische Energie erzeugte Wärme zunächst auf einen im wesentlichen plattenförmigen Wärmeträger aus einem wärmeleitenden Werkstoff übertragen. Die Wärmeübertragung auf einen zu erwärmenden Gegenstand erfolgt über die sogenannte Heizfläche des Wärmeträgers, mit welcher der Gegenstand in direkte Berührung gebracht wird. Ueblicherweise bestehen derartige Wärmeträger aus Grauguss. Diese weisen jedoch einige Nachteile auf, die besonders bei Kochplatten augenfällig werden. Wegen der verhältnismässig hohen Wärmekapazität eines Wärmeträgers aus Grauguss und der damit verbundenen Trägheit der Kochplatte in bezug auf die Wärmeübertragung ist eine Schnell- bzw. Feinregulierung der auf den zu erwärmenden Gegenstand zu übertragenden Wärmemenge nicht möglich. Zudem führt dx= uone wärmekapazität eines Wärmeträgers aus Grauguss zu einem beträchtlichen Energieverlust, da die in den Wärmeträger eingebrachte Wärmemenge im allgemeinen nicht vollständig genutzt werden kann. Wärmeträger aus Graugusss haben überdies die unangenehme Eigenschaft, dass sie beim Kontakt mit gewissen Flüssigkeiten oberflächlich ankorrodieren.In known, electrically heated devices for heat transfer like hot plates and the like, the heat generated by electrical energy is initially reduced to one essentially Transfer plate-shaped heat carrier made of a thermally conductive material. The heat transfer to you The object is heated via the so-called heating surface of the heat transfer medium, with which the object is in direct contact is brought. Such heat carriers usually consist of gray cast iron. However, these have some disadvantages which are particularly noticeable with hotplates. Because of the relatively high heat capacity of a heat transfer medium made of gray cast iron and the associated inertia of the hotplate with regard to heat transfer is a quick or fine adjustment the amount of heat to be transferred to the object to be heated is not possible. In addition, dx = uone leads to thermal capacity a heat transfer medium made of gray cast iron leads to a considerable loss of energy, as the amount introduced into the heat transfer medium In general, the amount of heat cannot be fully used. In addition, heat carriers made from gray cast iron have the unpleasant effects Property that they corrode on the surface when they come into contact with certain liquids.

Der vorliegenden Erfindung liegt de^shalb die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch beheizte Vorrichtung zur Wärmeübertragung insbesondere eine Kochplatte - zu schaffen, bei welcher der Wärmeträger im Vergleich zu konventionellen, aus Grauguss gefertigten Wärmeträgern eine kleinere Wärmekapazität aufweist und dessen Heizfläche hart, verschleissfest, hitzebeständig und korrosxonsresxstent ist.The present invention is therefore based on the object an electrically heated device for heat transfer, in particular a hotplate - to create in which the Heat transfer medium has a smaller heat capacity compared to conventional heat transfer medium made of gray cast iron and whose heating surface is hard, wear-resistant, heat-resistant and resistant to corrosion.

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Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen Kern aus einer Aluminiumlegierung aufweist, welcher auf seiner zur Wärmeübertragung auf einen Gegenstand mit sexsem in Berührung zu bringenden Oberfläche mit einer thermisch aufgespritzten, festhaftenden Schicht aus Oxidverbindungen des Aluminiums versehen ist.According to the invention, the object is achieved in that the Device has a core made of an aluminum alloy, which on its for heat transfer to an object with a surface to be brought into contact with sexsem thermally sprayed, firmly adhering layer of oxide compounds of aluminum is provided.

Aluminiumlegierungen sind verhältnismässig weiche Werkstoffe und zeigen überdies bei Erwärmung auf Temperaturen über etwa 400 C einen drastischen Abfall der Brinellhärte in der Grös-Aluminum alloys are relatively soft materials and, moreover, show a drastic decrease in Brinell hardness when heated to temperatures above approx.

