DE602005001501T2

DE602005001501T2 - Elektrische heizanordnung

Info

Publication number: DE602005001501T2
Application number: DE602005001501T
Authority: DE
Inventors: Brian Roger Alves; Stuart Redditch Lamb
Original assignee: Ceramaspeed Ltd
Current assignee: Ceramaspeed Ltd
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: KR101155212B1; EP1712107A1; DK1712107T3; WO2005076667A1; DE602005001501D1; US7652229B2; CN1914954A; US20070228031A1; JP4674326B2; GB0402412D0; EP1712107B1; ATE366038T1; JP2007522427A; KR20060129333A; ES2289690T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizanordnung in einem Kochgerät, das Folgendes beinhaltet: eine Kochplatte, z.B. aus einem glaskeramischen Material, mit einer Oberseite zur Aufnahme eines Kochgeräts und einer Unterseite; eine elektrische Heizung mit wenigstens einem elektrischen Heizelement, wobei die Heizung mit der Unterseite der Kochplatte in Kontakt ist, sowie eine Temperatursensorbaugruppe.
Es ist die Bereitstellung einer elektrischen Heizanordnung für ein Kochgerät bekannt, bei der eine Temperaturfühlvorrichtung unter einer glaskeramischen Kochplatte angeordnet ist, um die Temperatur eines Hohlraums zwischen einem Heizelement einer elektrischen Heizung und einer Unterseite der glaskeramischen Platte zu überwachen, um dadurch die Temperatur der glaskeramischen Platte zu überwachen und die Erregung des Heizelementes zu steuern, besonders um zu gewährleisten, dass die Temperatur der glaskeramischen Platte einen Sicherheitsgrenzwert nicht übersteigt. Eine solche Temperaturfühlvorrichtung umfasst bekanntlich ein temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement, das auf einem geeigneten Substrat aufliegt und so gestaltet ist, dass es direkter thermischer Strahlung von dem Heizelement ausgesetzt ist.
Eine andere Anforderung betrifft die Erfassung der Temperatur eines Kochgerätes auf der Oberseite einer Kochplatte mit einer Temperaturfühlvorrichtung unter der Kochplatte. Hier muss es möglich sein, geringfügige Änderungen der Temperatur in der Kochplatte zu messen, die über der Temperaturfühlvorrichtung liegt, und es wird eine gute Wärmekopplung zwischen der Temperaturfühlvorrichtung und der Kochplatte benötigt. Wenn jedoch die Temperaturfühlvorrichtung auch direkte Wärmestrahlung von dem Heizelement in der darunterliegenden Heizung erhält, dann wird es schwierig, geringfügige Temperaturänderungen in der Kochplatte in Verbindung mit dem sich darüber befindenden Kochgerät zu unterscheiden.
Es ist bekannt, einen so genannten „Kühlfleck" einer glaskeramischen Kochplatte in einem erhitzten Bereich durch eine Anordnung bereitzustellen, bei der eine diskrete Temperaturfühlvorrichtung, die von einem wärmeisolierenden Gehäuse umgeben ist, direkt gegen eine Region der Unterseite der Kochplatte gedrückt wird, um eine Änderung der Temperatur der Kochplatte zu erfassen, die von einem Kochgerät darüber erzeugt wird, das Wärme in diesem Bereich zurück in die Kochplatte leitet. Eine solche diskrete Temperaturfühlvorrichtung wurde mit einer kapillaren oder elektromechanischen Form oder in Form eines Widerstandstemperaturdetektors aus Platin bereitgestellt, der gegen die Unterseite der Kochplatte drückt, wie z. B. durch ein Federbelastungsmittel.
Die WO-A-03/007660 beschreibt eine elektrische Strahlungsheizung, die zur Positionierung unter und in Anlage an einer Kochplatte angeordnet ist, wobei die Heizung ein von der Kochplatte beabstandetes Heizelement und eine Temperatursensorbaugruppe beinhaltet. Die Temperatursensorbaugruppe umfasst einen Träger aus Keramikmaterial, der in der Heizung vorgesehen ist und wenigstens teilweise über die Heizung über das wenigstens eine Heizelement verläuft. Der Träger hat eine im Wesentlichen planare Oberseite, die so angeordnet ist, dass sie der Kochplatte zugewandt ist, in Kontakt mit der Kochplatte oder in unmittelbarer Nähe dazu, und eine Unterseite, die der Strahlung von dem Heizelement direkt ausgesetzt ist. Auf der planaren Oberseite ist eine elektrische Komponente vorgesehen, z.B. in Form eines Films oder einer Folie, mit einem elektrischen Parameter, der sich in Abhängigkeit von der Temperatur der Kochplatte ändert.
