DE2916779A1 - Induktionsspule fuer ein induktionskochgeraet - Google Patents
Induktionsspule fuer ein induktionskochgeraetInfo
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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
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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-
6AD ORiGiNAl.
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 (3)
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 1r 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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ORIGINAL INSPECTED
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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