DE3205658A1

DE3205658A1 - Elektroherd mit temperaturwarneinrichtung

Info

Publication number: DE3205658A1
Application number: DE19823205658
Authority: DE
Inventors: Alfie Lucretius Bewdley Worcs. Grasso
Original assignee: Micropore International Ltd
Current assignee: Micropore International Ltd
Priority date: 1981-02-18
Filing date: 1982-02-17
Publication date: 1982-09-16
Also published as: IT8219726A0; IT1153434B; FR2500228A1; CH654966A5; GB2093320B; AU8054982A; FR2500228B1; NL8200567A; AT390137B; ES509686A0; CA1198470A; NZ199685A; ATA60382A; US4518850A; SE8200945L; AU549610B2; GB2093320A; ES8302267A1; SE442062B

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Elektroherd oder einen elektrischen Kocher mit Einrichtungen, die den Benutzer warnen, wenn ein oder mehrere der Kochflachen sich oberhalb einer Temperatur befinden, bei der ein Berühren gefährlich ist. Ganz besonders geeignet ist die erfindungsgemäße konstruktive Gestaltung, jedoch nicht beschränkt darauf, für Herde oder Kocher mit Glaskeramikdeckplatten.

Probleme können auftreten bei Elektroherden, wenn keine sichtbare oder anderweitige Anzeige vorhanden ist, sobald die Temperatur von Kochflächen so hoch ist, daß ein Berühren zu Verbrennungen führt. Die meisten Herde haben ein Kontrollampensystem,das anzeigt, daß einer der Heizer mit Strom versorgt ist, aber das ist keine adäquate Anzeige einer gefährlichen Oberflächentemperatür, insbesondere im Falle von Herden oder Kochern mit Glaskeramikdeckplatten. Die Kontrollampe leuchtet auf,sobald der Kocher oder Herd angeschaltet ist, aber die eigentliche Kochoberfläche benötigt etwa 15 bis 50 Sekunden, um eine gefährliche Temperatur von beispielsweise 50 bis 6O⁰C zu erreichen. Wichtiger ist jedoch, daß, sobald der Heizer ausgeschaltet ist, das Kontrollicht ebenfalls erlischt, die Kochfläche jedoch noch für eine Nachlaufzeit heiß ist und, je nach konstruktiver Gestaltung des Kochers und der Betriebszeit, kann dies eine Zeit von 20 bis 80 Minuten sein, bis die Kochoberfläche ausreichend abgekühlt ist, um eine Berührung ohne Nachteile zu ermöglichen.

Es wurden bereits verschiedene Vorrichtungen in komtnerziell erhältlichen Herden vorgesehen, um eine erhöhte

gefährliche Temperatur der eigentlichen Kochfläche anzuzeigen. Es wurde vorgeschlagen, einen elektronischen Zeitverzögerer einzubauen, der das Kontrollicht einschaltet, sobald der Heizer eingeschaltet wird, jedoch das Warnlicht erst eine vorbestimmte Zeit nach dem Abschalten des Heizers erlöschen läßt. Ein derartiger Zeitschalter hat jedoch den Nachteil, daß er eine gefährliche Temperatur auch dann anzeigt, wenn der Heizer nur sehr kurz eingeschaltet wurde, beispielsweise das Einschalten aus Versehen erfolgte, ohne daß die Kochfläche eine gefahrbringende Temperatur erreichte.Dies hat zur Folge, daß das Warnlicht seine Warnfunktion verliert und vom Herdbenutzer aus eigener Erfahrung ignoriert wird, weil ihm bekannt ist, daß die Oberfläche nicht heiß wurde. Trotzdem ist das Warnlicht notwendig für den Fall, daß die Kochfläche für eine längere Zeit benutzt wurde. Dieser Unterschied ist üblicherweise für den Benutzer nicht ohne weiteres zu erkennen und führt zu Verwirrung mit der daraus resultierenden Gefahr für den Benutzer.

Es wurde ferner vorgeschlagen, Temperaturänderungen der Kochflächen zu simulieren und das Kontroll- und Warnlicht in Abhängigkeit von diesen simulierten Temperaturänderungen zu schalten. Derartige Simulationseinrichtungen sind jedoch teuer und aufwendig und erfordern meistens mehr Raum als im Inneren des Herdes zur Verfügung steht.

Nach einem anderen Vorschlag wird ein Warnlicht geschaltet, direkt abhängig von der aktuellen Temperatur des Heizers oder des Trägers des Heizers. Diese konstruktive Gestaltung erfordert eine kurze Ansprechzeit, weil der Heizer als Ganzes die vorbestimmte Temperatur erreichen

muß, ehe das abhängige Element aktiv wird und das Warnlicht einschaltet. Hilfsheizer wurden deshalb vorgesehen, um die Ansprechzeit des temperatürabhängigen Elementes zu reduzieren. Diese Vorrichtungen haben sich jedoch nicht durchsetzen können, weil keine zufriedenstellende und ausreichend genaue Abhängigkeit von der Temperatur der Kochfläche erreicht werden konnte. Ein besonderes Problem liegt in der Zeit, die sich an die erste Ansprechzeit anschließt, und ehe der ganze Heizer eine ausreichend hohe Temperatur erreicht, um das Warnlicht am Leuchten zu halten. Das ist in der Regel eine Zeit von etwa 20 Sekunden nach Einschalten bis zu etwa 5 Minuten nach dem Ausschalten. Während dieser Periode ist es notwendig, das Warnlicht am Leuchten zu halten, bis zu etwa 20 Minuten, bis sich die Temperatur der Glaskeramikplatte sich soweit erniedrigt hat, daß eine gefahrlose Berührung möglich ist. Wenn jedoch die Stromzufuhr zum Hilfsheizer gesteigert wird, um die erste Ansprechzeit zu verkürzen, verlängert sich auch die Leuchtdauer des Warnlichtes, so daß dieses noch brennt, wenn die Glaskeramikplatte bereits abgekühlt ist, so daß das Risiko des Ignorierens des Warnlichtes durch die Benutzer gegeben ist.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Temperaturkontroll- und -Warneinrichtung mit einem Hilfsheizer zu schaffen, die prompt anspricht, aber das Warnlicht erst erlöschen läßt, wenn die Temperatur der Kochfläche ausreichend abgefallen ist und eine Berührung ohne Nachteile ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den elektrischen Kocher oder Herd gemäß Patentanspruch 1.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.