Die Bereitstellung von zwei separat gebildeten Temperaturfühlvorrichtungen in einer elektrischen Heizanordnung zum Erfüllen der beiden Anforderungen der Überwachung der Temperatur des Kochgerätes und der Temperatur der Kochplatte ist aufwändig und teuer und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Problem zu überwinden oder minimal zu halten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Heizanordnung bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine Kochplatte mit einer Oberseite zur Aufnahme eines Kochgerätes und einer Unterseite; eine elektrische Heizung, die wenigstens ein elektrisches Heizelement aufweist, wobei die Heizung in Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte gelagert ist; und eine Temperatursensorbau gruppe, die Folgendes umfasst: ein längliches, im Wesentlichen planares Substrat, das sich in der Heizung befindet und das wenigstens teilweise über die Heizung von einer peripheren Region wenigstens zu einer mittleren Region der Heizung verläuft, wobei das Substrat eine Oberseite in Kontakt mit oder in unmittelbarer Nähe zu der Unterseite der Kochplatte hat und auch eine Unterseite hat, wobei die Ober- und/oder die Unterseite(n) des Substrats mit wenigstens einem ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement in Folienform in einer ersten Region des Substrats in der Nähe der peripheren Region der Heizung versehen ist, wobei die Ober- und/oder Unterseite(n) des Substrats mit wenigstens einem zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement in Folienform in einer zweiten Region des Substrats in der Nähe der mittleren Region der Heizung versehen ist, wobei das erste und das zweite temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement mit elektrischen Verbindungsleitungen für eine elektrische Verbindung mit einer externen Steuerschaltung für die Heizung versehen ist; wenigstens einem Auflageelement, das an dem Substrat befestigt ist und wenigstens unter der ersten Region des Substrats liegt, wobei ein Wärmeisoliermittel zwischen wenigstens der Unterseite des Substrats und dem wenigstens einen Auflageelement im Wesentlichen nur in der ersten Region des Substrats vorgesehen ist.
Das Wärmeisoliermaterial kann das wenigstens eine erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement und eine Region der Kochplatte über dem wenigstens einen ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement vor einer direkten Wärmeeinstrahlung von dem wenigstens einen elektrischen Heizelement abschirmen.
Das wenigstens eine erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement kann zum Überwachen der Temperatur des Kochgeräts durch die Kochplatte gestaltet sein.
Das wenigstens eine zweite temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement kann zum Überwachen der Temperatur der Unterseite der Kochplatte angeordnet sein.
Wenigstens zwei zweite temperaturempfindliche elektrische Widerstandselemente können auf der Ober- und/oder Unterseite des Substrats vorgesehen sein.
Die Oberseite des Substrats kann in einem Abstand von 0 mm bis etwa 3,5 mm von der Unterseite der Kochplatte angeordnet sein.
Das wenigstens eine Auflageelement kann zur Aufnahme von wenigstens der ersten Region des Substrats und des Wärmeisoliermittels kanalförmig sein. Das Wärmeisoliermittel kann zusätzlich zwischen dem wenigstens einen Auflageelement und einem oder mehreren Seitenrändern des Substrats in der ersten Region des Substrats vorgesehen sein.
Das Wärmeisoliermittel kann eine dünne Schicht aus mikroporösem Wärmeisoliermaterial und/oder alternativem Wärmeisoliermaterial umfassen. Ein geeignetes alternatives Wärmeisoliermaterial kann aus Vermiculit, Perlit, Mineralfasern, Calciumsilicat und anorganischem Schaumstoff sowie Gemischen davon ausgewählt sein.
Das Wärmeisoliermittel kann eine Dicke von 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise von 2 mm bis 4 mm zwischen dem Substrat und dem wenigstens einen Auflageelement haben.
Die erste und die zweite Region des Substrats können im Wesentlichen dieselbe Breite haben oder die zweite Region des Substrats kann schmäler sein als die erste Region des Substrats.
Ein einzelnes Auflageelement kann unter der ersten und der zweiten Region des Substrats liegen. In diesem Fall kann das Auflageelement mit einer oder mehreren Öffnungen in einer oder mehreren Regionen davon unter der zweiten Region des Substrats vorgesehen sein und/oder mit einem Überzug aus einem Material mit hohem Wärmeabgabevermögen versehen sein, so dass das Ausgesetztsein der zweiten Region des Substrats dem Effekt der Wärmeeinstrahlung von dem wenigstens einen elektrischen Heizelement der Heizung maximiert wird.
Alternativ können separate Auflageelemente für die erste und die zweite Region des Substrats vorgesehen sein.
Das wenigstens eine Auflageelement kann Keramik und/oder Metall umfassen.
Es können Mittel vorgesehen sein, um die Wärmeleitung entlang dem Substrat von seiner zweiten Region zu seiner ersten Region zu reduzieren oder zu minimieren. Solche Mittel können die Bereitstellung des Substrats mit kleiner Querschnittsfläche und/oder die Bereitstellung des Substrats mit einer oder mehreren Öffnungen dadurch an einer Stelle zwischen seiner ersten und seiner zweiten Region und/oder die Bereitstellung des Substrats aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit umfassen.
Das Substrat kann Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 87 bis 99 Prozent, Steatit, Forsterit, Glaskeramik, Quarzgut, Celsian, Aluminiumtitanat, Cordierit, Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Mischungen, reaktionsgebundenes Silicumnitrid oder einen dünnen Metallstreifen wie z.B. aus Edelstahl, mit einem Überzug aus einem dielektrischen Material versehen, umfassen.
Das Substrat kann eine Dicke von etwa 0,25 mm bis etwa 3 mm und vorzugsweise von etwa 0,5 mm bis etwa 1 mm haben.
