DE2916779A1

DE2916779A1 - Induktionsspule fuer ein induktionskochgeraet

Info

Publication number: DE2916779A1
Application number: DE19792916779
Authority: DE
Inventors: Peter Lohberg
Original assignee: Sachs Systemtechnik GmbH
Current assignee: Sachs Systemtechnik GmbH
Priority date: 1979-04-25
Filing date: 1979-04-25
Publication date: 1980-11-06
Also published as: FR2455418A1; JPS55154092A; IT8067656A0; JPS6342398B2; GB2048025A; GB2048025B; FR2455418B1; IT1128772B; IT8053165V0

Description

Patentanwälte Dipl.-In«;. H. Tj-ick^ann. Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

" Dipl.-Ing. F. A-Weickmann, Dipl-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. LiSKA 2916779

LAJD - Fall 643 sooo München 86, den

POSTFACH SoO820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

SACHS SYSTEMTECHNIK GMBH
Johann-Georg-Gademann-Str. 13
872o Schweinfurt

Induktionsspule für ein Induktionskochgerät

Die Erfindung betrifft eine Induktionsspule für ein Induktionskochgerät, mit einer Flachspule, deren Wicklungsdurchmesser größer als deren axiale Wicklungshöhe ist.

Induktionskochgeräte sind bekannt. Ihre Wirkungsweise beruht darauf, daß mittels der Induktionsspule im Metallboden des über der Induktionsspule abgestellten Kochgeschirrs Wirbelströme erzeugt werden, die den Kochgeschirrboden erhitzen. Induktionskochgeräte werden vorrangig im Küchenbereich eingesetzt, können jedoch auch zum Erhitzen von Topfgütern allgemeiner Art, beispielsweise in Werkstätten usw. benutzt werden.

Bei den Induktionsspulen der bekannten Induktionskochgeräte handelt es sich um ein- oder mehrlagige scheibenartige Flachspulen. Die Flachspulen sind eben und aus Hochfrequenzlitze, eng gewickelt. Sie werden dicht unter einer Platte aus wechseltemperaturbeständiger Glaskeramik montiert,

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sodaß die Spulenebene und der Topfboden parallel zueinander sind.

Die bekannten scheibenförmigen Flachspulen erzeugen insbesondere bei Verwendung von Edelstahlkochgeschirren ein inhomogenes Hitzeprofil in dem. Boden. Im Zentrum des Kochgeschirrbodens verbleibt eine nahezu kalte Zone,' an die sich zwischen dem Zentrum und dem Bodenrand eine ringförmige Zone hoher Erwärmung anschließt. Die hierbei auftretenden Temperaturdifferenzen in dem Boden können zur Verformung des Kochgeschirrs führen. Darüberhinaus werden die Speisen in den unterschiedlich warmen Zonen unterschiedlich stark gegart.

Werden Kochgeschirre benutzt, deren Bodenfläche kleiner als der Durchmesser der Ringzone hoher Temperatur ist, so müssen diese an bestimmte Stellen des Kochzonenbereichs gerückt werden, da sie ansonsten nicht warm werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Induktionsspule für ein Induktionskochgerät zu schaffen, die im Metallboden des Kochgeschirrs eine homogene Wärmeverteilung erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zahl der Windungen pro radiale Längeneinheit von einem in der Spulenmitte gelegenen inneren Bereich zu einem radial anschließenden ^wischenbereich hin abnimmt und dann von dem Zwischenbereich zu einem daran radial anschließenden äußeren Bereich hin wieder zunimmt.

Die Zahl der Windungen pro radiale Längeneinheit ist vorzugsweise im inneren Bereich am größten. HieTr sind zweckmäßig mehr als die Hälfte der Windungen der Flachspule angeordnet. Der innere Bereich bündelt den magnetischen Fluß stark und verringert so die wirbelstromfreie und damit induktiv nicht erwärmbare Zone auf wenige Quadrat-

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Zentimeter. Die Windungen des inneren Bereichs sind so dimensioniert, daß die bei herkömmlichen Induktionsspulen erzeugte ringförmige Zone hoher Temperatur möglichst weit nach radial innen zum Zentrum hin verlegt wird. Die Windungen des inneren Bereichs sollen ein etwa trapezförmiges Temperaturprofil erzeugen, bei welchem durch Wärmeleitung auch der zentrale Bereich aufgeheizt wird. Die Windungen des Zwischenbereichs und des äußeren Bereichs dienen der Homogenisierung der Temperaturverteilung im verbleibenden Kochgeschirrboden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Flachspule in dem inneren und dem äußeren Bereich mehrlagig und in dem Zwischenbereich mit geringerer Lagenzahl, vorzugsweise einlagig gewickelt. Zumindest ein Teil der Windungslagen des inneren Bereichs und/oder des äußeren Bereichs kann von Lage zu Lage unterschiedliche radiale Lagenbreite bei gleichbleibender Steigung der Windungen haben. Auf diese Weise lassen sich allmähliche übergänge der in den einzelnen Bereichen erzeugten Temperaturprofile erzielen.