Gegenstand der Erfindung ist ein Elektroherd oder Kocher mit einer Deckplatte und ein oder mehreren elektrischen Heizern, die auf der Unterseite der Deckplatte angeordnet sind. Vorhanden ist eine Temperaturkontrolleinrichtung, die thermisch verbunden ist mit mindestens einem der Heizer und einen Thermistor, einen elektrischen Hilfsheizer zur Zufuhr von zusätzlicher Wärme zum Thermistor und einen Wärmepuffer aufweist. Letzterer ist zwischen dem Hilfsheizer und dem Thermistor angeordnet. Vorhanden sind ferner Einrichtungen zum Anzeigen, wenn der Thermistor auf oder oberhalb einer vorbestimmten Temperatur ist.

Der Thermistor kann aus einem Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes bestehen. Das Material hat vorzugsweise einen elektrischen Widerstand von etwa 300 Ohm bei 25⁰C und eine Schalttemperatur (Tr) von etwa 50 C. In diesem Falle besteht der Wärmepuffer aus einer 0,8 mm dicken Weicheisenscheibe.

Der Thermistor kann aber auch aus einem Material mit einem negativen Temperaturgradienten des elektrischen Widerstandes bestehen. Ein solches Material weist vorzugsweise einen elektrischen Widerstand von etwa 1200 0hm bei 25°C und einen B-Wert von etwa 4000 auf. In diesem Falle besteht der Wärmepuffer aus einer etwa 2,8 mm dicken Weicheisenscheibe.

Jeder der Heizer weist eine wärmeleitende äußere Hülle in Form einer Metallschale auf, an die die Temperaturkontrolleinrichtung mechanisch angeschlossen ist und die einen Wärmeübergang ermöglicht. Die Temperaturkontroi1-einrichtung kann in einem Endteil angeordnet sein, das an der Metallscheibe befestigt ist, zur Verbindung des Heizers mit einer elektrischen Spannungsquelle. Nach einer alternativen Ausführungsform kann die Temperaturkontrolleinrichtung ein hohlzylindrisches Gehäuse mit einem geschlossenen Ende aufweisen. Der Hilfsheizer, der Wärmepuffer und der Thermistor sind in dem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse besteht aus keramischem Material und kann zwei gegenüberliegende, sich axial erstreckende Schlitze aufweisen zur Durchführung der Verbindungen zum Hilfsheizer und zum Thermistor. Eine übliche Zuführungsleitung ist vorzugsweise zwischen dem Hilfsheizer und dem Thermistor angeordnet. In diesem Falle fungiert die übliche Zuführleitung als Wärmespeicher. Der Hilfsheizer, der Wärmespeicher und der Thermistor können im Gehäuse gehalten werden durch eine Bandfeder oder einen Streifen aus Federstahl, der sich über das Gehäuse bis in Schlitze einer Metallplatte erstreckt, die das offene Ende des Gehäuses abdeckt. Die Temperaturkontrolleinrichtung ist vorzugsweise mittels einer Platte oder Bodenplatte an dem oder den Heizern befestigt.

Das Gehäuse kann aber auch aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehen. In diesem Falle sind der Hilfsheizer, der Wärmepuffer und der Thermistor in dem Gehäuse durch eine härtbare Zusammensetzung, beispielsweise einem Silikonkautschuk befestigt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Hilfsheizer im wesentlichen aus einer Scheibe und weist Elektroden auf, die nur auf einer Seite angeordnet sind. Der Thermistor ist ebenfalls eine Scheibe mit nur auf einer Seite angeordneten Elektroden. Der Wärmespeicher besteht in diesem Falle aus elektrisch isolierendem Material. Die Elektroden können aus Aluminium oder Aluminiumlegierung bestehen und werden auf den Hilfsheizer oder den Thermistor aufgelegt. Der Wärmespeicher kann ein Glimmerplättchen oder eine Folie aus Polyimidmaterial bzw. einem Polyiraidgruppen-haltigen Kunststoff sein. Vorzugsweise sind die Einzelteile der Temperaturkontrolleinrichtung mittels einer Kapsel zusammengehalten. Die Temperaturkontrolleinrichtung kann ange-OTdnet sein in einer Vertiefung, die auf der Unterseite der Trägerplatte des Heizers angeordnet ist. Vorzugsweise wird die Vertiefung durch Eindrücken der Metallschale des Heizers erzeugt.

Der Hilfsheizer kann aus einem Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes bestehen. Das Material mit positivem Temperaturkoeffizienten kann einen elektrischen Widerstand von 500 bis 2500 0hm bei 25°C und einen Temperaturschaltpunkt (Tr) von mindestens etwa 185 C haben. Vorzugsweise weist das Material einen elektrischen Widerstand von 1200 0hm bei 25⁰C und eine Schalttemperatur (Tr) von etwa 185°C auf.

