DE647498C - Auf Induktionswirkung beruhende Heizvorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
6. JULI 1937

21 AUG. 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M647498 KLASSE 21h GRUPPE

Harold Nichols Shaw in Milwaukee, V. St. A. Auf Induktionswirkung beruhende Heizvorrichtung

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Mai 1935 ab

Die Erfindung betrifft eine auf Induktionswirkung beruhende Heizvorrichtung, insbesondere zur Beheizung von Kochtöpfen, bestehend aus einem Untersatz, in welchem eine Primärspule in einem offenen magnetischen Kreise angeordnet ist, welcher durch ein am zu beheizenden Gerät angebrachtes Jochstück beim Aufsetzen des Gerätes geschlossen wird. Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der bei diesen bekannten Heizvorrichtungen nachteiligen und störenden Vibrationen, welche auf die Veränderlichkeit der durch die zweiteilige Ausbildung der Heizvorrichtung bedingten Luftspalte zurückzuführen sind.

Gemäß der Erfindung ist bei einer aus einem Untersatz mit Induktionsspule und einem aufsetzbaren Jochstück bestehenden Heizeinrichtung eine besondere Zentriereinrichtung in Form eines am oberen Teil sitzenden und in eine insbesondere ringförmig ausgebildete Führung des Untersatzes eingreifenden Zapfens vorgesehen.

Die Unveränderlichkeit der Luftspalte wird noch dadurch weiter erhöht, daß erfindungsgemäß der aus U-förmigen Lamellen bestehende magnetische Kreis des Untersatzes mit den Außenschenkeln an einem •Außenring und mit den vorzugsweise breiteren Innenschenkeln an dem Zentrierring angeschweißt ist. Die Vibrationsfreiheit wird noch gesteigert, wenn erfindungsgemäß die Lamellen in gleichem Abstand voneinander radial angeordnet sind und die Innenkanten ihrer Schenkel konzentrische, vorzugsweise schräg gegeneinander verlaufende Innen- und Außenbegrenzungsflächen der Luftspalte bilden.

Um die zwischen Primär- und Sekundärkreis auftretende Abstoßung, welche den Luftspalt zu vergrößern sucht, durch einen entgegengesetzten Zug zu kompensieren, ist erfindungsgemäß der Zentrierzapfen als Joch eines Hilfsmagnetkreises einer mit der Hauptprimärspule in Reihe geschalteten Hilfsspule ausgebildet, welche einen Vorzugsweise lameliierten Kern umgibt. Die Zentrierung wird erleichtert, wenn erfindungsgemäß zur Stützung des aufsetzbaren Geräts mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Auflager angeordnet sind.

Um ferner eine die Vibration begrenzende Verschiebung der Primärspule zu verhindern, sind erfindungsgemäß an den Innenkanten der Lamellenschenkel Schultern vorgesehen, gegen die sich ein federnder Haltering abstützt.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.

Fig. χ stellt einen Aufriß eines Kochgerätes dar, wobei gewisse Teile weggebrochen sind;

Fig. 2 ist ein Teilgrundriß nach Fig. 1, wobei ebenfalls gewisse Teile fortgebrochen und andere im Schnitt dargestellt sind;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht, gesehen von der Seite der Behälteransätze, wobei ein Teil fortgebrochen und im Schnitt dargestellt ist, um die Ankerbauart zu zeigen;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines der Ankereinsätze;

Fig. S ist ein Aufriß eines der U-förmigen Elemente (Lamellen), aus welchen der Induktorring aufgebaut ist;

Fig. 6 ist eine ähnliche Ansicht eines der I-förmigen Füllstücke;

Fig. 7 ist eine Kantenansicht des Füllstückes gemäß Fig. 6;

Fig. 8 ist ein senkrechter Schnitt durch eine andere Art von Behälter. Fig. ι zeigt die Erfindung in Anwendung auf ein Gerät, welches besonders zum Braten und Backen in heißem Fett geeignet ist, jedoch auch für andere Kochzwecke dienen kann, ι bezeichnet einen Korb zur Aufnahme ίο des Koch- oder Backgutes, welcher auf einem Dom 2 ruht, der vom Boden des Behälters 3 emporragt, welch letzterer vorzugsweise aus gegossenem Aluminium besteht. Der Dom weist Radialrippen 4 auf, um die Heizfläche zn vergrößern und hierdurch den Temperaturunterschied zwischen dieser und dem im Behälter befindlichen Material zu verringern. Das Metall des Heizdomes dient zur gleichmäßigen Verteilung der Wärme zufolge seiner hohen Leitfähigkeit.