Statt unterschiedlich breiter Lagen kann auch zumindest ein Teil der Windungslagen des inneren Bereichs und/oder des äußeren Bereichs mit einem zum Zwischenbereich hin wachsenden Abstand der Windungen gewickelt sein. Auch auf diese Weise kann die Windungsdichte kontinuierlich geändert werden.

Das Temperaturprofil kann auch durch den Abstand der jeweils -obersten Windungslage vom Metallboden des Kochgeschirrs beeinflußt -werden. Die in dem Boden Induzierten Wirbelströme sind umso größer, je näher die Spule zum Boden angeordnet ist. Ein gewisser Mindestabstand, der durch die Temperaturbeständigkeit der Wicklungsisolierung gegeben ist, darf allerdings nicht unterschritten werden. Vorzugsweise sind die auf der Oberseite gelegenen Windungslagen des inneren und des äußeren Bereichs im wesent-

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lichen in einer Ebene gelegen. Die oberste Windungslage des Zwischenbereichs befindet sich hierbei unterhalb dieser Ebene. Durch Einstellen des Abstands in dem Zwischenbereich kann die radiale Temperaturverteilung des Topfbodens hinreichend gut linearisiert werden. Der Abstand der obersten Windungslage des Zwischenbereichs von der Ebene des inneren und äußeren Bereichs kann in radialer Richtung unterschiedlich bemessen sein; er wird nach radial außen vorzugsweise kleiner.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist die unterste Wicklungslage der drei Bereiche eine über sämtliche Bereiche sich gemeinsam hinwegerstreckende einlagige Flachspule, auf die im inneren und im äußeren Bereich weitere Lagen nach oben hin aufgewickelt sind. Die gemeinsame unterste Wicklungslage dient als Träger der darüberliegenden Lagen, so daß insbesondere auch Lagen mit sich änderndem Windungsabstand aufgebracht werden können. Die gemeinsame unterste Wicklungslage ist zum inneren Bereich hin vorzugsweise tellerförmig nach unten ausgebaucht.. Die Wicklung des inneren Bereichs ist in der Ausbauchung enthalten.

Die Flachspule kann andererseits aber auch aus drei gesonderten, zueinander gleichsinnig in Serie geschalteten Teilwicklungen für die einzelnen Bereiche bestehen. Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß die Teilwicklungen getrennt und damit einfacher gewickelt werden können.

Optimale Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn der innere Bereich- in vier, oder fünf · Lagen gewickelt ist und einen Durchmesser von etwa Ao bis 5o% des Gesamtdurchmessers der Flachspule hat. Der äußere Bereich kann in zwei Lagen gewickelt sein und eine radiale Breite von etwa 6 bis 1o% des Gesamtdurchmessers der Flachspule haben.

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Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine aus gesonderten Teilspulen aufgebaute Induktionsspule für ein Induktions-Kochgerät ' und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Induktionsspule.

Fig. 1 zeigt die als rotationssymmetrische Flachspule 1 ausgebildete Induktionsspule eines Kochgeräts, die über Zuleitungen 3, 5 an einen Hochfrequenzgenerator 7 des Kochgeräts angeschlossen ist. Der Durchmesser D der Flachspule 1 ist größer als ihre axiale Höhe H. Die Flachspule 1 ist in einem Abstand d unterhalb einer horizontalen, nicht leitenden Auflageplatte 9 angebracht, auf die ein Kochgeschirr 11 mit einem insbesondere aus Edelstahl bestehenden Metallboden 13 aufgesetzt wird. Das von der Flachspule 1 erzeugte hochfrequente Magnetfeld induziert im Metallboden 13 Wirbelströme, die den Metallboden 13 und damit den nicht näher dargestellten Inhalt des Kochgeschirrs 11 erwärmen. Der Abstand d verhindert, daß die elektrische Isolierung der Windungen der Flachspule 1 durch die vom Metallboden 13 ausgehende Wärmestrahlung beschädigt wird.