Das Substrat und das Auflageelement können von der Heizung an einer Peripherie der Heizung nach außen verlaufen und können an der Heizung an deren Peripherie befestigt werden, z.B. mit einer Montagehalterung, die Edelstahl, plattierten Flussstahl oder ein hochttemperaturbeständiges Plastikmaterial umfassen kann. Die Montagehalterung kann so angeordnet werden, dass sie das Substrat in Richtung auf die Unterseite der Kochplatte vorspannt. Zu diesem Zweck kann die Montagehalterung freitragend oder federbelastet sein.
Die elektrischen Verbindungsleitungen für das erste und das zweite temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement können in Folienform auf dem Substrat vorliegen und können bis zu einem Ende des Substrats an einer Peripherie der Heizung verlaufen. Solche elektrischen Verbindungsleitungen in Folienform können mit elektrischen Klemmen für eine elektrische Verbindung mit externen elektrisch leitenden Leitungen versehen sein, die zu der externen Steuerschaltung führen.
Die elektrischen Verbindungsleitungen in Folienform können im Wesentlichen dasselbe Material oder ein ähnliches Material umfassen wie die temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselemente.
Die temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselemente können Platin umfassen.
Es können eine oder mehrere elektrisch isolierende oder Passivierungsschichten auf der Ober- und/oder der Unterseite(n) des Substrats wenigstens über dem/den wenigstens einen ersten und/oder wenigstens einen zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement(en) vorgesehen sein.
Das Substrat kann an dem wenigstens einen Auflageelement mit Nieten, Schraubbolzen oder Stiften befestigt sein.
Die Kochplatte kann ein glaskeramisches Material umfassen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine kompakte, einheitliche und wirtschaftlich herzustellende Temperatursensorbaugruppe bereitgestellt. Erste und zweite temperaturempfindliche elektrische Widerstandselemente in Folienform sind auf einem einzelnen länglichen Substrat vorgesehen, so dass das erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement zum Überwachen der Temperatur eines Kochgeräts auf der Kochplatte angeordnet ist, während das zweite temperaturempfindlche elektrische Widerstandselement zum Überwachen der Temperatur der Kochplatte angeordnet ist, wenn diese der Strahlung von einem Heizelement in der Heizung ausgesetzt ist. Das erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement wird von einem Wärmeisoliermittel vor direkter Einstrahlung von dem Heizelement in der Heizung abgeschirmt.
Zur Vermittlung eines besseren Verständnisses der vorliegenden Erfindung und um deutlicher zu zeigen, wie diese umgesetzt werden kann, wird beispielhaft auf die Begleitzeichnungen Bezug genommen. Dabei zeigt:
1 einen Grundriss einer Ausgestaltung einer elektrischen Heizungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Querschnittsansicht der Anordnung von 1;
3A eine Perspektivansicht einer Ausgestaltung einer Temperatursensorbaugruppe für den Einsatz in der Anordnung der 1 und 2;
3B eine auseinandergezogene Ansicht der Temperatursensorbaugruppe von 3A;
3C ein Detail eines Teils einer alternativen Auflageelementanordnung in der Baugruppe von 3A, die eine Öffnung in einer Unterseite davon zeigt;
4 einen Grundriss einer alternativen Form von länglichem Substrat für den Einsatz in der Temperatursensorbaugruppe der 3A, 3B und 3C; und
5 einen Seitenriss einer alternativen Form von Temperatursensorbaugruppe.
Gemäß den 1 und 2 umfasst eine elektrische Heizanordnung 2 eine glaskeramische Kochplatte 4 einer gut bekannten Form mit einer Oberseite 6 zur Aufnahme eines Kochgerätes 8 wie z.B. eine Pfanne. Eine Unterseite 10 der Kochplatte 4 hat eine elektrische Heizung 12, die in Kontakt damit gelagert ist. Die elektrische Heizung 12 umfasst eine schüsselähnliche Auflage 14, z.B. aus Metall, in der eine Basisschicht 16 aus einem thermischen und elektrischen Isoliermaterial vorgesehen ist, wie z.B. aus einem mikroporösen thermischen und elektrischen Isoliermaterial. Eine periphere Wand 18 aus thermischem Isoliermaterial ist so angeordnet, dass sie mit der Unterseite 10 der Kochplatte 4 in Kontakt ist.
Wenigstens ein elektrisches Widerstandsstrahlungsheizelement 20 ist relativ zur Basisschicht 16 gelagert. Das/die Heizelement(e) kann/können beliebige der gut bekannten Heizelementformen wie z.B. Draht-, Band-, Folien- oder Lampenformen oder Kombinationen davon umfassen. Insbesondere kann/können das/die Heizelement(e) 20 von einer gewellten Bandform sein, die auf der Basisschicht 16 aus Isoliermaterial auf dem Rand stehend gelagert ist.
Es ist jedoch zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine Heizung mit wenigstens einem elektrischen Widerstandsstrahlungsheizelement 20 begrenzt ist. Anstatt des/der elektrischen Widerstandsstrahlungsheizelemente(s) könnte wenigstens ein elektrisches Induktionsheizelement vorgesehen sein.