Der Behälter 3 weist einen ringförmig .lach unten sich erstreckenden Teil 5 auf, welcher einen Absitztrog rings um den Heizdom bildet und unterhalb der Bodenfläche des Domes liegt. Dieser Trog ist vergleichsweise kühl, um ein Aufrühren des Bodensatzes zu vermeiden, während das Fett oder andere Material erhitzt wird.

Ein ringförmiger, aus einem Gußstück bestehender Ansatz 6 ragt aus dem Boden des Domes 2 hervor (Fig. 1, 2 und 3), und in diesem Ringansatz 6 ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich, eine Mehrzahl von Ankern 7 eingegossen, welche durch Glimmer o. dgl. 8 voneinander getrennt sind. Der Ansatz 6 und die Anker 7 bilden den Sekundärkreis. Lagerstücke 9, vorzugsweise aus nichtmagnetischem hartem Metall, sind an einigen der Anker befestigt; vorzugsweise werden drei solcher Lagerstücke in einem Abstand von I2o° gemäß der dargestellten Anordnung benutzt.

Das Innere des Domes 2 ist hohl, wie aus Fig. ι ersichtlich. In den Hohlraum ragt ein Zapfen 10 sowie seitlich sich erstreckende Vorsprünge 11 hinein. Der Zapfen ist so angeordnet, daß er plötzlichen Temperaturschwankungen des Behälterinhalts zu folgen vermag.

Die Anker 7 (Fig. 4) sind aus Längsstreifen von Elektrostahl hergestellt, deren gegenüberliegende Längskanten, wie bei 12 ersichtlich, gefaltet sind. Die Streifen sind auf einem geschlitzten Dorn spiralförmig aufgewickelt und zu der dargestellten Form abgeflacht, wobei die umgefalteten Kanten doppelte Dicke an den Enden der Spiralen bilden. Um ein Wiederaufwickeln zu vermeiden, kann die Hülse 13 aus Zinn ö. dgl. oder ein besonderer Halter verwendet werden. Die oberen Seitenkanten sind in eine Matrize abgeschrägt, wie bei 14 in Fig. 3 ersichtlich, und die unteren Seitenkanten zu einem schmalen Rücken 15 zusammengequetscht, um ein festes Umgießen der Anker zu sichern. Nach dem Zusammenquetschen werden die Anker in der Matrize aufgestellt unter Bildung der genauen Krümmung und Form sowohl als auch der exakten Länge.

Ein Zentrierzapfen 16 ist mit einem Ring 17 verschweißt. Letzterer ist mit den Vorsprüngen 11 im Innern des Heizdomes verschraubt. Der Zentrierzapfen 16 wird durch einen Hohl fräser eingepaßt, der von einem über den Ringansatz 6 gesetzten Ausleger geführt wird.

Der Untersatz 18 kann kreisförmig sein und einen Boden 19 sowie Füße 20 aufweisen. Vorsprünge 21 des Untersatzes stützen in geringem Abstand einen Kopfteil 22, welcher eine durch Ringflausch 23 bestimmte öffnung aufweist.

Der Jnduktorring 24 ist innerhalb des Untersatzes angeordnet, derart, daß sein oberer Teil im wesentlichen bündig mit der Oberkante des Ringflansches 23 liegt. Der Ring besteht aus einer Mehrzahl von flachen U-förmigen Stanzstücken 25 (Fig. 5). Da der Innenumfang des Ringes klein im Verhältnis zum Außenumfang ist, werden besondere I-förmige Stanzstücke 26 (Fig. 6) zwischen die Außenschenkel der U-förmigen Stanzstücke 25 eingeschoben. Da die I-förmigen Stanzstücke nicht den Zwischenraum zwischen den U-förmigen Stanzstücken überall ausfüllen, sind auf ersteren warzenförmige Vorsprünge 27 (Fig. 7) vorgesehen, so daß ein fester, kreisförmiger Stapel gebildet wird. Warzen 27' (Fig. 5) sind auf abwechselnden U-Stücken ausgeprägt, um den richtigen Abstand der Außenkanten der Innenschenkel zu gewährleisten.