Vorzugsweise ist der Hilfsheizer elektrisch parallel geschaltet mit einem Heizelement des Heizers, mit dem er mechanisch und thermisch verbunden ist. Die Anzeigeeinrichtung kann eine Kontrollampe in Form einer Fadenlampe oder einer Entladungslampe sein.

Vorzugsweise besteht die Deckplatte aus Glaskeramik und bei den elektrischen Heizern handelt es sich um Strahlungsheizer.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung und ihre Tunktionsweise nun beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben.

Abbildung 1 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kocher.

Abbildung 2 ist eine Explosionszeichnung, die in VergrÖßerung und detailliert die Temper a turkont roll einrichtung wiedergibt.

Abbildung 3 ist eine Schaltzeichnung der Temperaturkontroi1-einrichtung.

Abbildung 4 ist eine Explosionszeichnung einer anderen Ausführungsform der Temperaturkontroi!einrichtung.

Abbildung 5 ist ein schematischer Querschnitt durch eine andere Ausbildungsform der Temperaturkontroi!einrichtung.

Abbildung 6 zeigt die Temperaturkontroi!einrichtung gemäß Abbildung 5, angeordnet in der Trägerplatte des Strahlungsheizers, der unmittelbar unter einer Glaskeramikdeckplatte des Herdes angeordnet ist und

Abbildung 7 ist eine graphische Darstellung mit drei Kurven, die die Veränderung des elektrischen Widerstandes zeigt bei 0 Volt Spannung für die Elemente mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten (PTC oder NTC-Stoffe), die erfindungsgemäß eingesetzt werden können.

Der in Figur 1 wiedergegebene elektrische Kocher weist eine Glaskeramikdeckplatte 2 auf, unter der Strahlungsheizer 4 in geringem Abstand angeordnet sind. Die Strahlungsheizer 4 weisen eine Metallschale 6 auf, in der eine Trägerschicht 8 aus elektrisch und thermisch isolierendem Material angeordnet ist. Am seitlichen Rand 10 der Metallschale ist innen ein Außenrand 12 aus thermisch isolierendem Material vorhanden. Die Trägerschicht 8 besteht vorzugsweise aus mikroporösem Isoliermaterial, beispielsweise einer Mischung aus Siliziumdioxid/Aerogel, einem Trübungsmittel und, falls erforderlich, verstärkenden Fasern aus Aluminiumoxid oder Aluminiumsilikat. Der Außenrand 12 besteht vorzugsweise aus keramischen Fasern. In der Trägerschicht 8 sind Gruppen von Nuten zur Aufnahme von zwei elektrischen Heizelementen 14 und 16 ausgebildet, die voneinander durch den Trennsteg 18 getrennt sind. Dieser Steg besteht beispielsweise aus keramischen Fasern. Jedes der Heizelemente 14, 16 besteht aus einem spiralförmig gewundenen blanken Heizdraht. Über das innen angeordnete Heizelement 14 erstreckt sich ein thermischer Schutzschalter 20, der im Falle von Überhitzung beide Heizelemente abschaltet.

Jedes der Heizelemente 14 und 16 ist unabhängig voneinander mit Energie versorgbar über nicht gezeigte Zuführleitungen. Wenn nur ein Kochgeschirr oder ein Topf relativ kleinen Durchmessers erwärmt werden soll, wird nur das Heizelement 14 zum Erwärmen benutzt, wenn größere Kochgeschirre oder andere Gefäße zu erwärmen sind, werden die beiden Elemente 14 und 16 benutzt. Üblicherweise hat das zentrale Heizelement 14 eine Leistungsaufnahme

von 1400 Watt und das Element 16 eine von 800 Watt. Jedes der Heizelemente ist auf der Trägerschicht 8 durch nicht gezeigte Klammern befestigt und besteht vorzugsweise aus einem Eisen-Chrom-Aluminium-Widerstandsheizdraht.

Der Überhitzungsschutzschalter 20 ist ein solcher des Typs mit unterschiedlicher Ausdehnung und besteht aus einem Quarzrohr mit einem darin befindlichen Metallstab. Die unterschiedliche Ausdehnung des Rohres und des Stabes als Folge der Überhitzung wirkt auf einen mechanischen Schalter 26, um die Stromzuführung zu beiden Heizelementen 14 und 16 zu unterbrechen. Grundsätzlich ist es möglich, ThermoschutzschaIter in der Nähe jedes der Heizelemente anzuordnen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein über dem inneren Heizelement 14 angeordneter Thermoschutzschalter 20 ausreichend ist.

Der in der Abbildung wiedergegebene Strahlungsheizer 4 weist am Übergang der Metallschale 6 zum Seitenrand 10 eine Stufe 28 am Außenrand der Metallschale 6 auf, genauer gesagt zwischen der Unterseite der Metallschale und ihrem Seitenrand. Diese Stufe oder der Absatz dient zur Montage des Strahlungsheizers innerhalb des Kochers oder Herdes, zum Anbringen des Thermoschutzschalters und zur Befestigung einer Temperatureteuer- und -regeleinrichtung, wie sie nachfolgend noch näher beschrieben wird. An der Stufe können mit Gewinden versehene Bohrungen vorhanden sein zur Befestigung des Strahlungsheizers.

