DE3302489A1

DE3302489A1 - Elektrischer strahlheizkoerper zur beheizung von koch- oder waermeplatten, insbesondere glaskeramikplatten

Info

Publication number: DE3302489A1
Application number: DE3302489A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Goessler
Original assignee: EGO Elektro Gerate Blanc und Fischer GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 1983-01-26
Filing date: 1983-01-26
Publication date: 1984-07-26
Also published as: DE3468159D1; EP0116861A1; EP0116861B2; EP0116861B1; ATE31463T1

Description

Elektrischer Strahl heizkörper zur Beheizung von Koch- oder Wärmeplatten, insbesondere

Glaskeramikplatten

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Strahl hei-zkörper zur Beheizung von Koch- und Wärmeplatten, insbesondere Glaskeramikplatten, mit im Abstand von der Platte in einer Heizzone angeordneten Heizelementen und einem Temperaturregler mit einem stabförmigen, über die Heizzone ragenden, oberhalb d.er Ebene der Heizelemente verlaufenden Temperaturfühler.

Derartige Strahl heizkörper sind beispielsweise aus dem DE-GM 81 03 514 und der DE-OS 30 07 037 bekannt geworden. Sie verlaufen üblicherweise etwa mittig über die gesamte Heizzone hinweg, d.h. bei einem runden Heizkörper etwa über den Durchmesser und bei langgestreckten Heizkörpern diagonal, und sind so der unmittelbaren Strahlung der Strahlheizkörper ausgesetzt, so daß sie eine sehr schnelle und leicht ansprechende Regelung für die maximale Temperatur der Glaskeramikplatte ermöglichen.

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Glaskeramikplatten müssen bezüglich ihrer Oberflächentemperaturen sehr genau geregelt werden, weil deren Überschreitung zu einer Schädigung durch Brüchigwerden der Glaskerami kpl a.tten führt.

Bei dem DE-GM 81 03 514 ist ein· zusätzlicher Temperatur- · fühler unterhalb der Heizelemente in einer Nut angeordnet. Er ist jedoch nur zur Anzeige des Heißzustandes der Platte vorgesehen und schaltet bereits bei Temperaturen von unter 370 K (100⁰C). · ·

Aus der DE-PS 27 29 929 ist bekannt geworden, bei einem· Strahlheizkörper den Temperaturfühler in einer öffnung im Isoliermaterial unterhalb der Ebene der Heizelemente verlaufend anzuordnen. Es hat sich jedoch .gezeigt, daß hier . der Temperaturfühler zu weit von dem Verbrauch entkoppelt ist, d.h. der Temperaturregler schaltet die Beheizung nicht ein, wenn nach vorhergehendem Leerlauf ein Topf aufgesetzt wird und dementsprechend mehr Leistung benötigt wird. Diese Anordnung ist' daher in der Praxis wieder verlassen worden.

Ferner ist aus dem DE-GM 78 26 549 ein Temperaturregler mit stabförmigem Temperaturfühler bekannt geworden, der für Gasherde gedacht ist. Dabei ist der stabförmige ' Temperaturfühler von einem Rohr aus rostfreiem Stahl mit einigem Abstand umgeben, um die korrosiven Wirkungen der Gasflamme vom Temperaturfühler fernzuhalten und außerdem eine räumliche Vergleichmäßigung der Temperatur zu erreichen.

Durch die Begrenzung der Oberflächentemperatur einer Glaskerami kplatte ist ihr Leistungsdurchsatz begrenzt, weil der Temperaturregler so eingestellt sein muß, daß auch im Leerlaufzustand bzw. bei ungünstigen Kochgefäßen das Maximälniveau der Oberflächentemperatur nicht überschritten werden darf.

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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine, temporär wirksame thermische Abschirmung für den Temperaturfühler.