Ein Klemmenblock 22 ist an einer Randregion der Heizung 12 für den Anschluss des/der Heizelemente(s) 20 an einer Stromversorgung 24 über Leitungen 26 und durch ein Steuermittel 28 vorgesehen, wobei es sich hier um eine Mikroprozessor-gestützte Anordnung handeln kann.
Eine Temperatursensorbaugruppe 30 ist in der Heizung 12 vorgesehen und in den 3A und 3B ausführlich dargestellt. Die Temperatursensorbaugruppe 30 umfasst ein dünnes, längliches, im Wesentlichen planares Substrat 32, das so gestaltet ist, dass es in der Heizung 12 so positioniert ist, dass es von einer peripheren Region 34 der Heizung wenigstens bis zu einer mittleren Region 36 der Heizung wenigstens teilweise über die Heizung verläuft. Bei Bedarf könnte das Substrat 32 so angeordnet sein, dass es im Wesentlichen vollständig über die Heizung verläuft.
Das Substrat 32 hat eine Oberseite 38, die so gestaltet ist, dass sie mit der Unterseite 10 der Kochplatte 4 in Kontakt ist oder sich in unmittelbarer Nähe dazu befindet. Die Oberseite 38 des Substrats 32 ist zwar vorteilhafterweise so angeordnet, dass sie mit der Unterseite 10 der Kochplatte 4 in Kontakt ist, sie könnte sich aber auch in einem geringen Abstand von beispielsweise etwa 3,5 mm davon befinden.
Die Oberseite 38 des Substrats 32 ist mit einem ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 40 in Folienform in einer ersten Region 42 des Substrats 32 so versehen, dass sie in der Nähe der peripheren Region 34 der Heizung 12 liegt. Das erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandsele ment 40 umfasst vorzugsweise Platin. Bei Bedarf kann mehr als ein erstes temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement 40 vorgesehen werden.
Folienförmige elektrische Verbindungsleitungen 44, 46, die geeigneterweise aus im Wesentlichen demselben oder einem ähnlichen Material wie das Widerstandselement 40 hergestellt sind, sind auf der Oberseite 38 des Substrats 32 vorgesehen und verlaufen bis zu Anschlussregionen 48, 50 an einem Ende 52 des Substrats 32.
Anstatt des oder zusätzlich zu dem ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement(es) 40 auf der Oberseite 38 des Substrats 32 könnte auch ein erstes temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement auf einer Unterseite 66 des Substrats 32 vorgesehen sein. In diesem Fall würden folienförmige elektrische Verbindungsleitungen ähnlich den Verbindungsleitungen 44 und 46 vorgesehen, die entlang der Unterseite 66 des Substrats 32 vom Widerstandselement bis zu Anschlussregionen am Ende 52 des Substrats 32 verlaufen.
Ein zweites folienförmiges temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement 54, das geeigneterweise Platin umfasst, ist auf der Unterseite 38 des Substrats 32 in einer zweiten Region 56 des Substrats vorgesehen und in der Nähe der mittleren Region 36 der Heizung 12 angeordnet. Folienförmige elektrische Verbindungsleitungen 58, 60, die im Wesentlichen aus demselben oder einem ähnlichen Material bestehen wie das Widerstandselement 54, sind auf der Oberseite 38 des Substrats 32 vorgesehen und verlaufen zu Anschlussregionen 62, 64 am Ende 52 des Substrats 32.
Anstatt des oder zusätzlich zu dem zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement(es) 54 auf der Oberseite 38 des Substrats 32 könnte ein zweites temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement 54A auf einer Unterseite 66 des Substrats 32 vorgesehen sein. In diesem Fall würden folienförmige elektrische Verbindungsleitungen ähnlich den Verbindungsleitungen 58 und 60 vorgesehen, die entlang der Unterseite 66 des Substrats 32 vom Widerstandselement 54A zu Anschlussregionen am Ende 52 des Substrats 32 verlaufen.
Zwei oder mehr zweite temperaturempfindliche elektrische Widerstandselemente 54, 54A, 54B können in der zweiten Region 56 des Substrats 32 auf deren Ober- und/oder Unterseite(n) vorgesehen sein, und ihre Änderungen des elektrischen Widerstands mit der Temperatur könnten gemittelt werden.
Das erste und das zweite elektrische Widerstandselement 40, 54 haben einen Widerstandswert zwischen 50 und 1000 Ohm und vorzugsweise zwischen 100 und 500 Ohm bei 0 Grad Celsius. Sie können sich relativ nahe beieinander befinden oder können auf dem Substrat 32 recht weit beabstandet sein. Sie können eine dicke Folienform haben und durch Siebdruck auf dem Substrat 32 abgesetzt werden.
Eine oder mehrere elektrische Isolier- oder Passivierungsschichten 68 können auf der Ober- 38 und/oder der Unterseite 66 des Substrats vorgesehen sein und wenigstens über dem ersten 40 und/oder dem zweiten 54, 54A, 54B temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement liegen.