Der Außenrand 12 und der Trennsteg 18 reichen bis an die Unterseite der Glaskeramikdeckplatte 2. Dadurch entstehen auf der Oberfläche der Glaskeramikplatte durch einen der-

art ausgebildeten Strahlungsheizer zwei konzentrisch zueinander angeordnete Heizzonen, die durch das Heizelement 14 und durch das Heizelement 16 erwärmt werden. Durch die Trägerplatte und den Trennsteg wird die Heizwirkung des Elementes 14 auf den zentralen inneren Bereich begrenzt und eine direkte thermische Verbindung zwischen der Temperatursteuer- und -regeleinrichtung ist ausgeschlossen, es sei denn, diese Vorrichtung wird auf der Trägerplatte des Strahlungsheizers angeordnet, wo jedoch im allgemeinen nicht der erforderliche Raum vorhanden ist.

Die Temperatur der Glaskeramikdeckplatte 2 wird durch die Teraperaturkontrolleinrichtung 30 gesteuert und kontrolliert. Diese Einrichtung ist in Abbildung 2 detailliert wiedergegeben. Die Temperaturkontrolleinrichtung 30 weist ein Gehäuse 32 auf, beispielsweise aus keramischem Material, in Form eines Hohlzylinders mit einem geschlossenen Ende. Das Gehäuse weist Öffnungen oder Schlitze 34 zum Hindurchführen von Verbindungsleitungen 36, 38 und 40 zum Hilfsheizer 42 und dem temperaturempfindliehen Bauteil 44 auf. Die Zuführungsteile 36, 38, 40 bestehen aus Metallplatten mit sich radial erstreckenden Verlängerungen, die durch die Öffnungen 34 reichen und die Verbindung zu den nicht gezeigten Zuführungsleitungen herstellen.

Bei der in Figur 2 wiedergegebenen Ausführungsform besteht der Wärmespeicher oder Wärmepuffer 46 beispielsweise aus einer Weicheisenscheibe mit einer Dicke von etwa 2 mm. Diese ist angeordnet zwischen dem Hilfsheizer 42 und der Verbindungsleitung 38. Weiterhin ist das temperaturempfindliche Bauteil 44 von einem Ring 48 aus elektrisch isolierendera Material, beispielsweise Keramik, umgeben.

Die Einzelteile der Temperaturkontrolleinrichtung 30 können in dem Gehäuse 32 mittels der Kappe 50 befestigt werden. Diese Kappe besteht beispielsweise aus keramischem Material und greift in die Vertiefung in der Bodenplatte 52 ein. Das Gehäuse 32 ist auf der Bodenplatte 52 durch einen Metallstreifen 54 aus Federstahl in entsprechenden Nuten, wobei sich die Feder bis in ein Schlitzpaar in der die offene Seite des Gehäuses 32 abdeckenden Bodenplatte 52 erstreckt, gehalten. Durch diesen Eingriff werden die Einzelteile gegen das geschlossene Ende des Gehäuses gedrückt und in ihrer Stellung fixiert. Der Metallstreifen 54 liegt in Nuten in der Außenwand des Gehäuses 32 und die Enden der Feder sind nach dem Durchstecken durch die Bodenplatte 52 abgebogen, um eine Verankerung zu erzielen.

Die Bodenplatte 52 erstreckt sich über das Gehäuse 32 hinaus, um das Befestigen der Temperaturkontrolleinrichtung an dem Strahlungsheizer zu ermöglichen, wie es in Figur 1 wiedergegeben ist. Die Platte weist ferner eine Nase auf, um eine genaue Anordnung der Temperaturkontroi1-einrichtung bezüglich des Strahlungsheizers zu ermöglichen. Dadurch wird die Justierung erleichtert. Die Temperaturkontrolleinrichtung 30 kann an dem Strahlungsheizer mittels Schrauben 56 befestigt werden, die in Gewindebohrungen der Stufe 28 eingeschraubt werden.

Das Schaltschema von Figur 3 zeigt die Energieregulierung 58 umschlossen durch eine gestrichelte Linie. Der Heizer ist parallel geschaltet mit dem Energieregler und der Thermoschutzschalter ist in Serie mit dem Heizer geschaltet. Der Hilfsheizer 42 der Temperatursteuereinrichtung ist ebenso parallel geschaltet mit dem Energieregulator. Auf diese Weise wird bei Anlegen einer Spannung an den

Heizer ebenfalls Spannung an den Hilfsheizer angelegt. Bei der wiedergegebenen Ausführungsform besteht der Hilfsheizer aus einem Material, das einen mit der Temperatur ansteigenden elektrischen Widerstand aufweist, oder dessen elektrischer Widerstand wesentlich bei einer gegebenen Temperatur ansteigt. Derartige Stoffe werden als solche mit positivem Temperaturkoeffizienten oder PTC-Materialien bezeichnet. Dabei handelt es sich um Halbleiter des η-Typs, beispielsweise dotiertem Bariumtitanat.

Bariumtitanat ist normalerweise isolierend und wird für diesen Zweck mit Strontium dotiert. Dieses Material weist einen leicht abfallenden Widerstand auf, wenn die Temperatur auf etwa 200°C ansteigt, aber der Widerstand steigt stark an, wenn dieses Temperaturniveau erreicht wird.

Diese Wärme- elektrische Widerstandscharakteristik des Materials ermöglicht es, dem Hilfsheizer 42 als Thermostat zu fungieren und die Temperatur des wärmeempfindlichen Bauteils 44 auf etwa 200 C zu halten. Dadurch kann ein Überhitzen der Temperaturkontrolleinrichtung in einfächer Weise vermieden werden, und ebenso sind Energieverluste durch einen ständigen Stromfluß durch den Hilfsheizkreis vermeidbar. Ein besonders geeignetes PTC-Element weist einen elektrischen Widerstand von 1200 0hm bei 25⁰C und eine Schalttemperatur (Tr) von etwa 185°C auf.

