DE3100938A1

DE3100938A1 - "temperatursteuerungsmittel"

Info

Publication number: DE3100938A1
Application number: DE19813100938
Authority: DE
Inventors: Michael Anthony Pepper; Eric Michel Joseph Ma Vavasour
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1980-01-14
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1981-12-10
Also published as: FR2476308A1; FR2476308B1; IT8112405A0; IT1145902B

Description

Richtungen und insbesondere in Richtungen, die parallel zu ihrer Oberfläche verlaufen oder eine wesentliche Komponente parallel zu ihrer Oberfläche besitzen. Somit wird eine begrenzte Fläche der Oberseite der Glaskeramikplatte und somit jedes Küchengerät, das unmittelbar auf diese Fläche gestellt wird, schnell durch eine Verbindung von direkter Strahlung durch die Glaskeramikplatte und Wärmsleitung von der Glaskeramik erhitzt. Im Folgenden wird diese Fläche als "Heizplattenfläche" bezeichnet.

Jedes Heizelement besteht im allgemeinen aus einem Stück verhältnismäßig dünnem Widerstandsdraht, der spiralenförmig gewickelt ist und teilweise in ein geeignetes Isoliermaterial singelassen ist, das sich in Giner angeflanschten Platte befindet, die auch als "Kuchenform" (flan pan) bekannt ist. Typischarwaise ist dia Spirale in dem Isoliermaterial musterförmig angeordnet, beispielsweise in einen Spiralenmuster, bo daß aine hohe Wärmekonzentration auf die Unterseite der Fläche, der Glaskeramik gestrahlt werden kann, die die Heizplattenflächo bildet. Damit die wesentlichen Eigenschaften der Glaskeramik beibehalten werden, muß die höchste Temperatur oder lie Zeit, bei der Temperaturen, die über denen vom Glasksramikhersteller angegebenen liegen, erreicht werden, begrenzt werden. Auch ist es erforderlich, eine thermo-

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statische Steuerung bsi niedrigeren Temperaturen zu schaffen. Un di^ höchste sichere Temperatur der iloizplattonflächa zu begrenzen und eine entsprechende thermostatische Steuerung zu schaffen, wird üblicherweise eine Röhre aus ei nam fouerfasten Stoff mit verhältnismäßig niedrigem Wärmeausdchnungskoeffizienten vorgesehen, wie z.B. Ouarz oder Quarzglas, die diagonal durch in dem Flansch der angeflanschten Platte angebrachte Löcher derartig befestigt ist, daß sich die Röhre zwischen dem Element und der Unterseite der Glaskeramik, ohne eine der beiden zu berühren, befindet, wobei im einen Ende der Röhre eine Stange oder ein Streifen aus einem Stoff mit verhältnismäßig hohem Wiirmeausdehnungskoaf fizienten so angeordnet ist, daß die unterschiedliche Wärmeausdehnung von Röhre und Stange bzw. Streifen am anderen Ende der Röhre bewirkt, daß ein elektrischer Kreis geschlossen oder unterbrochen wird, d.h. daß direkt oder indirekt die Leistungszufuhr zum Element in Abhängigkeit zu der von dem Element abgestrahlten Wärmemenge und damit der Temperatur der Heizplattenflache hergestellt bzw. unterbrochen wird. Dies stellt jedoch eine eher grobe und uneffiziente Art der Steuerung dar, da von Natur aus ein Temperaturbereich von Gerät zu Gerät besteht, manchmal bis zu 70° C oder mehr bei einer bestimmten Thermostateinstellung, über den der elektrische Kreis geschaltet wird und weil derartige elektromechanische Thermostate Hysterese zwischen dem Ein- und Ausschalten in Bereich von

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40° C aufweisen. Aus Sicherheitsgründen ist es somit erforderlich, jedes Gerät so zu kalibrieren, daß der Kreis eher bei einer niedrigeren als höheren Temperatur unterbrochen wird. In der Praxis bedeutet dies, daß manche Haizplattenflachen nicht die Temperatur erreichen können, die in der Nähe der theoretisch höchsten sicheren Betriebstemperatur liegt, wobei diese theoretische Temperatur von der höchsten Betriebstemperatur der Glaskeramik abhängt.

Darüber hinaus sind diese Geräte gegenüber Erschütterungen anfällig, und die Kalibrierung verstellt sich bei längerer Benutzung.