2
senordnung von 300 MN/m . Als Werkstoffe für Wärmeträger von Kochplatten erscheinen daher Aluminiumlegierung an sich ungeeignet, da sie den an die Heizfläche einer Kochplatte gestellten Anforderungen bezüglich Härte und Verschleissfestigkeit nicht genügen, Die thermisch, d.h. im Plasma- oder Flammspritzverfahren aufgespritzte Oxidschicht beseitigt diesen Mangel an Festigkeit und führt zu einer gegen mechanische Beschädigung widerstandsfähigen Heizfläche.2
order of 300 MN / m. As a material for the heat transfer medium of hotplates, aluminum alloys appear unsuitable per se, since they do not meet the requirements placed on the heating surface of a hotplate in terms of hardness and wear resistance heating surface resistant to mechanical damage.

Die thermisch aufgespritzte Oxidschicht kann ausschliesslich aus Aluminiumoxid (Al„0_) bestehen. Durch farbige Oxidverbindungen des Aluminiums von-Spinelltyp (MeAIpO.) wie beispielsweise Kobaltaluminiumoxid (CoAl,,0..) kann zusätzlich ein dekorativer Effekt erzielt werden, wobei die Schicht je nach gewünschter Farbintensität eine Mischung aus Aluminiumoxid und farbigen Oxidverbindungen des Aluminiums oder aber ausschliesslich farbige Oxidverbindungen des Aluminiums aufweisen kann.The thermally sprayed-on oxide layer can consist exclusively of aluminum oxide (Al "0_). Through colored oxide compounds of spinel-type aluminum (MeAIpO.) such as Cobalt aluminum oxide (CoAl ,, 0 ..) can additionally a decorative effect can be achieved, the layer depending on the desired color intensity a mixture of aluminum oxide and colored oxide compounds of aluminum or exclusively colored oxide compounds of aluminum can.

Die Dicke der thermisch aufgespritzten Schicht liegt vorteilhafterweise zwischen 100 und 400 um, vorzugsweise zwischen 150 und 250 ium.The thickness of the thermally sprayed-on layer is advantageously between 100 and 400 µm, preferably between 150 and 250 µm.

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Die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Kernmaterial und der aufgespritzten Oxidschicht führt beim Aufheizen zu Spannungen an der Phasengrenze Metall/Oxid, was bei extremer Beanspruchung zu einem Reissen der Oxidschicht oder sogar zu einem Abplatzen derselben führen kann. Um dieser Gefahr zu begegnen, bieten sich die folgenden zwei Möglichkeiten an:The different thermal expansion of the core material and the sprayed-on oxide layer leads to tension when heated at the metal / oxide phase boundary, which in the event of extreme stress can cause the oxide layer to crack or even to one The same can lead to flaking. There are two ways to counter this danger:

1. Die thermisch aufgespritzte Schicht wird als Cermet-Schicht ausgebildet, d.h. sie enthält neben Oxidverbindungen des Aluminiums zusätzlich metallisches Aluminium. Beim vorligenden Erfindungsgegenstand hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Anteil des metallischen Aluminiums in der Schicht zwischen 5 und 40%, vorzugsweise zwischen 10 und 20% liegt.1. The thermally sprayed-on layer is designed as a cermet layer, i.e. it contains oxide compounds in addition to of the aluminum additionally metallic aluminum. In the case of the present subject matter of the invention, it has proven to be advantageous proven when the proportion of metallic aluminum in the layer is between 5 and 40%, preferably between 10 and 20%.

2. Zwischen dem Kern und der thermisch aufgespritzten Schicht aus Oxidverbindungen des Aluminiums befindet sich eine thermisch aufgespritzte, metallische Zwischenschicht. Als besonders geeignete Werkstoffe für diese Zwischenschicht haben sich Aluminium sowie eine Nickel-Aluminium-Legierung mit einem Aluminiumgehalt von 20 bis 40% erwiesen. Die geeignete Schichtdicke liegt dabei zwischen 50 und 150 /um, vorzugsweise zwischen 80 und 120 um.2. Between the core and the thermally sprayed one Layer of oxide compounds of aluminum is a thermally sprayed, metallic intermediate layer. Aluminum and a nickel-aluminum alloy have proven to be particularly suitable materials for this intermediate layer with an aluminum content of 20 to 40%. The suitable layer thickness is here between 50 and 150 µm, preferably between 80 and 120 µm.