Die Wärme des Hilfsheizers wird übertragen auf das temperaturempfindliche Bauteil 44 durch das übliche Zuführteil 36. Bei der in Figuren 2 und 3 wiedergegebenen Temperaturkontrolleinrichtung ist ein Thermistor aus PTC-Material, das eine niedrigere Schalttemperatur hat als das Material des Hilfsheizers, vorhanden. Ein geeignetes PTC-Element weist einen Widerstand von etwa 300 Ohm bei

25 C und eine Sehalttemperatür (Tr) von etwa 50 C auf. Zum temperaturempfindlichen Bauteil ist parallel geschaltet eine Lampe 60 in Verbindung mit einer Spannungsquelle, so daß dauernd eine Spannung anliegt. Das Verbindungsteil 36 bestimmt die Zeit, die vergeht zwischen Anlegen der Spannung an den Hilfsheizer und der Energieversorgung der Lampe 60. Die Zeit, die vergeht zwischen dem Abschalten des Hilfsheizers und dem Abschalten der Lampe wird bestimmt durch die Kapazität des Wärmepuffers 46, in dem Fall, in dem der Körper des Heizers 4 nicht heiß genug wurde, um die Kontrollampe 60 zum Brennen zu bringen. Es wurde gefunden, daß eine Weicheisenscheibe von etwa 0,8 mm Dicke ausreichend ist um abzusichern, daß Spannung an die Lampe 60 angelegt ist nach etwa 10 bis 25 Sekunden. Diese Zeit steht in richtigem Verhältnis zu der Zeit, die die Glaskeramikdeckplatte 2 benötigt, um eine gefährliche Temperatur von etwa 50 bis 60 C zu erreichen. Das Verbindungsteil 36 wirkt in diesem Falle als Wärmepuffer zwischen dem Hilfsheizer und dem temperaturempfindlichen Bauteil Es wurde weiterhin gefunden, daß die Wärmespeicherkapazität einer Weicheisenscheibe mit einer Dicke von 2 mm in Kombination mit den anderen Teilen der Temperaturkontrolleinrichtung bewirkt, daß die Kontrollampe 60 so lange brennt, bis die Temperatur der Glaskeramikdeckplatte nach Abschal- ten des Heizelementes soweit abgefallen ist, daß ein gefahrloses Berühren möglich ist.

Wenn bei Betreiben des Herdes das Heizelement 14 mit Energie versorgt wird, oder wenn beide Heizelemente 14 und 16 benutzt werden, wird der Hilfsheizer 42 ebenfalls mit Energie versorgt, und die Temperatur des temperaturempfind-

lichen Bauteiles steigt, gesteuert über das Verbindungsteil 36, an. Anfangs fließt der elektrische Strom hauptsächlich durch den Thermistor 44, weil sein Widerstand niedrig ist. Aber mit steigender Temperatur erhöht sich der elektrische Widerstand. Die Kontrollampe 60 ist üblicherweise eine Neonlampe oder eine Fadenlampe. Handelt es sich um eine Neonlampe, wird das Zünden der Lampe bestimmt durch eine spezifische Temperatur des Thermistors 44, d.h. die Temperatur, bei der der Spannungsabfall die zum Zünden der Lampe erforderliche Spannung überschreitet, beispielsweise 180 Volt. Die Lampe bleibt unter Spannung so lange wie die Spannung auf oder oberhalb der erforderlichen Brennspannung liegt, beispielsweise 150 Volt. Wenn eine Fadenlampe als Kontrollampe verwendet wird, ist die Leuchtintensität abhängig von der Spannung und die Lampe brennt heller mit steigender Spannung.

Die letztere Ausbildung und Anordnung hat den Vorteil, daß die Intensität der Lampe direkt der Temperatur der Glaskeramikdeckplatte entspricht. Falls erforderlich können eine oder beide der Ausführungsformen noch zusätzlich in der Schaltung einen Widerstand 62 aufweisen, um die Kontrollampe 60 und/oder den Thermistor 44 zu schützen.

So lange wie das Heizelement 14 und gegebenenfalls das Heizelement 16 mit Spannung versorgt werden, steigt die Temperatur des Körpers des Strahlungsheizers an bis zum thermischen Gleichgewicht. Während dieser Zeit hält der Hilfsheizer 42 die Kontrollampe 60 unter Spannung. Wenn jedoch das Heizelement 14 und gegebenenfalls auch das Heizelement 16 nach Beendigung des Kochens abgeschaltet werden, wird der Hilfsheizer 42 ebenso abgeschaltet.

Das temperaturempf Itidliche Bauteil beginnt dann abzukühlen, seine Abktihlungsgeschwindigkeit ist jedoch erniedrigt durch die in der Temperaturkontrol!einrichtung gespeicherte Wärme, insbesondere durch den Wärmepuffer 46 und durch die Wärme, die vom Strahlungsheizer 4 durch Strahlung und Konvektion von der Metallschale 6 und Leitung über die Bodenplatte 52 übertragen wird. Der Wärmeübergang auf das Bauteil 44 vom Wärmepuffer 46 ist ebenso gesteuert durch das Verbindungsstück 36. Auf diese Weise ist es möglieh, die Temperaturkontrolleinrichtung so zu bauen, daß die Lampe 60 nicht abgeschaltet wird bis die Temperatur der Glaskeramikdeckplatte 2 sich in den sicheren Bereich erniedrigt hat.