Die Flachspule 1 besteht aus drei mit gleichem Wicklungssinn in Serie zueinander geschalteten Teilwicklungen 15, 17 und 19. Die Teilwicklungen 15 bis 19 sind jeweils aus Hochfrequenzlitze mit eng aneinanderliegenden Windungen gewickelt und so dimensioniert, daß sich in radialer Richtung eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Metallbodens 13 ergibt. Die Teilwicklung 15 ist mehrlagig, im Ausführungsbeispiel mit sechs Lagen gewickelt und erstreckt sich vom Zentrum der Flachspule über etwa 4o bis 5o% des Durchmessers D. Die Teilwicklung 15 allein er-

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zeugt in dem Metallboden 13; ein etwa trapezförmiges Temperaturprofil, wie es in Fig. 1 bei 21 schematisch dargestellt ist. Der von der Teilwicklung 15 erzeugte magnetische Fluß ist so groß, daß der durch Wirbelströme nicht erwärmte Bereich im Zentrum vernachlässigbar klein ist und durch Wärmeleitung auf annähernd die Temperatur der radialen Umgebung erwärmt wird. Der radial äußere Randbereich des Metallbodens 13 wird durch die Teilwick— lung 19 erwärmt. Die Teilwicklung 19 ist ebenfalls mehrlagig ausgebildet und hat im Ausführungsbeispiel der Fig. drei Lagen. Die oberste Lage ist in der Ebene der obersten Lage der Teilwicklung 15 angeordnet. Das von der Teilwicklung 19 allein in dem Metallboden 13 erzeugte Temperaturprofil ist bei 23 dargestellt.

Die Teilwicklung 17 ist im Zwischenbereich zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich angeordnet. Sie ist einlagig ausgeführt und erstreckt sich, gerechnet von oben nach unten, von der vierten Lage der Teilwicklung 15 zur dritten Lage der Teilwicklung 19. Aufgrund des größeren Abstands zum Metallboden 13 und der geringeren Lagenzahl ist der Einfluß der Teilwicklung 17 auf das Temperaturprofil des Metallbodens 13 am kleinsten. Die Teilwicklung 17 soll den Temperatureinbruch zwischen den Temperaturprofilen 21 und 23 der Teilwicklungen 15 und 19 ausgleichen, so daß insgesamt eine gleichmäßige Temperaturverteilung in radialer Richtung des Metallbodens 13 entsteht, wie sie bei 25 dargestellt ist.

Eine Induktionsspule mit etwa 2o cm Durchmesser kann aus

2 Hochfrequenz-Kupferlitze mit ca, 4 mm Querschnitt gewickelt und wie folgt bemessen seim Die Teilwicklung 15 kann 4 bis 5 Lagen bei einem Durchmesser von 8 bis Io cn haben. Die Teilwicklung 19 kann in 3 Lagen gewickelt sein und eine radiale Breite von 1,2 bis 2 cm haben. Die Teilwicklung 17 kann. den. dazwischenliegenden Bereich einlagig

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ausfüllen, wobei die radial äußere Hälfte der Lage in Höhe der untersten Lage der Teilwicklung 19 verläuft und die radial innere Hälfte zur 4. Lage der Teilwicklung 15 abgebogen ist.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer als Induktionsspule eines Induktionskochgerätsverwendbaren Flachspule 31, bei welcher durch Abstufen des Durchmessers der Windungslagen einer inneren Teilwicklung 33 und durch Änderung des Windungsabstands einer äußeren Teilwicklung 35 eine Feinkorrektur des Temperaturprofils erreicht wird. Die Flachspule 31 umfaßt eine tellerförmig zur Mitte hin eingezogene, rotationssymmetrische Wicklungslage 37, die sich vom Zentrum bis zum äußeren Rand hin erstreckt. Die Teilwicklung 33 Ist mehrlagig ausgebildet; ihre weiteren Lagen sind in der durch die Wicklungslage 37 gebildeten Mulde angeordnet. Die oberste Lage 39 der Teilwicklung 33 hat einen kleineren Durchmesser als die beiden darunterliegenden Lagen, der In Verbindung mit der Wicklungslage 37 insgesamt vierlagigen Teilwicklung 33. Funktion und Wirkungsweise der Teilwicklung 33 entspricht im übrigen derjenigen der Teilwicklung 15 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Die Teilwicklung 35 umfaßt neben der mit der Teilwicklung 33 gemeinsamen Wicklungslage 37 eine zusätzliche Wicklungslage 41 , bei welcher ein Teil der innen gelegenen Windungen 43 mit nach radial innen wachsendem Abstand gewickelt sind. Die Teilwicklung 35 entspricht der Teilwicklung 19 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1