Die Lamellen oder U- und I-Stanzstücke sind auf einem Ringstecker vereinigt, um die genaue Abmessung der Nut zu gewährleisten, welche für den richtigen Spielraum gegenüber dem Sekundäransatz 6 notwendig ist. Die Lamellen werden mit dem Stecker durch Klammern gehalten, welche auch ein Außenband 28 in einer Nut festhalten, die von den u₀ Ausschnitten 29 der U- und I-Lamellen gebildet wird, und halten ferner einen inneren _# Ring 30 in einer von den Ausschnitten 31 gebildeten Innennut. Das Band 28 und der Ring 30 sind in ihrer Lage fest verschweißt, wie bei 32 und 33 angedeutet. Unterhalb des Ringes 30 sind andere Ringe 34 angeordnet. Der Absatz 35 und 36 der Luftspaltfläche und der Induktorring gestatten ein leichtes Entfernen aus dem Stecker. Eine untere Verschweißung 37 in den Aussparungen 38 sichert die unteren Enden der T-Lamellen.

Die Primärspule umfaßt einen inneren Teil 39 und einen äußeren Teil 40, welcher aus isoliertem und imprägniertem Draht besteht. Die Spulen sind im unteren Teil der im Induktorring gebildeten Ringnut gewickelt. Die einzelnen Spulenabschnitte sind aus verschieden starkem Draht hergestellt.

Ein Kupferstreifen 41 ragt durch einen Raum zwischen den Lamellen des Induktorringes hindurch und ist zwischen dem Boden der Spule und dem Boden der Induktorringnut waagerecht abgebogen. Sein unteres Ende ist durch Glimmer 42 isoliert, wodurch die Wärme vom Schmelzstreifen 43 abzuströmen vermag, der die beiden Klemmen 44 und 45 verbindet. Die Leitung 46 von der äußeren Spule 40 ist zur Klemme 45 des Schmelzstreifens geführt. Die andere Klemme 44 ist mit der Netzleitung verbunden. Der andere Draht 47 von der Außenspule führt zu einer Leitung 4S und letztere zu einer Leitung 49 der inneren Spule. Das andere Ende der Innenspule steht mit der Leitung 50 in Verbin- dung. Der Schmclzstrcifcn 43 ist dazu bestimmt, bei der höchst zulässigen Spulentemperatur abzuschmelzen und so die Stromzufuhr zu unterbrechen, damit die Spule nicht durch zufällige Überhitzung beschädigt werden kann.

Die Primärspulen sind in geeigneter Weise isoliert und werden von einem Schnappring 51 aus Metall mit hohem Widerstand festgehalten, welcher sich unterhalb der Schultern 52 der U- und I-Lamellen ausbreitet und gegen diese abstützt.

Wenn der Behälter in seiner in Fig. 1 dargestellten Lage ist, paßt sein Ansatz 6 über den Schnappring, wie aus der Zeichnung ersichtlich. Der Luftspalt 53 zwischen Innenfläche der Anker des Sekundärringes ist hinreichend groß, um einen Spielraum zu gewähren, wenn das Gerät kalt ist, und ein äußerer Luftspalt 54 hinreichend groß zur Bildung eines Spielraumes, wenn das Gerät heiß ist. Die Abschrägungen 35 und 36 (Fig. 5) sichern ein leichtes Entfernen des Sekundärringes.

In der Mitte des Induktorringes sind Z-förmige Stanzstücke 55 in Kreisform angeordnet und bei 56 verschweißt. Ein unterer Ring 57 hält diese Anordnung in ihrer Lage und bildet den Kern für die Spule 58, welche auf ihrem oberen Ende gelagert ist. Diese Spule ist mit einer Primärwicklung in Reihe geschaltet und erzeugt einen Magnetfluß quer zum Luftspalt zwischen dem Zentrierzapfen 16 und dem Spulenkern. Die Anziehung zufolge dieses Magnetflusses wirkt der nach aufwärts gerichteten Abstoßung zwischen Primärspule und Sekundärkreis entgegen.

Die Ringe 34 oberhalb der Zugspule sind geschlitzt, so daß übermäßig starke'Induktionsströme vermieden werden, welche den freien Durchtritt des Kraftflusses zum Zentrierzapfen 16 stören würden. Der Zapfen ist aus einer Spirale aus Elektrostahl hergestellt und mit der Innenseite eines Rohres verschweißt, welches auf eine dünne Wandstärke abgehobelt ist. Der unterste Ring ist unmagnetisch.