Ein Auflageelement 70, vorzugsweise aus einem keramischen Material wie Steatit, Cordierit oder Aluminiumoxid, aber bei Bedarf auch aus Metall, ist am Substrat 32 so befestigt, dass es vom Ende 52 des Substrats 32 ausgehend verläuft und wenigstens unter der ersten Region 42 des Substrats 32 liegt. Das Auflageelement 70 ist kanalförmig und mit einer länglichen Aussparung 72 versehen, in der die erste Region 42 des Substrats 32 aufgenommen wird.
Ein Wärmeisoliermittel 74 ist in der Aussparung 72 im Auflageelement 70 zwischen dem Auflageelement 70 und der Unterseite 66 und Seitenrändern 76 der ersten Region 42 des Substrats 32 vorgesehen. Das Wärmeisoliermittel 74 ist dementsprechend im Wesentlichen auf die erste Region 42 des Substrats 32 begrenzt, auf deren Oberfläche das erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 40 vorgesehen ist.
Das Wärmeisoliermittel 74 umfasst vorzugsweise eine dünne Schicht aus mikroporösem Wärmeisoliermaterial, geeigneterweise mit eine Dicke zwischen 1 und 4 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 3 mm. Alternativ oder zusätzlich könnte das Wärmeisoliermaterial 74 Material umfassen, das aus Vermiculit, Perlit, Mineralfasern, Calciumsilicat und anorganischem Schaumstoffmaterial und Gemischen davon ausgewählt ist.
Das Substrat 32 wird geeigneterweise mit einem oder mehreren Stiften, Schraubbolzen oder Nieten 78 an dem Auflageelement 70 befestigt.
Eine Montagehalterung 80 ist für die Temperatursensorbaugruppe vorgesehen. Die Montagehalterung 80 umfasst vorzugsweise Edelstahl oder plattierten Flussstahl, kann bei Bedarf aber auch ein hochtemperaturbeständiges Plastikmaterial umfassen. Die Montagehalterung 80 hat einen ersten Abschnitt 82, der mit einer Klammer 84 versehen ist, die in ausgesparte oder ausgenommene Abschnitte 86 des Auflageelementes 70 befestigend eingreift. Die Montagehalterung 80 hat einen zweiten Abschnitt 88, der zur Befestigung an einem Außenrand der schüsselähnlichen Auflage 14 der Heizung 12 mit einem Schraubbefestigungsmittel 90 ausgestaltet ist, das durch ein Loch 92 im zweiten Abschnitt 88 der Montagehalterung 80 verläuft.
Die Temperatursensorbaugruppe 30 ist so in der Heizung 12 installiert, dass sie durch eine Öffnung oder Aussparung in der peripheren Wand 18 der Heizung und einem Rand der schüsselähnlichen Auflage 14 verläuft. Das Ende 52 des Substrats 32, mit den Anschlussregionen 48, 50, 62, 64, verläuft von der Heizung auf dem Auflageelement 70 nach außen.
Die Montagehalterung 80 ist geeigneterweise freitragend von einem einzelnen gebogenen Metallblech oder Band und so vorgesehen, dass das Substrat 32 in Richtung auf die Unterseite 10 der Kochplatte 4 federbelastet ist. Die Montagehalterung 80 kann so konstruiert sein, dass sie alternative Federbelastungsmittel beinhaltet.
Das erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 40 ist so angeordnet, dass es elektrisch mit dem Steuermittel 28 über elektrische Leitungen 94 verbunden ist, die mit den Anschlussregionen 48, 50 verbunden sind. Das zweite temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 54 ist so ange ordnet, dass es über mit den Anschlussregionen 62, 64 verbundene elektrische Leitungen mit dem Steuermittel 28 elektrisch verbunden wird.
Während des Betriebs der elektrischen Heizanordnung 2 wird die erste Region 42 des Substrats 32, mit dem ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 40 darauf, vom Wärmeisoliermittel 74 vor einer direkten Wärmeeinstrahlung von dem/den Heizelement(en) 20 in der Heizung 12 abgeschirmt. Eine Region 98 der glaskeramischen Kochplatte 4 unmittelbar über der ersten Region 42 des Substrats 32 wird ebenfalls vor direkter Wärmeeinstrahlung von dem/den Heizelement(en) 20 abgeschirmt. Das erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 40 kann daher die Temperatur eines Kochgerätes 8 auf der Oberseite 6 der Kochplatte 4 überwachen, wobei Wärme vom Kochgerät 8 in die Region 98 der Kochplatte 4 geleitet wird. Geringfügige Änderungen der Temperatur der Kochplatte 8 könnten daher von dem ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 40 überwacht werden und das Widerstandselement 40 kann daher in Verbindung mit dem Steuermittel 28 zur Erzielung eines automatischen Kochregelbetriebs der Baugruppe und/oder zum Erfassen verwendet werden, wenn ein wichtiges Ereignis wie z.B. eine Trockenkochsituation in dem Kochgerät 8, begleitet von einer geringen Temperaturänderung, auftritt.