Somit ist es Aufgabe der Erfindung, feinfühligere und reproduzierbarere Steuermittel für die Heizplattentemperatur zu schaffen und es damit zu ermöglichen, daß die höchste Temperatur näher zur höchsten sicheren Betriebstemperatur dar Glaskeramik eingestellt wird.

Einer der Hauptvorteile von Glaskeramikkochflachen besteht in der glatten und ununterbrochenen Oberfläche beim Einbau in moderne Küchenmöbel und somit in der leichten Reinigungsmöglichkeit. Diese vorteilhafte Eigenschaft würde zerstört werden, wenn nicht eine Warnvorrichtung geschaffen würde, die dem Benutzer anzeigt, daß die Heiznlattenflache nach

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dem Abschalten noch heiß ist, selbst wenn schmückende Muster zur Kenntlichmachung der einzelnen Heizflächen verwendet warden. Nach dem Abschalten der Elemente ist die hohe Temperatur nicht ersichtlich und somit blaibt die Glaskeramik für einige Zeit danach möglicherweise gefährlich.

Dieses Problem wurde bis jetzt dadurch beseitigt, daß an geeigneter Stelle eine Glühbirne, Neonlampe oder eine lichtemittierende Diode vorgesehen wurde, die elektrisch so angeschlossen ist, daß sie aufleuchtet, wenn eine Heizplattenfläche beheizt wurde oder auf eine thermostatisch gesteuerte Temperatur eingestellt war und die weiterhin nit einem Verzögerungskreis verbunden ist, so daß sie solange weiterleuchtet, bis die Heizplatte auf eine sichere Temperatur nach dem Abschalten der Stromzufuhr zum Heizelement abgekühlt ist. Es ist offensichtlich, daß eine derartige Anordnung eher grob ist und demnach ist es weitere Aufgabe der Erfindung, Mittel zu schaffen, die genau angeben, ob eine Heizplatte heißer als eine vorbestimmte Temperatur ist.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Glaskeramikkochfläche als Temperaturfühlvorichtung einen Widerstandtemperaturfühlar, dar im folgenden als RTD (electrical resistance temperature detector) bezeichnet wird.

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Vorzugsweise besteht der RTD aus einem elektrisch-leitenden Pfad, dar aus Metallteilchen besteht, die auf die Oberfläche eines elektrisch nicht-leitenden Substrates aufgedruckt oder anders aufgebracht sind. Gemäß der Erfindung können sich der RTD oder eine Vielzahl von RTDs in Berührung mit der Glaskeramik befinden, in welchem Fall die Temperatur der Glaskeramik direkt überwacht und gesteuert wird; der RTD kann jedoch auch unterhalb der Glaskeramik im Abstand zu ihr angebracht werden, so daß die auf ihn fallende Wärme im wesentlichen Strahlungswärme von der Unterseite der Glaskeramik ist. Wenn sich der RTD in Berührung mit der Glaskeramik befindet, kann er an der Glaskeramik angebracht oder in sie einbezogen sein, bzw. das nicht leitende Substrat kann Teil der Glaskeramik sein. Wenn eine Vielzahl (beispielsweise zahn oder zwanzig) RTDs verwendet wird, die in Berührung mit der Glaskeramik stehen, wird der Durchschnitt ihrer einzelnen Ausgänge genommen, um ein Signal zu schaffen, das die mittlere Temperatur der Heizplattenfläche anzeigt. Wahlweise können elektrische Abschaltmittel vorgesehen werden als Vorsichtsmaßnahme gegen begrenzte überhitzung und darauffolgenden Abbau, falls ein oder mehrere RTDs eine außergewöhnlich hohe Temperatur der Glaskeramik anzeigen. Vorzugsweise wird das RTD jedoch unterhalb der Glaskeramik in einer Entfernung von beispielsweise 2,5 cm angebracht, wo es ein Ausgangssignal gibt, das ziemlich genau die mittlere

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Temperatur der Heizplattenfläche wiedergibt.