Da die Luftspaltkräfte durch den •Zentrierzapfen und die Spulenabstoßung durch die Zugspulenkraft ausgeglichen werden, werden nachteilige Schwingungen und Geräusche vermieden. Die unmagnetischen Trägerteile 9 bewirken, daß das Gerät fest auf dem Induktorring aufruht. Diese Trägerteile können aus Aluminiumguß bestehen. Bei großen Luftspalten kann es notwendig sein, das Gerausch mit Hilfe einer Sonderspule über der Zugspule zu verringern, welche mit einem Kondensator in Reihe geschaltet wird, um einen vorcilenden Strom zn erzeugen, der den nacheilenden magnetisicreuden Strom kornpcnsiert. Für schwache Belastung können die Träger 9 vergrößert und aus Eisen gebildet sein, um als Magnete zu dienen und eine nach abwärts gerichtete Zugkraft auf den Sekundärring auszuüben.

An der Unterfläche des Zapfens 10 ist ein thermostatisches Organ 59 befestigt, welches an seinem unteren Ende einen Knopf 60 trägt. Wenn sich das Organ 59 bei ansteigender Temperatur nach abwärts biegt, drückt der Knopf 60 ein L-förmiges Glied61 nach unten, dessen unteres Ende durch eine Flachfeder 62 mit einem U-Stück 63 verbunden ist. Letzteres ist isoliert mit einem zweiten U-Stück 64 verbunden. Auf dem unteren Arm dieses U-Stückes 64 ist ein Silberkontakt 65 angeordnet, während der obere Arm durch eine Feder 66 mit einem Kontaktbolzen 67 auf Hebel 68 verbunden ist. Der andere Silberkontakt 69 ist auf einem Streifen angeordnet, welcher mit dem anderen Kontaktbolzen 70 des Hebels 68 in Verbindung steht. Letzterer ist bei 71 drehbar gelagert und kann in seiner Lage durch Änderung der Stellschraube 72 gegen die Wirkung einer Feder 73 ver- no ändert werden.

Wenn das thermostatische Organ 59 auf eine Temperatur oberhalb eines vorbestimmten Punktes erwärmt wird, findet eine Trennung der Kontakte 65 und 69 statt. Ein Zeiger 74 am Regulierglied 72 kann über eine Temperaturskala spielen. Ein Anschlag 75 begrenzt die Drehbewegung. Ein Begrenzungsstreifen "j6 hält die Kontakte offen, wenn die Stellschraube 72 in eine vorbestimmte Lage, nämlich Zimmertemperatur, gedreht wird, so daß der Strom unterbrochen

ist, wenn der Kessel abgehoben wird. Der Thermostat dient daher auch als Stromschalter. Die Kontakte 67 und 70 sind mit den Spulen 40 und 58 und der Netzleitung in Reihe geschaltet.

In Fig. 8 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Gerätes 77 zum Gebrauch mit einem Untersatz dargestellt, welcher demjenigen gemäß Fig. 1 ähnlich ist. Die Anker 78 sind in einen ringförmigen Ansatz 79 eingegossen. Der Boden des Gerätes ist vergleichsweise dick, wie bei 80 angedeutet, um Vibration zu verhüten, und bei dieser Ausbildungsform sollte der Induktorring aufgetragen sein, wie aus Fig. 8 ersichtlich. Ein Zentrierzapfen 81 ist starr mit dem Gußstück durch Aufschrumpfen um einen Sperring 82 und durch Verschweißen, wie bei 83 angedeutet, verbunden.

*° In Fig. ι ist die Schaltanordnung in Verbindung mit der Schalteinrichtung 104 angedeutet. Letztere kann an Stelle des Thermostaten 59 verwendet werden und eignet sich zur selbsttätigen Aufrechterhai tuug einer konstanten Temperatur im Sekundärkreis, insofern die Spulen 39 und 40 stets, wenn die Temperatur auf einen erwünschten Höchstwert ansteigt, in Reihe durch die Schalteinrichtung X04 geschaltet werden, so daß die erzeugte Wärmemenge verringert wird, während beim Sinken der Temperatur unter einen vorbestimmten Mindestwert die Spule 40 direkt mit dem Netz verbunden wird, wodurch der Stromverbrauch erhöht und die entwikkelte Wärmemenge hochgetrieben wird.