Die gemeinsame Wicklungslage 37 bildet Im Bereich des Muldenrands eine Teilwicklung 45, die der Teilwicklung 17 nach Flg. 1 entspricht. Die Tiefe der Mulde ist so bemessen, daß die oberste Lage 39 der Teilwicklung 33 und die Lage 41 der Teilwicklung 35 In einer Ebene

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parallel zum Gefäßboden liegen. Der Durchmesser der obersten Lage 39 der Teilwicklung 33 und der Abstand der Windungen 43 der Lage 41 sind so bemessen, daß sich ein gleichmäßig lineares Temperaturprofil in radialer Richtung des Topfbodens ergibt.

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Leerseife

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Wcickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Coem. B. Hüber LAJD - Fall 643 800° MÜNCHEN 86, DEN 2 Γ\ fiprii 1979 POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22 SACHS SYSTEMTECHNIK GMBH Johann-Georg-Gademann-Str. 13 872o Schweinfurt Patentansprüche

1. Induktionsspule für ein Induktionskochgerät, mit einer Flachspule, deren Wicklungsdurchmesser größer als deren axiale Wicklungshöhe ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Windungen pro radiale Längeneinheit von einem in der Spulenroitte gelegenen inneren Bereich (15; 33) zu einem radial anschließenden Zwischenbereich (17; 45) hin abnimmt und dann von dem Zwischenbereich (17;45) zu einem daran radial anschließenden äußeren Bereich ■ j (19; 35) hin wieder zunimmt.

2. Induktionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Windungen pro radiale Längeneinheit im inneren Bereich (15; 33) am größten ist.

.

3. Induktionsspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als die Hälfte der Windungen der Flachspule {1; 31) in dem innetr-en Bereich 115; 33) angeordnet ist.

4. Induktionsspule nach Anspruch 1_r dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspule (1; 31) in dem inneren (15; 33) und

dem äußeren Bereich (19; 35) mehrlagig und in dem Zwischenbereich (17; 45) mit geringerer Lagenzahl gewickelt ist, als im inneren und äußeren Bereich.

5. Induktionsspule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Flachspule (1; 31) im Zwischenbereich (17; 45) ■ einlagig gewickelt ist.

6. Induktionsspule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Windungslagen (39) des inneren Bereichs (33) und/oder des äußeren Bereichs von ,»,

Lage zu Lage unterschiedliche radiale Lagenbreite bei gleichbleibender Steigung der Windungen hat.

7. Induktionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Windungslagen (41) des inneren Bereichs und/oder des äußeren Bereichs (35) mit einem zum Zwischenbereich (45) hin wachsenden Abstand der Windungen (43) gewickelt sind.

8. Induktionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Oberseite gelegenen Windungslagen (39, 41) des inneren (15; 33} und des äußeren Bereichs (19;

35) im wesentlichen in einer Ebene liegen und daß die oberste Windungslage des Zwischenbereichs (17; 45) unterhalb dieser Ebene angeordnet ist.

9. Induktionsspule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der obersten Windungslage des Zwischenbereichs (17; 45} von der Ebene des inneren (15; 33) und äußeren (19; 35) Bereichs nach radial außen kleiner bemessen ist.

To. Induktionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die "unterste Wicklungslage (37) der -drei Bereiche 3g (33, 35, 45) eine über sämtliche Bereiche sich gemein-

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sam hinwegerstreckende einlagige Flachspule ist, auf die im inneren (33) und im äußeren (35). Bereich weitere Lagen nach oben hin aufgewickelt sind.

11. Induktionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspule (1) aus drei gesonderten, zueinander.gleichsinnig in Serie geschalteten Teilwicklungen (15, 17, 19) für die einzelnen Bereiche· besteht.

12. Induktionsspule nach Anspruch- 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Bereich (15; 33) in 4 bis 6 Lagen gewickelt ist und einen Durchmesser von etwa 4o bis 5o% des Gesamtdurchmessers der Flachspule (1; 31) hat.

13. Induktionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bereich (19; 35) in zwei Lagen gewickelt ist und im wesentlichen eine radiale Breite von etwa 6 bis 1o% des Gesamtdurchmessers der Flachspule (1; 31) hat.

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