Für eine rationelle Serienfertigung des Kerns bieten sich die Druckgiessverfahren an. Eine zum Druckgiessen besonders geeignete Legierung weist die folgende Zusammensetzung auf:For an efficient series production of the core, the Die casting process. An alloy particularly suitable for die casting has the following composition:

Mangan 1,0 bis 2,0%, vorzugsweise 1,2 bis 1,4% Eisen 0,5 bis 1,0%, vorzugsweise 0,6 bis 0,8% Aluminium RestManganese 1.0 to 2.0%, preferably 1.2 to 1.4% Iron 0.5 to 1.0%, preferably 0.6 to 0.8% Aluminum rest

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Es hat sich gezeigt, dass mit dieser im Druckgiessverfahren, insbesondere im Vakuumdruckgiessverfahren verarbeiteten Legierung die bei konventionellen Druckgusslegierungen bei Temperaturen über etwa 400 C auftretende Blasenbildung vollständig verhindert werden kann.It has been shown that with this in the die casting process, in particular the alloy processed in the vacuum pressure casting process that of conventional pressure casting alloys at temperatures Bubble formation occurring above about 400 C can be completely prevented.

Die thermisch aufgespritzte Oxidschicht kann im Bedarfsfall zur Verminderung ihrer Rauhigkeit überschliffen bzw. poliert werden. Um ein unerwünschtes Eindringen von Fremdstoffen in die leicht poröse Schicht zu verhindern, kann diese zudem auf bekannte Weise -'beispielsweise mittels Borsäure - oder Phosphorsäurelösungan - versiegelt werden.If necessary, the thermally sprayed-on oxide layer can be ground or polished to reduce its roughness will. In order to prevent unwanted penetration of foreign substances into the slightly porous layer, this can also be sealed in a known manner - for example by means of boric acid or phosphoric acid solution.

Zur Vermeidung eines Anschmelzens des Kerns bei erhöhter Temperatur kann der Kern zusätzlich mit einem Temperaturfühler ausgestat
begrenzt.To prevent the core from melting on at elevated temperatures, the core can also be equipped with a temperature sensor
limited.

ausgestattet sein, der die Höchsttemperatur auf etwa 450°Cbe equipped with the maximum temperature of about 450 ° C

Die durch die erfindungsgemässe Vorrichtung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass im Vergleich zu entsprechenden Vorrichtungen mit Wärmeträgem aus Grauguss eine Schnell - bzw. Feinregulierung der auf den zu erwärmenden Gegenstand zu übertragenden Wärmemenge möglich wird und Energieverluste als Folge der Wärmekapazität des Wärmeträgers beträchtlich vermindert werden.The advantages achieved by the device according to the invention are essentially to be seen in the fact that in comparison to corresponding devices with heat carriers made of gray cast iron a quick or fine regulation of the amount of heat to be transferred to the object to be heated is possible and energy losses can be reduced considerably as a result of the heat capacity of the heat carrier.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nachstehend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert und durch ein Beispiel weiter veranschaulicht. Es zeigtThe device according to the invention is described below with reference to FIG Schematic drawings explained in more detail and further illustrated by an example. It shows

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässeFig. 1 shows a cross section through an inventive

Vorrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung in Oberflächennähe.Contraption,
2 shows a cross section through a device according to the invention near the surface.

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Die in Fig. 1 dargestellte, erfindungsgemässe Vorrichtung weist einen Kern 1 aus einer Aluminiumlegierung auf, welcher auf der mit dem aufzuheizenden Gegenstand in Berührung zu bringenden Oberfläche eine thermisch aufgespritzte Schicht 2 aus Oxidverbindungen des Aluminiums - gegebenenfalls mit einem Anteil an metallischem Aluminium - aufweist. Der Kern 1 weist Rinnen 4 zur Aufnahme von Heizleitern 5 auf. Bei einer kreisrunden Gestalt des Kerns können die Rinnen 4 konzentrisch oder spiralförmig angeordnet sein. Die Heizleiter 5 werden mit einem hitzebeständigen Zement in die Rinnen 4 eingebettet.The device according to the invention shown in FIG. 1 has a core 1 made of an aluminum alloy, which is in contact with the object to be heated Bringing surface a thermally sprayed layer 2 made of oxide compounds of aluminum - optionally with a Share of metallic aluminum - has. The core 1 has grooves 4 for receiving heating conductors 5. With a circular Shape of the core, the channels 4 can be arranged concentrically or spirally. The heat conductors 5 are with embedded in the grooves 4 with a heat-resistant cement.