Das zweite temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 54 in der zweiten Region 56 des Substrats 32 verläuft vom Auflageelement 70 und ist nicht mit dem Wärmeisoliermittel 74 versehen. Es kann daher die Temperatur des Hohlraums in der Heizung überwachen, in der es sich befindet, und insbesondere die Temperatur der Kochplatte 4 daneben und wird im Wesentlichen direkter Wärmeeinstrahlung von dem/den Heizelement(en) 20 ausgesetzt. Die unmittelbare Nähe des zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselementes 54 zur Unterseite 10 der Kochplatte 4 lässt es zu, dass das Element 54 die Temperatur der Kochplatte 4 genau und empfindlich überwacht.
Es ist vorteilhaft, die zweite Region 56 des Substrats 32 mit einer möglichst geringen Breite auszugestalten, um Material des Substrats 32 zu sparen und auch um dadurch Schattenbildung in der darüber liegenden Region der Kochplatte 4 in Be zug auf Strahlung von dem/den Wärmeelement(en) 20 minimal zu halten. Das Substrat 32 kann daher wie in 4 gezeigt gebildet sein, in der die zweite Region 56, auf der das zweite temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 54 vorgesehen ist, eine geringere Breite hat als die erste Region 42 davon, auf der das erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 40 vorgesehen ist. Eine solche Anordnung wird besonders dann bevorzugt, wenn das erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 40 relativ breit ist, z.B. zwischen etwa 8 mm und etwa 20 mm, was eine relativ breite erste Region 42 des Substrats 32 erfordert. Wenn jedoch das erste Widerstandselement 40 relativ schmal ist, z.B. zwischen etwa 3 mm und etwa 8 mm, dann kann ein Substrat 32 mit einer im Wesentlichen konstanten Breite über seine Länge zufriedenstellend eingesetzt werden.
Ein direktes Ausgesetztsein des zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselementes 54 der Temperatur des umgebenden Hohlraums in der Heizung 12, in der er sich befindet, bedeutet, dass seine eigene Temperatur während des Betriebs der Heizung 12 schwankt. Dieses Schwanken kann entlang dem Substrat 32 übertragen und vom ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 40 als thermisches Rauschen erfasst werden, was unerwünscht ist. Um die Größe des Wärmeflusses zu reduzieren, können bestimmte Merkmale in das Design des Substrats 32 integriert werden.
Wärmeleitung ist umgekehrt proportional zum Querschnitt des Materials lotrecht zur Richtung des Wärmeflusses, d.h. je kleiner die Querschnittsfläche des Substrats 32, desto geringer der Wärmefluss, wie durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird: q = TCS·A(TH – TC)/XS wobei:

q: = Wärmefluss
TC_S: = Wärmeleitfähigkeit des Substrats
A: = Querschnittsfläche des Substrats
T_H: = Temperatur der zweiten Region 56 des Substrats 32
T_C: = Temperatur der ersten Region 42 des Substrats 32
X_S: = Länge des Substrats.

Daher wird ein Substrat 32 mit einem möglichst dünnen Querschnitt im Einklang mit ausreichenden mechanischen Eigenschaften bevorzugt. In der Praxis liegt eine geeignete Dicke für das Substrat 32 zwischen etwa 0,25 mm und etwa 3 mm und vorzugsweise zwischen etwa 0,5 mm und etwa 1 mm.
Anstatt oder zusätzlich zu der Bereitstellung des Substrats 32 mit einem möglichst dünnen Querschnitt kann ein Abschnitt des Substrats 32 an einer Stelle zwischen der ersten Region 42 und der zweiten Region 56 weggelassen werden, um eine Öffnung 100 zu bilden, die die Querschnittsfläche des Substrats 31 an dieser Stelle effektiv reduziert.
Eine alternative Methode zum Reduzieren des Wärmeflusses entlang dem Substrat 32 besteht darin, die Wärmeleitfähigkeit des Substrats 32 zu reduzieren oder zu minimieren. Ein bevorzugtes Material für das Substrat 32 ist Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 87 bis 99 Prozent, das relativ kostenarm und leicht erhältlich ist, eine gute mechanische Festigkeit sowie eine hohe elektrische Widerstandsfähigkeit und dielektrische Festigkeit hat. Ein solches Material hat zwar eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit von 20 bis 30 W/m·K bei Raumtemperatur, aber seine Wärmeleitfähigkeit nimmt mit zunehmender Temperatur merklich ab. So hat beispielsweise Aluminiumoxid von 95 Prozent eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 23 W/m·K bei einer Temperatur von 25 Grad Celsius und dieser Wert nimmt bei einer Temperatur von 1000 Grad Celsius allmählich auf etwa 6 W/m·K ab.
Es können auch andere Materialien für das Substrat 32 verwendet werden, die Wärmeleitfähigkeiten von etwa 5 W/m·K oder weniger haben. Beispiele für solche Materialien sind Steatit, Forsterit, Glaskeramik (z.B. von Corning unter dem Handelsnamen Macor erhältlich), Quarzgut, Celsian, Aluminiumtitanat, Cordierit, Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Mischungen sowie reaktionsgebundenes Silicumnitrid geringer Dichte.
Ein Metall wie z.B. Edelstahl, das mit einem geeigneten Überzug aus einem hochtemperaturbeständigen dielektrischen Material versehen ist, könnte für das Sub strat 32 in Betracht gezogen werden. Ein solches Metall hat zwar eine recht hohe Wärmeleitfähigkeit (20 bis 25 W/m·K), aber es könnten sehr dünne Abschnitte vorgesehen werden, wodurch der Wärmefluss daran entlang reduziert wird.