Die temporär wirksame Abschirmung, die also in der Anheizbzw. Ankochphase den Temperaturfühler daran hindert, sofort auf volle Temperatur zu kommen, ermöglicht es, in dieser Ankochphase ein höheres Temperaturniveau zu erreichen, das dann jedoch beim weiteren Betrieb auf einen Beharrungszustand abgesenkt wird. Es ist festgestellt worden, daß man in der Praxis ohne wesentliche Schädigung der'Glaskeramik die für den Dauerbetrieb zulässigen Oberflächentemperaturen temporär überschreiten kann. Diese tritt erst bei langer andauernden Überschreitungen der Maximaltemperaturen ein. So kann beispielsweise durch die Erfindung bei einer auf 810 K (540⁰C) eingestellten Dauerbegrenzungstemperatur ein Ankochstoß mit einer Spitze von etwa 880 K (61O⁰C) erzeugt werden, der innerhalb einiger Minuten wieder abklingt. Eine Ankochspitze von 50 bis -100 K über der Dauerbegrenzungstemperatur ist vorteilhaft. Er könnte so abklingen, daß er in einer Zeit von zwei bis fünf Minuten nach dem Erreichen der Spitzentemperatur etwa die Hälfte des über'die Dauertemperatur überschießenden Temperaturbetrages erreicht hat, während er nach einer Zeit von etwa zehn bis fünfzehn Minuten asymptotisch in die Dauerbegrenzungstemperatur übergeht. Dabei ist zu beachten, daß die Regel schwingungen des meist durch Ein- und Ausschalten regelnden Temperaturreglers diese Kurve überlagern, so daß sie einen sägezahnartigen Verlauf hat. Die dadurch mögliche Temperaturspitze im Ankochbereich führt zu einem wesentlich erhöhten Leistungsdurchsatz, weil dieser, in der vierten Potenz von der Temperatur abhängt.

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In den meisten Fällen bringt dies schon bei der üblichen Leistungsausstattung der Strahl heizkörper eine wesentliche Verkürzung der Ankochzeit, weil bisher wegen der Glaskeramik-0berflächentemperaturen die an sich vorhandene Leistung bereits frühzeitig .abgeregelt werden mußte. Es ist jedoch nun auch möglich, höhere Leistungen vorzusehen, so daß auch die reine Aufheizungszeit bis zum Erreichen der Maximal temperatur noch kürzer wird.

Wenn hier von einen Temperaturregler gesprochen wird, so handelt es sich in den meisten Fällen um einen fest eingestellten Temperaturwächter, der besonders· vortei l.haft mit einem stabförmigen Temperaturfühler ausgerüstet ist, der aus einer Quarzguthülse und einem darin liegenden Metallstab besteht. Unter dem Begriff "Temperaturregler" sollen in diesem Zusammenhang aber auch einstellbare Temperaturregler verstanden werden, die eine auf eine Maximaltemperatur einjustierte Maxi ma "einstellung haben , und um Regler anderer Bauarten, beispielsweise mit durch Ausdehnungsflüssigkeit gefüllten Rohren .oder elektrischen "Widerstand fühlern. Die temporär wirkende thermische Abschirmung des Temperaturfühlers kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Als vorteilhaft hat sich gezeigt, daß der Temperatur- ' fühler zumindest teilweise gegen von den Heizelementen kommende direkte Strahlung abgeschirmt ist. Dagegen sollte er vorteilhaft der von der Platte her kommenden Strahlung vorzugsweise über seine ganze Länge ausgesetzt sein. Auf diese Weise wird zwar der Einfluß der schnell ihrer Tempe-· ratur erreichenden Heizelemente verzögert, die gute An·* kopplung an die Platte und ihre Rückwirkung auf den Fühler wird jedoch beibehalten, so daß die Regelcharäkteristik, insbesondere die Regelamplitude , nicht negativ beeinflußt wird. Der Temperaturfühler kann