Bei diesem letzteren Ausführungsbeispiel wurde festgestellt, daß zur genauen Steuerung der Temperatur der Heizplattenfläche der Anbringungsort des RTD entscheidend ist. Vorzugsweise wird der RTD in einer Vertiefung im Isoliermaterial angebracht, so daß die Hauptquelle der auf den RTD fallenden Wärme die Strahlung von der Unterseite der Glaskeramikplatte ist und direkte Strahlung von den Heizelementen zum RTD im wesentlichen vermieden wird. Im Gegensatz dazu ist es bei manchen Anwendungen vorteilhaft, eine mehr oder weniger direkte Strahlung von dem Heizelement zur Beeinflussung der Temperatursteuerung über den RTD zu ermöglichen; in diesem Fall kann der RTD oberhalb der Obersaite das Isoliermaterials angebracht oder sogar teilweise in die Isolierung eingetaucht werden. Wahlweise kann das Heizelement in ainer Vertiefung in dem Isoliermaterial angabracht warden und sich der RTD auf oder im wesentlichen auf ier Oberseite des Isoliarmaterials befinden bzw. das Heizelement und der RTD können jeweils teilweise in das Isoliermaterial eingelassen werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dar Erfindung besteht eine Glaskeramikkochflache aus einer angeflanschten Platta, die ein feuerfestes Isoliermaterial enthält, in das

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ein Heizelement teilweise eingelagert ist, wobei die
gesamte Anordnung von einer Platte aus Glaskeramik überdeckt wird, die von dem Element entfernt angeordnet ist; in bezug zu dem Isoliermaterial ist ein RTD derartig angeordnet, daß zumindest ein Teil der Widerstandsbahn des RTD Strahlung direkt von der Unterseite des Glases erhält und zumindest ein Teil der Widerstandsbahn im RTD von
direkt von dem Heizelement kommender Wärme abgeschirmt ist, wobei geeignete elektrische Verbindungen durch die angeflanschte Platte zur Speisung von elektrischem Strom zum Heizelement und zum RTD vorgesehen sind. Die Veränderung des Widerstands des RTD wird über eine Brückenschaltung und -Verstärker in ain Signal umgewandelt, das zur Steuerung der dem Heizelement zugeführten Energie verwendet wird.

Geeignete Widerstandtemperaturfühler werden in der
GB-P¹S Nr. . 1415644 und der U.S. PS 4 222 025 offenbart
und umfassen ein aus einem elektrisch nicht-leitenden Stoff hergestelltes Substrat und tragen eine elektrisch-leitende Spiralbahn, die im wesentlichen aus geschmolzenem Glasnaterial besteht, das mit elektrisch-leitenden Teilchen beladen ist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Gold, Silber, Platin, Rhodium, Ruthenium, Iridium, Palladium, Eisen, Nickel, Kobalt und Kupfer besteht. Wahlweise kann die elektrisch leitende Bahn im wesentlichen frei von Glasmaterial sein

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und elektrisch-leitende Teilchen umfassen, die dadurch zusammengeschmolzen wurden, daß sie auf eine Temperatur erhitzt wurden, die unter ihrer Schmelztemperatur liegt (siehe beispielsweise GB-Patentanmeldung Nr. 2002175A).

Oben beschriebene RTD können mit einem schützenden äußeren überzug versehen werden, der aus einer Glasur besteht und können entweder ein flaches oder ein zylinderförmiges Substrat umfassen.

Das Heizelement umfaßt vorzugsweise ein Stück eines verhältnismäßig dünnen Widerstanddrahtes, der spiralenförmig gewickelt ist und so angeordnet ist, daß er sich auf oder zumindest teilweise innerhalb des Isoliermateriales in einem Spiralmuster, beispielsweise Giner Spirale oder ainar geschlossenen Spirale, befindet. Ein weiteres Ausführungsbeispiel kann ein Heizsystem umfassen, das auf dem sogenannten Gas "Oberflächen" Brenner (gas surface burner) beruht. Der RTD befindet sich, vorzugsweise abgeschirmt, in den mittleren Bereich des von dem Heizelement gebildeten Musters.

Es wurde fastgastellt, daß ein zylinderförmiger RTD

mit einem Nennwert von 200 Ohm (Mannwiderstand bai O⁰C), einer Lama von 29 mm und einem Durchinessar von 3 iivm

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für die Erfindung ausreicht. Derartige Detektoren besitzen ainan hohen und reproduzierbaren Temperaturkoeffizienten des '.'iderstandes und können daher zur genauen Steuerung von Glaskeramikkochflächen-Temperaturen bis zur höchsten sicheren Betriebstemperatur der Glaskeramik verwendet warden. Des waiteren kann ein zweiter Ausgang von der Brückenschaltung verwendet werden, um ein Warnlicht oder eine andere Vorrichtung zu betätigen, beispielsweise derart, daß das Warnlicht solange leuchtet, wie die Temperatur der Fläche einen vorbestimmten Sicherheitswert überschreitet.