Fig.2 zeigt eine thermisch aufgespritzte, metallische Zwischenschicht 3, die zwischen dem Kern 1 und der thermisch aufgespritzten Oxidschicht 2 liegt.2 shows a thermally sprayed, metallic intermediate layer 3, which lies between the core 1 and the thermally sprayed oxide layer 2.

example

Aus einer Aluminiumlegierung mit 1,25% Mangan und 0,63% Eisen und einem Gehalt an üblichen Verunreinigungen von insgesamt weniger als 0,2% wurde im Vakuumdruckgiessverfahren ein Kern für eine Kochplatte hergestellt. Der Durchmesser des mit einer ebenen Heizfläche ausgestatteten Kerns betrug 15 cm.Made of an aluminum alloy with 1.25% manganese and 0.63% iron and a total content of common impurities less than 0.2% became a core in the vacuum die casting process made for a hotplate. The diameter of the core equipped with a flat heating surface was 15 cm.

Nach dem Sandstrahlen mit Korund wurde auf die Heizfläche im Plasmaspritzverfahren eine 200 um dicke, aus 85% Kobaltaluminiumoxid. (CoAl₂O₄) und 15% Aluminium bestehende Cermet-Schicht aufgetragen. Die Oberfläche wurde anschliessend kurz bandgeschliffen. After sandblasting with corundum, a 200 µm thick, 85% cobalt aluminum oxide was plasma sprayed onto the heating surface. (CoAl ₂ O ₄ ) and 15% aluminum existing cermet layer is applied. The surface was then briefly belt sanded.

Die Temperaturwechselbeständigkeit der aufgespritzten Schicht wurde durch zyklisches Aufheizen auf 450 C und Abkühlenlassen auf Ξ.;*'_ ^iir^.rüft. Nach 300 Zyklen konnten ":ame ^..-..jaen einer Verminderung der Haftfestigkeit bzw. eines Abplatzens der Schicht beobachtet werden.The thermal shock resistance of the sprayed-on layer was determined by cyclical heating to 450 ° C. and allowing it to cool on Ξ.; * '_ ^ iir ^ .checks. After 300 cycles, ": ame ^ ..- .. jaen a reduction in the adhesive strength or a flaking of the layer can be observed.

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Claims

Electric heated device for heat transfer, in particular hotplate, characterized in that it has a core (1) made of an aluminum alloy, which core (1) is to be brought into contact with an object for heat transfer on the object The surface is provided with a thermally sprayed, firmly adhering layer (2) made of oxide compounds from aluminum is.

2. Device according to claim 1, characterized in that the thermally sprayed-on layer made of aluminum oxide consists.

3. Device according to claim 1, characterized in that the thermal sprayed-on layer of colored Oxide compounds of aluminum of the spinel type, preferably cobalt aluminum oxide.

4. Apparatus according to claim 1, characterized gekennzeichnec, that the thermally sprayed layer consists of a mixture of aluminum oxide and colored oxide compounds of aluminum.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the thermally sprayed-on layer Contains 5 to 40%, preferably 10 to 20%, of metallic aluminum.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the chemically sprayed-on layer has a thickness of 100 to 400 / .mu.m, preferably from 150 to 250 / µm.

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7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that between the core and the thermal sprayed-on layer of oxide compounds of aluminum from a thermally sprayed-on intermediate layer (3) Aluminum is present.

8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that between the core and the thermally sprayed-on layer of oxide compounds of aluminum a thermally sprayed intermediate layer made of a nickel-aluminum alloy with an aluminum content from 20 to 40% is present.

9. Device according to one of claims 7 or 8, characterized characterized in that the thermally sprayed intermediate layer has a thickness of 50 to 150 μm, preferably from 50 to 120 jam.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the alloy of the core from 1.0 to 2.0%, preferably 1.2 to 1.4% manganese and 0.5 to 1.0%, preferably 0.6 to 0.8% iron, the remainder essentially Aluminum.

11. The device according to claim 10, characterized in that the core is a die-casting process, preferably is a product manufactured in the vacuum die casting process.

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