Es kann vorteilhaft sein, eine mechanische Abstützung für die zweite Region 56 des Substrats 32 vorzusehen. Zu diesem Zweck kann ein Auflageelement 102 vorgesehen werden, das kanalförmig sein und eine integrale Verlängerung des Auflageelementes 70 bilden oder separat davon sein kann. Es wird kein Wärmeisoliermittel in Verbindung mit dem Auflageelement 102 vorgesehen, im Gegensatz zum Auflageelement 70. Das Auflageelement 102 umfasst vorzugsweise ein Material mit hohem Wärmeabgabevermögen, um eine rasche thermische Reaktion des zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselementes 54 auf Änderungen der Temperatur seiner Umgebung zu gewährleisten. Ein Auflageelement 102 aus einem dünnen Keramikmaterial wäre zufriedenstellend, aber es könnte auch ein Metallauflageelement 102 wie z.B. aus Edelstahl verwendet werden, wenn es mit einer Schicht aus Material mit hohem Abgabevermögen beschichtet ist.
Wie in 3C gezeigt, ist/sind eine oder mehrere Öffnungen 104 vorteilhafterweise in einer Basisregion des Auflageelementes 102 unter dem zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 54 vorgesehen, um zu einer raschen Reaktion eines solchen Elementes 54 auf Änderungen der Temperatur der Umgebung beizutragen.
Wie in 5 gezeigt, kann es wünschenswert sein, einen Abstandshalter 106 vorzusehen oder die Passivierungsschicht mit einer größeren Dicke über dem zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 40 auszubilden. Der Hauptgrund für die Bereitstellung der Passivierungsschicht und/oder des Abstandshalters 106 ist zwar, die Widerstandselemente 40, 54 von der Kochplatte 4 elektrisch abzukoppeln, aber ihre Anwesenheit über dem Substrat 32 erbringt effektiv eine Beabstandung des zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselementes 54 (und demzufolge des ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselementes 40) von der Kochplatte 4.
Die Bereitstellung von Abstandsmitteln, entweder in Form einer größeren Dicke oder in Form eines Abstandshalters 106, kann zum Einstellen der Reaktion von einem oder beiden der ersten und zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselemente 40, 54 und/oder zum Verbessern der elektrischen Sicherheit verwendet werden. Der Abstandshalter 106 kann eine Dicke im Bereich von etwa 0,25 bis etwa 3,5 mm haben.

Claims

Elektrische Heizanordnung, die Folgendes umfasst: eine Kochplatte (4) mit einer Oberseite (6) zur Aufnahme eines Kochgerätes (8) und einer Unterseite (10); eine elektrische Heizung (12), die wenigstens ein elektrisches Heizelement (20) aufweist, wobei die Heizung in Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte gelagert ist; und eine Temperatursensorbaugruppe (30), die Folgendes umfasst: ein längliches, im Wesentlichen planares Substrat (32), das sich in der Heizung befindet und das wenigstens teilweise über die Heizung von einer peripheren Region (34) wenigstens bis zu einer mittleren Region (36) der Heizung verläuft, wobei das Substrat eine Oberseite (38) in Kontakt mit oder in unmittelbarer Nähe zu der Unterseite der Kochplatte hat und auch eine Unterseite (66) hat, wobei die Ober- und/oder die Unterseite(n) des Substrats mit wenigstens einem ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement (40) in Folienform in einer ersten Region (42) des Substrats in der Nähe der peripheren Region der Heizung versehen ist, wobei die Ober- und/oder Unterseite(n) des Substrats mit wenigstens einem zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement (54; 54A; 54B) in Folienform in einer zweiten Region (56) des Substrats in der Nähe der mittleren Region der Heizung versehen ist, wobei das erste und das zweite temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement mit elektrischen Verbindungsleitungen (44, 46, 58, 60) für eine elektrische Verbindung mit einer externen Steuerschaltung (28) für die Heizung versehen ist; wenigstens einem Auflageelement (70, 102), das an dem Substrat befestigt ist und wenigstens unter der ersten Region des Substrats liegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeisoliermittel (74) zwischen wenigstens der Unterseite des Substrats und dem wenigstens einen Auflageelement im Wesentlichen nur in der ersten Region des Substrats vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeisoliermittel (74) das wenigstens eine erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement (40) und eine Region (98) der Kochplatte (4) über dem wenigstens einen ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement vor direkter Wärmeeinstrahlung von dem wenigstens einen elektrischen Heizelement (20) abschirmt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement (40) zum Überwachen der Temperatur des Kochgerätes (8) durch die Kochplatte (4) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite temperaturempfindliche elektrische Heizelement (54; 54A; 54B) zum Überwachen der Temperatur der Unterseite (10) der Kochplatte (4) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselemente (54; 54A; 54B) auf der Ober- und/oder der Unterseite (38, 66) des Substrats (32) vorgesehen sind.