Es wurde festgestellt, daß die Anordnung des RTD in der dargestellten Weise, bei der er WSrme im wesentlichen von dar Unterseite der Glaskeramik erhält, hervorragende Mittel zur Steuerung der Temperatur der Oberseite des Glases schafft und daß, im Gegensatz zu bisherigen Verfahren, bei denen die Steuerung des Heizvorganges bei derartigen Anwendungsbereichen auf dem Prinzip der Energieregulierung des Heizelementes beruhte, die Verwendung eines RTD durch Einbau in den Steuerkreis die Verwendung einer Temperatursteuerung ermöglicht, die mit sich eine genauere Steuerung der Temperatur der Glaskeramik und auch die Mittel bringt, die Glaskeramik auf Temperaturen unter der höchsten Stellung in schnellerer Zeit zu erhitzen, als es normalerweise mit der bestehenden Energiesteuerung, die auf elektromechanischen Systemen beruht, möglich ist.

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Demgemäß umfaßt die Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung dor Temperatur einer Glaskeramikkochfläch^, das darin besteht, daß der Glaskeramik ein VJiderstandtemperaturfühler in gegenüberliegende Stellung gebracht wird, der aus Metallteilchen besteht, die auf die Oberseite eines elektrisch nicht leitenden Substrates gedruckt oder anderweitig aufgebracht sind, daß dem Fühler elektrischer Strom zugeführt wird und daß der festgestellte Widerstand des Fühlers in ein Signal zur Steuerung der Energiezufuhr zu den die Flnchü heizenden Mitteln umgewandelt wird.

Unter "gegenüberliegend" ist sowohl zu verstehen, daß dsr Fühler mit der Glaskeramik in Berührung steht, als auch von der Glaskeramik entfernt angebracht ist, wie oben beschrieben wurde.

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Claims

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Angelder: JOHNSON, '17VTTHEY Sc CO. LIMITED

43 Hatten Garden, London, ¹ICHi ΰ'/.ί'., England

Titel: Temperatursteusrungsmittol
Patentansprüche

Kochfläche aus Glaskeramik, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Temperaturfühlmittel einen tfiderstand-Temperaturdetektor aufweist.
2. Kochfläche gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine elektrisch leitende Bahn umfaßt, die aus Metallteilchen besteht, die auf die Oberfläche eines elektrisch nicht-leitenden Substrates aufgebracht sind.
3. Kochfläche gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere Detektoren mit fsr Glaskeramik in Berührung stehen.
4. ICochflächa gemäß \nspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-leitende Substrat Teil d:;r Glaskaramik ist.

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5. Kochflächo gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl Detektoren verwendet wird, wobei deren einzelne Ausgänge gemittelt werden, um ein Signal zu schaffen, das die Durchschnittstemoeratur der Heizplatten^lächa (wie in der Beschreibung definiert) wiedergibt.
6. Kochfläche gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Energieabschaltmittel, die den einzelnen Detektoren zugeordnet sind, umfaßt.
7. Kochfläche gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor unterhalb und mit einem Abstand zu der Glaskeramik angeordnet ist.
3. Kochfläche gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor so angeordnet ist, daß die Hauptquelle von auf ihn fallender Wärmeenergie Strahlung von der Unterseite der Glaskeramik ist, wobei zumindest ein Teil des Detektors so abgeschirmt 1st, daß er keine direkte Strahlung von dem Heizelement der Kochfläche erhält.
9. Kochfläche gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Detektor in einer Vertiefung im Isolier-

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Stoff befindet, auf dam sich oder in dem sich das Heizelement zumindest teilweise befindet.
10. Kochfläche gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement ein Stück Widerstanddraht in Spiralenform umfaßt, der auf oder zumindest teilweise in dem Isoliermaterial in einem Spiralenmuster angeordnet ist.
11. Kochfläche gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch einen mit Gas gespeisten Brenner erwärmt wird.
12. Kochfläche gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine angeflanschte Platte umfaßt, die ein feuerfestes Isoliermaterial enthält, in das teilweise ein Heizelement eingelassen ist, wobei das Ganze von einer Platte aus Glaskeramik, die von dem Element entfernt angeordnet ist, abgedeckt wird und ein Widerstand-Temperatur-Detektor derartig in bezug zu dem Isoliermaterial angeordnet ist, daß zumindest ein Teil der Widerstandbahn des Detektors Strahlung direkt von der Unterseite des Glases erhalten kann und zumindest ein Teil der Widerstandbahn des Detektors so abgeschirmt ist, daß er keine Strahlung direkt von dem Heizelement erhält.

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