Die Schalteinrichtung macht von einer Schnappwirkung Gebrauch, welche von Drehzapfen 105 und 106 verursacht wird, die sich nach entgegengesetzten Seiten von der'Mittellinie während des Betriebes der Schalteinrichtung bewegen, wodurch die Feder 107 den Schaltarm zwangsläufig von einem Kontakt zum anderen bewegt, kurz nachdem die Drehzapfen über die Mittellinie hinaus gelangt sind. Diese Schnappwirkung ist notwendig, um den Induktionserhitzer zu überwachen, da die Stromzuführung unterbrochen werden muß, während die Umschaltung von hoher zu niedriger Belastung stattfindet, um einen Kurzschluß der Primärspulen zu vermeiden. Wenn die Belastung verringert oder abgeschaltet ist, fallen die Kräfte des Rotors auf Null ab.

Wenn die Kocheinrichtung für Backzwecke verwendet werden soll, werden die Kartoffeln o. dgl. in den Korb 1 eingesetzt und der Topf 3 mit dem Backöl gefüllt. Zufolge der Verbindung der Primärspulen 39 und 40 mit einer Stromquelle wird innerhalb des Sekundäransatzes 6 ein induzierter Strom erzeugt. Dies geschieht durch den magnetischen Kraftfluß, welcher um den Induktorring 24 strömt quer zu den Luftspalten 53 und 54 und durch die Ankerstücke 7 und zurück durch die U-förmigen Lamellen des Induktorringes. Der Sekundärstrom fließt durch den Behälterausatz 6 in der mit Pfeilen in Fig. 3 angedeuteten Weise, wobei der Strom gezwungen wird, um die Kanten der Glimmerseparatoren 8 herumzufließen. Es ergibt sich mithin ein zickzackförmiger Verlauf für den Sekundärstrom, wodurch eine wirksame Beheizung des Behälterbodens erzielt wird. Steigt die Temperatur der Primärspulen so hoch, daß Gefahr besteht, dann wird die erzeugte Wärme von dem Kupferstreifen 41 zum Schmelzstreifen 43 geleitet, so daß der letztere durchschmilzt und die Stromquelle abschaltet, bevor die Primärspulen zufolge der Überhitzung zerstört werden können. Wird das thermostatische Glied 59 verwendet, dann regelt dieses die Stromzuführung unter Aufrechterhai tung einer erwünschten Temperatur im Heizdom. Wird an Stelle des Thermostaten die Schalteinrichtung 104 verwendet, dann arbeitet sie in Verbindung mit dem zu den Primärspukn führenden Stromkreis, derart, daß eine Zunahme oder Abnahme der von den genannten Spulen erzeugten Wärme bewirkt wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Auf Induktionswirkung beruhende Heizvorrichtung, insbesondere zur Beheizung von Kochtöpfen, bestehend aus einem Untersatz, in welchem eine Primärspule in einem offenen magnetischen Kreise angeordnet ist, welcher durch ein am zu beheizenden Gerät angebrachtes Jochstück beim Aufsetzen des Gerätes geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine besondere Zentriereinrichtung in Form eines am oberen Teil sitzenden und in eine insbesondere ringförmig ausgebildete Führung (30) des Untersatzes eingreifenden Zapfens (16,81) vorgesehen ist.

2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus U-förmigen Lamellen bestehende magnetische Kreis des Untersatzes mit den Außenschenkeln (25) an einem Außenring (28) und mit den vorzugsweise breiteren Innenschenkeln an dem Zentrierring (30) angeschweißt ist.

3. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (25) in gleichem Abstand voneinander radial angeordnet' sind und die Innenkanten ihrer Schenkel 12a konzentrische, vorzugsweise schräg gegeneinander verlaufende Innen- und Außen-

begrenzungsflächen (53 bzw. 54) der Luftspalte bilden.

4. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierzapfen (16) als Joch eines Hilfsmagnetkreises einer mit der Hauptprimärspule in Reihe geschalteten Hilfsspule (58) ausgebildet ist, welche einen vorzugsweise lamellierten Kern (55) umgibt.

5. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stützung des aufsetzbaren Geräts mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Auflager (9) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Innenkanten der Lamellenschenkel Schultern (52) vorgesehen sind, gegen die sich ein federnder Haltering (51) abstützt.

Hierzu I Blatt Zeichnungen