Wegen der relativ hohen Heizleistung des Heizelementes 14 ist es im allgemeinen ausreichend, wenn eine Temperaturkontrolleinrichtung vorhanden ist, um die Temperatur der Glaskeramikdeckplatte zu überwachen, für den Fall, daß nur das Heizelement 14 oder aber auch beide Heizelemente 14 und 16 gleichzeitig betrieben werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Bauweise der Strahlungsheizer 4 nicht beschränkt ist auf die Anordnung zweier konzentrisch angeordneter Heizelemente und daß zahlreiche andere räumliche Anordnungen der beiden Heizelemente ebenfalls möglich sind und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kombiniert eine Überwachung der Temperatur der Glaskeramikabdeckplatte von Elektroherden und Kochern ermöglichen.

Obwohl in den Zeichnungen nicht wiedergegeben, können die Einzelteile der Temperaturkontrol!einrichtung auch in

einem Gehäuse aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung angeordnet werden, wobei die Befestigung durch Ausgießen der freien Räume mit einer Silikonkautschukzusammensetzung erfolgt. Zusätzlich zur mechanischen Verankerung der Einzelteile hat der Silikonkautschuk den Vorteil einer elektrischen und thermischen Isolierung und das Material wirkt ebenso als Wärmespeicher. Besonders geeignet sind härtbare S11ikonkaut s chukzusammens et zungen.

Die Temperaturkontrolleinrichtung muß nicht direkt seitlieh neben einem Strahlungsheizer angeordnet werden, vorausgesetzt, daß eine thermische Verbindung zu einem oder mehreren der Heizer besteht, kann die Kontrolleinrichtung an jeder geeigneten Stelle des Herdes montiert werden.

Bei dem in Figur 4 wiedergegebenen temperaturempfindlichen Bauteil 44 handelt es sich um einen Thermistor mit einem negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes (NTC-Material), beispielsweise dotiertes Eisen, Nickel oder Kobaltoxid. Ein solches temperatürempfindliches Bauteil kann in Serie geschaltet werden mit der Kontrollampe 60, beispielsweise einer Fadenlampe, um eine proportionale Helligkeit zu erreichen, wie zuvor beschrieben. Ein Schutzwiderstand kann bei Bedarf ebenfalls vorgesehen werden. In Figur 4 ist die Stellung des Hilfsheisers 42 und des Wärmepuffers 46 umgekehrt, so daß der Wärmepuffer auch als zusätzlicher Speicher wirkt, um den Wärmefluß zum temperaturabhängigen Bauteil 44 zu steuern. Ein geeignetes NTC-Element hat einen Widerstand von 1200 0hm bei 25°C und einen B-Wert von etwa 4000.

Bei Strahlungsheizem für Herde mit Glaskeramikdeckplatten werden elektrische Verbindungen zu den Heizelementen oder zu einem Heizelement normalerweise mittels eines Endteils vorgenommen, das an der Metallschale befestigt ist. Deshalb können die Einzelteile der Temperaturkontrolleinrichtung auch in einem solchen Endteil angeordnet und zu einem integrierten Bauteil vereinigt sein. Dadurch erniedrigt sich weiterhin der erforderliche Raum und die Zahl der erforderlichen elektrischen Verbindungen, und alle diese Verbindungen können an einem Punkt hergestellt werden. Dadurch wird die Herstellung des Strahlungsheizers als Ganzes und seine Montage in den Herd vereinfacht, so daß sich die Montagekosten verringern.

In der in den Figuren 5 und 6 wiedergegebenen Ausführungsform sind zwei Elektroden 64 und 66 vorhanden auf der gleichen Seite des Hilfsheizers 42, der aus PTC-Material hergestellt wird. Bisher wurden derartige PTC-Elemente mit Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten versehen. Die Zuführungen 68 und 70 zu den Elektroden können aus jedem hochtemperaturbeständigen Material bestehen. Geeignete Verfahren zum Herstellen der Verbindungen schließen auch Ultraschallbindung ein. In Nachbarschaft zu der gegenüberliegenden Seite des Hilfsheizers 42 ist eine Schicht 72 aus isolierendem Material angeordnet, beispielsweise aus Glimmer oder einer Polyimidfolie. Das Isoliermaterial trennt den Hilfsheizer 42 von dem temperaturempfindlichen Bauteil und wirkt ebenso als Wärmespeicher zwischen den zwei Teilen, um den Wärmestrom vom Hilfsheizer zum tempera tür empfind liehen Bauteil zu beeinflussen und zu steuern, wie zuvor beschrieben. Das temperaturabhängige Bauteil ist ein Thermistor, der aus PTC-Material, das das gleiche ist

wie bei der in Figur 2 und 3 wiedergegebenen Ausführungsform, oder es ist ein NTC-Material, identisch mit dem in Figur 4 verwendeten Material. Es ist davon auszugehen, daß der in Figur 5 für NTC-Materialien wiedergegebene elektrische Schaltkreis von einem Fachmann für PTC-Materialien ohne Probleme angepaßt werden kann, insbesondere unter Verwendung der Figur 3. Ebenso wie der Hilfsheizer 42 ist das temperaturempfindliche Bauteil 44 mit zwei Elektroden 74, 76 auf der gleichen Seite versehen. Zuführungen 78 und 80 führen zu den Elektroden 74, 76, beispielsweise mittels der gleichen Einrichtungen wie bei den Elektroden 64, 66. Alle Elektroden, 64, 66, 74, 76 können beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen und auf der Oberfläche des Hilfsheizers und des temperaturempfindlichen Bauteils abgelagert oder aufgelegt sein.