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teilweise von thermischem Isoliermaterial umgeben sein, vorzugsweise ist er über einen Teil seines Umfanges und/ oder seiner Länge, vorzugsweise in seinem unteren Umfangsabschnitt, in Kontakt mit thermischem Isoliermaterial. Dieses Isoliermaterial wird von den Heizelementen langsamer aufgeheizt, so daß dadurch eine zeit!ich'verzögerte Aufheizung des Temperaturfühlers erfolgt. Der Temperaturfühler kann·dazu in einer Rinne aus Isoliermaterial liegen. Vorzugsweise liegt er im Bereich eines in seiner Längsrichtung verlaufenden Steges, der vorzugsweise über die Ebene der Heizelemente hochragt und besonders bevorzugt zwei gesonderte Abschnitte der Heizzone voneinander zumindest teilweise trennt. Dieser Steg schirmt den vor-.teilhaft etwa bis zur Hälfte in ihn eingebetteten Temperaturfühler gegen die direkte Strahlung der seitlich unterhalb von ihm liegenden Heizelemente ab, präsentiert ihn aber mit der von oben gesehenen projezierten Fläche der Platte, so daß er auf die Rückstrahlungs wärme besonders gut anspricht. Die Aufteilung der Heizelemente in zwei beispielsweise etwa halbkreisförmige Heizzonen hat gegenüber der üblichen spiralförmigen Anordnung keine wesentlichen Nachteile und führt auch kaum zu einem von oben merklichen Schatten im Bereich des Steges.

Insbesondere in Fällen, in denen sich eine Trennung der Heizzone nicht anbietet, ragt der Temperaturfühler über einen großen Teil seiner Länge über die Heizelemente hinweg. Eine Verkürzung oder Verlegung in einen Randbereich kommt meist nicht infrage, weil der Temperaturfühler möglichst die ganze Heizzone abfühlen soll, um beispielsweise auch bei gegenüber dem Heizelement verschobenem Topf noch richtig zu reagieren. In diesem Falle kann vorteilhaft die- thermische Ansprechempfindlichkeit des Temperaturfühlers in einem Teil vorgesehen sein, in dem

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eine thermische Abschirmung möglich ist, beispielsweise in. einem unbeheizten Mittel bereich. Dieser Teil mit erhöhter Ansprechempfindlichkeit erfährt dann eine zeitliche Verzögerung, die sich auf das gesamte Regelverhalten entsprechend auswirkt. Trotzdem bleibt der Einfluß der Übrigen Reglerabschnitte, wenn auch in geringerem Maße, erhalten. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Materialien mit über die Länge unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten bei einem Stab-Ausdehnungsfühler geschehen, wobei im Bereich hoher Ansprechempf indl iehkeit entweder das Teil mit insgesamt höherer Ausdehnung einen gegenüber den übrigen Bereichen erhöhten Ausdehnungskoeffizienten hatoder das Teil mit geringerer Ausdehnung mit einen Abschnitt mit besonders geringem Ausdehnungskoeffizienten. Wenn mit einem mit Äusdehnungsflüssigkeit gefüllten Temperaturfühler gearbeitet wird, könnte an der abgeschirmten Stelle ein größeres Volumen pro Längeneinheit verwendet· werden oder ein besonderer, an den gleichen Regler angeschlossener Fühler eingefügt werden. ' · .

In jedem Falle ist es zweckmäßig, wenn der.Temperaturfühler, insbesondere seine Außenhülle, aus einem Material mit geringer'Wärmeleitfähigkeit besteht. Dies fördert nicht nur die Wirkung bei über die Längsrichtung unterschiedlichen Ansprechempfindlichkeiten, sondern verhindert auch einen Temperaturausgleich um den Umfang des Temperaturfühlers herum, der sich für die zeitliche Verzögerung des Ansprechens des Reglers negativ auswirken könnte. .

Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen-und. der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren

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in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen elektrischen Strahlheizkörper,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform und

Fig. 4 einen Teilschnitt nach der Linie IV in Fig. 3.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Strahlheizkörper 11 istunterhalb einer Glaskeramikplatte 12 angeordnet, deren Oberfläche 13 eine Kochfläche bildet.