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (38) des Substrats (32) in einem Abstand von 0 mm bis etwa 3,5 mm von der Unterseite (10) der Kochplatte (4) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Auflageelement (70, 102) kanalförmig zur Aufnahme von wenigstens der ersten Region (42) des Substrats (32) und des Wärmeisoliermittels (74) vorgesehen ist, wobei das Wärmeisoliermittel (74) bei Bedarf zusätzlich zwischen dem wenigstens einen Auflageelement (70, 102) und einem oder mehreren Seitenrändern des Substrats (32) in der ersten Region (42) des Substrats vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeisoliermittel (74) eine dünne Schicht aus mikroporösem Wärmeisoliermaterial und/oder alternativem Wärmeisoliermaterial umfasst, das z.B. aus Vermiculit, Perlit, Mineralfasern, Calciumsilicat und anorganischem Schaumstoff sowie Gemischen davon ausgewählt ist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeisoliermittel (74) eine Dicke von 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise von 2 mm bis 4 mm, zwischen dem Substrat (32) und dem wenigstens einen Auflageelement (70, 102) hat.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Region (42, 56) des Substrats (32) im Wesentlichen dieselbe Breite haben.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Region (56) des Substrats (32) schmäler ist als die erste Region (42) des Substrats.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelnes Auflageelement (70, 102) unter der ersten und der zweiten Region (42, 56) des Substrats (32) liegt, wobei das Auflageelement (70, 102) bei Bedarf mit einer oder mehreren Öffnungen (104) in einer oder mehreren Regionen davon unter der zweiten Region (56) des Substrats (32) versehen ist und/oder bei Bedarf mit einem Überzug aus einem Material mit hohem Wärmeabgabevermögen versehen ist, so dass das Ausgesetztsein der zweiten Region des Substrats dem Effekt der Wärmestrahlung von dem wenigstens einen elektrischen Heizelement der Heizung maximiert wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass separate Auflageelemente (70, 102) für die erste und die zweite Region (42, 56) des Substrats (32) vorgesehen sind.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Auflageelement (70, 102) Keramik und/oder Metall umfasst.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (100) zum Reduzieren oder Minimieren der Wärmeleitung entlang dem Substrat (32) von dessen erster Region (56) zu dessen zweiter Region (42) vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel das Bereitstellen des Substrats (32) mit kleiner Querschnittsfläche und/oder das Bereitstellen des Substrats mit einer oder mehreren Öffnungen (104) dadurch an einer Stelle zwischen der ersten und der zweiten Region (42, 56) davon und/oder das Bereitstellen des Substrats aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit umfasst.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (32) Aluminiumoxid, z.B. Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 87 bis 99 Prozent, Steatit, Forsterit, Glaskeramik, Quarzgut, Celsian, Aluminiumtitanat, Cordierit, Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Mischungen, reaktionsgebundenes Siliciumnitrid oder einen dünnen Metallstreifen, z.B. aus Edelstahl, umfasst, der mit einem Überzug aus einem dielektrischen Material versehen ist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (32) eine Dicke von etwa 0,25 mm bis etwa 3 mm, vorzugsweise von etwa 0,5 mm bis etwa 1 mm hat.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (32) und das Auflageelement (70, 102) von der Heizung (112) an einer Peripherie der Heizung nach außen verlaufen und an der Peripherie der Heizung an dieser befestigt sind.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflageelement (70, 102) mittels einer Montagehalterung (80) an der Heizung (12) befestigt ist, wobei die Montagehalterung (80) aus Edelstahl, plattiertem Flussstahl oder einem hochtemperaturbeständigen Plastikmaterial besteht.
Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagehalterung (80) so angeordnet ist, dass sie das Substrat (32) in Richtung auf die Unterseite (10) der Kochplatte (4) vorspannt, wobei die Montagehalterung (80) bei Bedarf in einer freitragenden oder federbelasteten Form vorliegt.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungsleitungen (44, 46, 58, 60) für das erste und das zweite temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement (40; 54; 54A, 54B) in Folienform auf dem Substrat (32) vorliegen und bis zu einem Ende des Substrats an einer Peripherie der Heizung (12) verlaufen.
Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die folienförmigen elektrischen Verbindungsleitungen (44, 46, 58, 60) mit elektrischen Anschlüssen (48, 50, 62, 64) für eine elektrische Verbindung mit externen elektrischen Verbindungsleitungen (94, 96) versehen sind, die zu der externen Steuerschaltung (28) verlaufen.
Anordnung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die folienförmigen elektrischen Verbindungsleitungen (44, 46, 58, 60) im Wesentlichen dasselbe oder ein ähnliches Material wie die temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselemente (40; 54, 54A, 54B) umfassen.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselemente (40; 54, 54A, 54B) Platin umfassen.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere elektrisch isolierende oder Passivierungsschichten auf der/den Ober- und/oder Unterseite(n) (38, 66) des Substrats (32) vorgesehen ist/sind, die wenigstens über dem einen ersten und/oder wenigstens dem einen zweiten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement(en) (40; 54; 53A, 54B) liegen.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (32) an dem wenigstens einen Auflageelement (70, 102) durch Nieten, Schraubbolzen oder Stifte (78) befestigt ist.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kochplatte (4) glaskeramisches Material umfasst.