Die Einzelteile der Temperaturkontrolleinrichtung werden zusammengehalten beispielsweise durch eine Kapsel aus geeignetem hochtemperaturbeständigen Material 82. Geeignete Stoffe sind solche auf Silikonbasis, Polyimidbasis oder keramischem Zement.

Mit der in Figur 5 wiedergegebenen Ausbildungsform ist es möglich, die Gesamthöhe einer Temperatursteuereinrichtung auf einige Millimeter zu reduzieren, so daß es möglich ist, die Einrichtung in den Boden des Strahlungsheizers einzupassen. Das ist mit den üblichen konventionellen Anordnungen der Elektroden nicht möglich.

Figur 6 zeigt die Temperaturkontrolleinrichtung 30 befestigt am Boden des Strahlungsheizers 4. In Figur 6 ist

ferner die Glaskeramikdeckplatte 2 und eine Boden- oder Trägerplatte 82 gezeigt, beispielsweise das Metallgehäuse eines elektrischen Kochers. Der Raum zwischen der Unterseite des Strahlungsheizers 4 und der Trägerplatte 82 beträgt üblicherweise etwa 5 ram. Aus Figur 6 ist zu ersehen, daß eine Vertiefung 84 in die Unterseite und Trägerplatte des Strahlungsheizers 4 eingebracht ist. Die Vertiefung kann ganz einfach hergestellt werden durch Entfernen eines Teils der Metallschale 6 und eines Teils der Trägerschicht 8. Vorzugsweise wird jedoch die Vertiefung durch Eindrücken der Metallschale erzeugt, wobei das Material der Trägerschicht sich um die Vertiefung erstreckt. Durch Ausbilden der Vertiefung in der Metallschale kann die Temperatur in der Ausnehmung reduziert werden von

etwa 300°C auf etwa 250 bis 28O°C, so daß sich die Lebensdauer der Temperatureteuereinrichtung erhöht. Vorzugsweise hat die Vertiefung eine Tiefe von etwa 5 mm. Die Temperaturkontrolleinrichtung kann in der Ausnehmung befestigt werden mit jedem geeigneten Mittel. Beispielsweise kann eine Feder verwendet werden, die in Löcher der Metallschale eingreift.

Durch Anpassen der in Figur 5 wiedergegebenen konstruktiven Gestaltung ist es möglich, eine Temperaturkontrolleinrichtung zu bauen, die nur eine Tiefe von 7 bis 9 mm aufweist, so daß es möglich ist, eine solche Vorrichtung an der Unterseite von Strahlungsheizern anzubringen, sofern da eine Vertiefung von etwa 5 mm Tiefe auf der Unterseite des Strahlungsheizers ausgebildet ist. Die Tiefe der Vertiefung wird begrenzt durch die Temperatur, die toleriert werden kann in der Vertiefung. Die Heizelemente erwärmen sich bei Betrieb auf etwa 900 C, und wenn die

Vertiefung zu tief ausgebildet ist, steigt darin die Temperatur auf ein nicht akzeptierbares Niveau, weil die Isolierschicht zu dünn ist. Aus diesem Grunde ist die Tiefe der Ausnehmung praktisch auf etwa 5 mm begrenzt. Nur die in den Figuren 5 und 6 wiedergegebene konstruktive Gestaltung ermöglicht es, eine Temperatursteuereinrichtung an der Unterseite von Heizern anzubringen.

Figur 7 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Widerstände. Kurve A gibt die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes eines für den Hilfsheizer geeigneten PTC-Materials wieder. Die Kurve B zeigt die Charakteristik eines geeigneten PTC-Materials für das temperaturempfindliche Bauteil und Kurve C zeigt die Charakteristik für ein geeignetes NTC-Material des temperaturempfindlichen Bauteils.

Bezugszeichenliste

2 Deckplatte aus Glaskeramik

4 Strahlungsheizer, Heizer

6 MetalIschale

8 Trägerschicht aus thermisch und elektrisch isolierendem Material

10 seitlicher Rand der Metallschale

12 Außenrand der thermischen Isolierung

14, 16 Heizelemente

18 Trennsteg

20 Thermoschutzschalter

26 mechanischer Schalter

28 Stufenrand der Metallschale

30 Temperaturkontroi!einrichtung

32 Gehäuse

34 öffnungen, Schlitze

36, 38, 40 Verbindungsleitungen, Verbindungsstücke

oder -teile

42 Hilfsheizer

44 temperaturempfindliches Bauteil, Thermistor

46 Wärmespeicher, Wärmepuffer

48 Ring aus elektrisch isolierendem Material

50 Kappe

52 Platte, Bodenplatte

54 Blattfeder aus Stahl, Metallstreifen aus Federstahl

56 Schraube

58 Energieregulator

60 Kontrollampe, Anzeigeeinrichtung

62 Widerstand

64, 66 Elektroden

68, 70 elektrische Zuleitungen

72 Wärmepuffer, Schicht aus Isoliermaterial

74, 76 Elektroden

78, 80 elektrische Zuleitungen

82 Trägerplatte, Bodenplatte

84 Absatz, Vertiefung

Claims

Pat entanwält e

Dr. Michael Hann

Dr. H.-G. Sternagel

Marburger Str. 38

6300 Gießen (1457) St/He

Micropore International Limited

Hadzor Hall, Hadzor, Droitwich, Worcs., England

Elektroherd mit Temperaturwarneinrichtung

Priorität: 18. Februar 1981, Serial No. 8105068 17. Dezember 1981, Serial No. 8138031

Pat entansprüche:

(1.1 Elektrischer Herd oder Kocher mit einer Deckplatte, an deren Unterseite ein oder mehrere elektrische Heizer angeordnet sind, einer Teraperaturkontrolleinrichtung, die mit mindestens einem der Heizer thermisch verbunden ist und mit einem temperaturempfindlichen Bauteil und einem elektrischen Hilfsheizer zur Zufuhr von Wärme zu dem Bauteil, mit Einrichtungen, die anzeigen, wenn das Bauteil auf oder über eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist,

dadurch gekennzeichnet , daß das temperaturempfindliche Bauteil einen Thermistor (44) und einen zwischen dem Hilfsheizer (42) und dem Thermistor (44) angeordneten Wännepuffer (46) enthält.
2. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 1, dadurch gek en nzeichnet , daß der Thermistor (44) aus einen» Material mit einem positiven Temperaturgradienten des elektrischen Wider-Standes besteht.
3. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Material mit einem positiven Temperaturgradienten einen elektrischen Widerstand von etwa 300 Ohm bei 25⁰C und einen Temperaturschaltpunkt (Tr) von etwa 50°C aufweist.
4. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmepuffer (46) aus einer 0,8 mm dicken Weicheisenscheibe besteht.
5. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Thermistor aus einem Material mit einem negativen Temperaturkoeffisienten des elektrischen Wider-Standes besteht.
6. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Material mit negativem Temperaturgradienten einen elektrischen Widerstand von 1200 0hm bei 25°C und einen B-Wert von etwa 4000 aufweist.
7. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet ,

daß der Wärmepuffer (46) aus einer etwa 2,8 mm dicken Weicheisenscheibe besteht.
8. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der oder die Heizer (4) eine wärmeleitende äußere Metallschale (6) aufweisen, die mit der Temperaturkontrolleinrichtung (30) mechanisch und wärmeübertragend verbunden ist.
9. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperaturkontrolleinrichtung (30) in einem Endteil, das an der Metallschale (6) befestigt ist, angeordnet ist, um den Heizer (4) mit einer elektrischen Spannungsquelle zu verbinden.
10. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperaturkontrolleinrichtung (30) ein an einem Ende geschlossenes hohlzylindrisches Gehäuse (32) mit darin angeordnetem Hilfsheizer (42), Wärmepuffer (46) und Thermistor (44) aufweist.
11. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (32) aus keramischem Material besteht.
12. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (32) zwei sich gegenüberliegende axial erstreckende Schlitze (34) zur Durchführung der Anschlüsse (36, 38, 40) des Hilfsheizers (42) und des Thermistors (44) aufweist.
13. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Hilfsheizer (42) und dem Thermistor (44) ein übliches Verbindungsstück (36) angeordnet ist, das als Wärmepuffer (46) dient.
14. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Hilfsheizer (42), der Wärmepuffer (46) und der Thermistor (44) in dem Gehäuse (32) gehalten werden mittels eines Metallstreifens (54) aus Federstahl, der sich über das Gehäuse (32) bis in Schlitze einer Bodenplatte (52), die das offene Ende des Gehäuses (32) abdeckt, erstreckt.
15. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperaturkontrolleinrichtung (30) mittels einer Bodenplatte (52) an dem Heizer (4) befestigt ist.
16. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (32) aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen besteht und der Hilfsheizer (42), der Wärmepuffer (46) und der Thermistor (44) mittels einer härtbaren Zusammensetzung in dem Gehäuse befestigt sind.
17. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die härtbare Zusammensetzung Silikonkautschuk ist.
18. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet ,

daß der Hilfsheizer (42) im wesentlichen aus einer Scheibe mit Elektroden (64, 66), die nur auf einer Seite befestigt sind, und der Thermistor (44) im wesentlichen aus einer Scheibe mit Elektroden (74, 76), die nur auf einer Seite befestigt sind, bestehen und der Wärmepuffer (72) aus einem elektrischen Isoliermaterial ist.
19. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden (64, 66, 74, 76) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen und auf dem Hilfsheizer (42) und dem Thermistor (44) aufgelegt sind.
20. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmepuffer (72) ein Glimmerplättchen ist.
21. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmepuffer (72) eine Folie aus Polyimidgruppenhaltigern Kunststoff ist.
22. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Einzelteile der Temperaturkontroi!einrichtung (30) durch eine Kapsel zusammengehalten werden.
23. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperaturkontrolleinrichtung (30) in einer Vertiefung (84) in der Trägerplatte des Heizers (4) angeordnet ist.
24. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß die Vertiefung (84) durch Eindrücken in die Metallschale (6) des Heizers hergestellt ist.
25. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet , daß der Hilfsheizer (42) aus einem Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes besteht.
10. 26.Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß das Material mit positivem Temperaturkoeffizienten einen elektrischen Widerstand von 500 bis 2500 0hm bei 25°C und einen Temperaturschaltpunkt (Tr) von mindestens etwa 185°C aufweist.
27. Elektrischer Herd oder Kocher nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß das Material mit positivem Temperaturkoeffizienten einen elektrischen Widerstand von 1200 0hm bei 25⁰C und einen Temperaturschaltpunkt (Tr) von etwa 185 C aufweist.
28. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet , daß der Hilfsheizer (42) elektrisch parallel geschaltet ist mit einem Heizelement (14, 16) des verbundenen Heizers (4).
29. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet ,

daß die Kontrollampe (60) eine Fadenlampe oder Entladungslampe ist.
30. Elektrischer Herd oder Kocher nach Ansprüchen 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet , daß die Deckplatte (2) aus Glaskeramik besteht und jeder der elektrischen Heizer (4) ein Strahlungsheizer ist.