Der Strahl heizkörper 11 besitzt eine aus Blech bestehende Trägerschale 14, in die eine Isolierung eingelegt ist. Die Isolierung ist zweischichtig, wobei die unterste Schicht aus einem sehr gut thermisch isolierenden Material ohne Ansprüche an die mechanische Festigkeit bestehen kann, während die obere Isolierung 16 aus einem mechanisch etwas festeren Material besteht, weil ihr Rand 17 durch nicht dargestellte, auf die Trägerschale 14 einwirkende Federelemente an die Glaskeramikplatte angedrückt wird und Heizelemente 18 sowie ein Temperaturfühler 20 auf ihr angeordnet sind. Das thermische Isoliermaterial, insbesondere für den oberen Isolierkörper 16, besteht aus einer keramischen Faser, vorzugsweise aus Aluminiumsilikat, die zur Erzielung ausreichender Festigkeit verpreßt ist. Derartiges Material wird unter dem Handelsnamen "Fiberfrax" angeboten.

Der Isolierkörper 16 hat eine von dem Rand 17 umgebene Schalenform mit einem Hohlraum 19, an dessen Boden die

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Heizelemente 18 so angeordnet sind, daß sie eine im wesentlichen kreisförmige Heizzone 21 bilden, die jedoch aus zwei halbkreisförmigen Abschnitten 22, 23 besteht. Die Heizelemente 18 sind Wendeln aus elektrischem Widerstandsdraht, die im wesentlichen parallel zueinander geführt sind und so zwei im wesentlichen die Fläche gleichmäßig ausfüllende Halbkreise bilden, die an einer Übergangsstelle 24 von einem Abschnitt zum anderen überwechseln» Die Heizelemente 18 haben einen wesentlichen Abstand von der Glaskeramikplatte. Zwischen den Abschnitten 22, 23 ragt längs auf einer Durchmesser!inie.ein Steg 25 des Isolierkörpers 16 hindurch, der sich erheblich über die Ebene der Heizelemente erhebt und somit wesentlich dichter an der Glaskeramikplatte 12 liegt als diese. Der insbesondereaus Fig. 2 zu erkennende, im wesentlichen rechtwinklig begrenzte Steg 25 hat in seiner Oberseite eine halbkreisförmige Rinne 26, in der der Temperaturfühler 20 liegt. Er ist also etwa zur Hälfte seines Umfangs in das Isoliermaterial eingebettet, und die seitlich vorspringenden Kanten 27 des Steges decken den Temperaturfühler "gegen von den nächst! legenden Heizelementen kommende Strahlung weitgehend ab. Der Temperaturfühler ragt in einer Durchmesserlinie über den gesamten kreisförmigen Strahlungsheizkörper hinweg, und der zugehörige' Schalter- : kopf 28 des Temperaturreglers 30 liegt außerhalb der ·, Trägerschale 14, in die ein Anschlußstück 29 mit den ] el ektrisehen. Anschlüssen für die Heizelemente eingefügt ] ist. Der Temperaturregler ist mit dem in ihm enthaltenen Schnapp schalter 31 in den Stromkreis der in diesem FaI1e als ein durchgehender Heizwiderstand ausgebildeten Heizelemente '. eingeschaltet und regelt diese durch Ein- und Ausschalten." _; Es handelt sich um einen fest auf eine Begrenzungstempera- ; tür einregulierten Temperaturregler, der auch als Tempe- ; ratür wächter. ' b-ezeichnet werden könnte. Der Temperatur- '

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fühler besteht aus einer Ausdehnungshülse 33 aus Quarzgut und einer darin liegenden, am Ende des Temperaturfühlers an der Hülse befestigten Ausdehnungsstab 43 mit größerem thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Hülse.

Beim Einschalten des Strahlungsheizkörpers kommen die Heizelemente relativ schnell auf Temperatur und beheizen durch Strahlung die Unterseite der Glaskeramikplatte, die dies einerseits durch ihre Strahlungsdurchlässigkeit und andererseits durch Wärmeleitung an ein darauf gestelltes, nicht dargestelltes Kochgefäß weitergibt. Dabei wird anfänglich der Temperaturfühler infolge seiner Abschirmung nicht so schnell aufgeheizt wie die Oberfläche der Glaskeramikplatte, so daß seine Ausdehnung hinter dem Hochlaufen der Temperaturen dieGl askerami kplatte etwas zurückbleibt. Dies liegt einerseits daran, daß der Temperaturfühler gegen die direkte Strahlung abgeschirmt ist, andererseits an seiner engen Nachbarschaft mit dem Isoliermaterial des Steges 25, das sich erst nach längerer Zeit aufheizt. Zu Anfang wird also der Temperaturfühler weitgehend von.der Rückstrahlung von der Glaskeramikplatte her beheizt, wobei die Verzögerungswirkung durch ein darauf gestelltes kaltes Kochgefäß noch erhöht wird. Es ist aber festgestellt worden, daß die Verzögerung auch beim Leerlauf der Platte ohne Kochgefäß eintritt. Dadurch erfolgt die erste Abschaltung der Heizelemente erst bei einer Temperatur, die an der Oberfläche 13 der Glaskeramikplatte 12 um einiges über der Temperatur liegt, für-die der Regler an sich einjustiert ist. Nach dem Absinken der Temperatur schaltet er daher auch schon früher als im Beharrungszustand wieder ein, so daß sich eineaus. einer zickzackförmigen Linie bestehenden Kurve ergibt, die nach Art einer Exponetialkurve abfällt und nach einiger Zeit in der Größenordnung zwischen 10 und 30 Minuten gänzlich in ein horizontal verlaufendes zickzackförmiges Band übergeht,

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wenn man die Temperatur über der Zeit aufträgt.

Es ist also zu erkennen, daß eine Ankochspitze erzeugt wird, die über eine Zeit in der Größenordnung zwischen 5 und 10 Minuten eine wesentliche Erhöhung des Leistungs- ' durchsatzes in der Glaskeramikplatte·mit sich bringt. Für derartige kurze Zeiten kann Glaskeramik überhitzungen in der Größenordnung unter 100 K so oft ertragen, daß trotzdem eine ausreichende Lebensdauer gewährleistet ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen, die bei ähnlichen Teilen durch den Index "a" ergänzt sind. Wegen ihrer Beschreibung im einzelnen wird auf das Vorstehende Bezug genommen.

Das Heizelement 18a ist in diesem Falle als Doppelspirale gewickelt, d.h. als Spirale aus zwei zueinander parallel laufenden Widerstandsdrahtwendeln, die in der Mitte eine unbeheizte Zone 32 freilassen, deren Durchmesser., etwa einem Viertel bis einem Drittel des Durchmessers der gesamten Heizzone 21a entspricht. Der Temperaturfühler 20a des Temperaturreglers 30a ragt demnach im-Bereich der ringförmigen ' Beheizungszone über die Heizelemente 18a hinweg, liegt jedoch im Bereich der unbeheizten Mittelzone 32 auf einem Steg 25a, der mit Ausnahme seiner Länge.gleich ausgebildet ist wie in Fig. 1 und 2.. Nur in diesem Bereich findet" also eine temporäre thermische-Abschirmung statt. Um diesen Bereich mit seiner thermischen Verzögerung jedoch für das Regelergebnis stärker zur Auswirkung zu bringen, ist in diesem Bereich d.ie thermische Ansprechempfindlichkeit des Temperaturfühlers erhöht, indem der Ausdehnungsstab 43 in diesem Bereich aus einem Material · mit höherem thermischem Ausdehnungskoeffizienten besteht als in den übrigen Bereichen des Temperaturfühlers 20a.

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Das kann beispielsweise durch das Einschweißen eines

Stab Stücks aus einem Material mit anderem thermischem Ausdehnungskoeffizienten erfolgen. Derartiges Material ist im Handel erhältlich, und es könnte beispielsweise eine Kombination von Materialien verwendet werden, die von der Firma Vacuumschmelze GmbH, Hanau, unter dem Handelsnamen "Vacodil" vertrieben wird, wobei Vacodil 74 eine spezifische thermische Ausdehnung von 31 χ 10" / K hat, während dieser Faktor bei Vacodil 36 bei 9,2 χ 10~⁶ /K liegt. Auf diese Weise wird der Einfluß dieser längenmäßig relativ geringen Zone überbetont, und es ist festgestellt worden, daß dies auf das übrige Regel vernal ten keinen nachteiligen Einfluß hat. Vor allem ist bei allen Ausführungsformen zu bemerken, daß der Regler durch die temporäre Abschirmung im späteren stationären Zustand keinesfalls träger und mit größerer Regel amp!itude arbeitet als bisherige Regler ohne Anwendung der Erfindung.

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Claims

Ansprüche

Elektrischer Strahl heizkörper zur Beheizung von Kochoder Wärmeplatten (12), insbesondere Glaskeramikplatten, mit in Abstand von der Platte (12) in einer Heizzone (21) angeordneten Heizelementen (-18, 18a) und einem Temperaturregler (30, 30a) mit einem stabförmigen, über die Heizzone (21) ragenden, oberhalb der Ebene der Heizelemente (18) verlaufenden Temperaturfühler (20, 20a), gekennzeichnet durch eine temporär wirksame thermische Abschirmung für den Temperaturfühler (20, 20a).
2. Strahlheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (20, 20a) vorzugsweise weitgehend mittig über die gesamte Heizzone (21) ragt.

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3. Strahl heizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (20, 20a) zumindest teilweise gegen von den Heizelementen (18, 18a) kommende direkte Strahlung abgeschirmt ist.
4. Strahl heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (20, 20a) der von der Platte (12) her kommenden Strahlung vorzugsweise über seine ganze Länge ausge-

. setzt ist.
5. Strahl heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (20, 20a) teilweise von thermischem Isoliermaterial umgeben ist und dabei vorzugsweise über einen Teil seines Umfanges und/oder seiner Länge, vorteilhaft in seinem unteren Umfangsabschnitt, in Kontakt mit dem thermischen Isoliermaterial (16) ist und vorzugsweise in einer Rinne (26) aus Isoliermaterial liegt.
6. Strahl heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (20, 20a) im Bereich eines in seiner Längsrichtung verlaufenden Steges (25, 25a) liegt, der über die Ebene der Heizelemente (18) hochragt und vorteilhaft zwei gesonderte Abschnitte (22, 23) der Heizzone (21a) voneinander zumindest teilweise trennt und insbesondere aus einem gepreßten faserigen Isoliermaterial, vorzugsweise einer Aluminiumsilikatfaser, besteht.
7. Strahl heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, _k dadurch gekennzeichnet, daß die temporäre thermische Abschirmung auf einem Teil der die Heizzone (21a) überragenden Länge des Temperaturfühlers .(2Oa) vorgesehen

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ist und daß. auf diesem Teil (32) die thermische 'Ansprechempfindlichkeit des Temperaturfühlers (20a) erhöht ist.
8. Strahl heizkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschirmte Teil bei einer Heizzone (21a) mit spiralig gelegten Heizelementen (18a)

. in einer unbeheizten Mittelzone (32) liegt.
9. Strahl heizkörper nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler (20a), der mit einem Stab und einer Hülse (33) mit unterschiedlichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten. arbeitet, in seinem abgeschirmtem Teil größere Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. .
10. Strahl heizkörper nach einem der vorhergehenden An-' Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß d.er Temperaturfühler (20, 20a), insbesondere seine Außenhülle, aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht