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Die
Erfindung betrifft ein Kochfeld für ein induktionsbeheiztes Kochgerät, welches
unter dem Kochfeld eine Spulenstruktur aufweist.
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Flache
und hitzebeständige
Oberflächen
für Kochgeräte sind
hinreichend bekannt, und ihre Verwendung in Haushaltsküchen ist
vorwiegend auf die Leichtigkeit zurückzuführen, mit welcher man die Kochgefäße von einer
zur anderen Kochzone bewegen kann, ferner auf die Leichtigkeit der
Reinigung und auf das schnelle thermische Ansprechen. Jedoch sind
die meisten von ihnen selbsttragend aus einem Glas- oder einem vitrokeramischem
Material gefertigt, wobei diese Materialien recht dick sein müssen, damit
sie das Aufschlagen von Kochgefäßen aushalten.
Die Unterschiede im Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Oberplatte
des genannten Glas- oder vitrokeramischen Materials und dem tragenden
Metallrahmen machen die Herstellung kompliziert, und das Reinigen
der Kanten der Oberplatte ist noch schwieriger, weil eine gewisse
Ausdehnung in Bezug auf den umgebenden Rahmen zugelassen werden
muss.
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Die
ziemlich dicken Glas- oder Vitrokeramik-Deckplatten, die im Zusammenhang
mit den durch Strahlung erhitzten Zonen bekannt geworden sind, sind
in den Bereich der Induktionsheizung übernommen worden, und das hauptsächlich wegen
der recht gut etablierten Herstellungsart, des Vorhandenseins von
Mustern und Zeichen und auch deswegen, weil bei diesen Materialien
elektrische Isolation mit Festigkeit miteinander verbunden sind.
Nachteile bei der Energieübertragung,
die auf den Abstand zwischen der übertragenden Spule und dem
Kochgefäß zurückzuführen sind,
werden angesichts der anderen Vorteile in Kauf genommen.
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In
WO94/05137 wird ein Kochplattenkonzept beschrieben, welches eine
Induktionsheizanordnung benutzt, die eine ringförmige Magnetkernstruktur aus magnetisch
leitendem Beton umfasst. Diese Struktur ist in weiteres Betonmaterial
eingebettet, und die Deckfläche
kann entweder auf die recht feste Grundfläche aufgegossen sein oder aus
möglicherweise porösem Aluminiumoxid
(Aluminiumoxidkeramik) gefertigt sein, welches eine hohe Wärmedämmung und eine
hohe Abriebfestigkeit aufweist. Dieses letztere Material wird gewöhnlich mittels
Plasmaspritzverfahren aufgebracht. Es ist daher nicht selbsttragend. Diese
Art von Deckflächenmaterial,
auch wenn es thermisch ausgezeichnet ist, hat in der Praxis jedoch gewisse
Nachteile gezeigt. Die ihm eigene Porosität bringt mit sich, dass sich
wegen der chemischen Stabilität
von Aluminiumoxid die Oberfläche
nur schwer reinigen lässt,
selbst wenn starke Waschmittel eingesetzt werden. Das Gießen der
Deckschicht aus hitzebeständigem
Beton an Ort und Stelle ist im Prozess der Fertigung effektiv, aber
die Endbearbeitung einer derartigen Oberfläche und das Versiegeln der
Poren, um das Reinigen zu ermöglichen,
sind schwierige Aufgaben, und das Ergebnis kann durch Waschmittel wieder
zerstört
werden. Bislang ist darauf geachtet worden, dass zwecks einer wirkungsvollen
Energieübertragung
die Deckschicht so dünn
wie möglich
sein sollte, mit anderen Worten der Luftspalt minimiert sein sollte.
Daher sind auf diesem Gebiet alle Bemühungen auf dieses Ziel gerichtet
worden. Die weiter oben beschriebene Struktur bietet diese Möglichkeit auf äußerst effektive
Weise, aber zu Lasten einer sehr massiven Bauweise.
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Es
besteht daher Bedarf an einer verbesserten Oberfläche, welche
diese Nachteile nicht aufweist, dennoch die Funktionalität einer
Bauweise des Typs bietet, der in der genannten PCT-Veröffentlichung
beschrieben ist.
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US-A-3.949.183
offenbart eine Induktionsheizapparatur für das Erhitzen eines Kochgefäßes. Diese
Apparatur umfasst einen aktiven Strahler, welcher eine Spulenstruktur
enthält,
die sich unter einer das Kochgerät
tragenden Heizfläche
befindet. Diese tragende Fläche
hat die Form einer Abdeckplatte, ist vorzugsweise aus rostfreiem
Stahl gefertigt und befindet sich oberhalb des aktiven Strahlers,
damit sie direkt auf das genannte Kochgefäß gerichtet ist.
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Dies
wird dadurch erreicht, dass man die Vorstellung in die Tat umsetzt,
dass das Erhitzen der Deckfläche
auf zwei Beiträge
zurückzuführen ist: Verluste
im Übertrager
für die
Induktionsenergie, der in die Grundfläche in einem gewissen Abstand
von der Oberseite der wärmedämmenden
Schicht eingebettet ist, und Wärmeleitung
vom erhitzten Kochgefäß über die
wärmedämmende Schicht
zum Übertrager
für die
Induktionsenergie. Dieses Erhitzen erhöht tatsächlich die Verluste des Übertragers
für Induktionsenergie.
In der Tat hat sich überraschenderweise herausgestellt,
dass es für
jede Kombination von Permeabilität
im Boden des Kochgefäßes und
Bereich an Leistung, welche vom Kochbereich aufgenommen wird, einen
Bereich von Stärken
der Deckschicht gibt, welcher ein Optimum an Effizienz in der Übertragung der
Leistung von der Kochzone zum Kochgefäß gibt. Es hat sich herausgestellt,
dass derartige Stärken alle
in denselben absoluten Bereich fallen, der in allen Fällen unter
den 3 mm liegt, die heutzutage allgemeine Praxis in der Industrie
sind. Die verbesserte Struktur zeichnet sich dadurch aus, dass die
Stärke des
Kochfeldes zwischen 0,05 und 3 mm und vorzugsweise zwischen 0,2
und 2,5 mm gewählt
wird. Der vorzugsweise Abstand bietet auch ein hohes Leistungsverhalten,
was Magnetfeldverluste betrifft. Diejenige spezifische Stärke, die
in jeder beliebigen besonderen Kombination von Spulenstrukturen,
Betriebsfrequenz und Kochgefäßbereich
benutzt werden sollte, kann durch Sachkundige festgelegt werden,
ohne dass hierfür übergebührlich experimentiert werden
muss.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung zeichnet sich das Kochfeld dadurch aus, dass es sich ohne
Unterbrechung über
die Gesamtheit der Spulenstrukturen mindestens bis zur Randfläche der Kochfläche erstreckt.
Dies wird einige Vorteile bringen, was das Reinigen durch Waschen
betrifft, und kann durch erhöhte
Kanten, die aus demselben Material gebildet sind, ergänzt werden.
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Eine
weitere Ausführungsform
ergibt sich direkt aus der Grundidee der Erfindung dahingehend, dass
die Deckschicht eine begrenzte Fläche aufweist, auch wenn diese
größer als
eine Spulenstruktur ist, und im eingebauten Zustand abnehmbar und bündig mit
der umgebenden Oberfläche
sein kann. Dies ermöglicht,
dass Kochfelder oberhalb der Spulenstruktur eingesetzt werden, die
ausgetauscht werden können,
wenn sie Erosionserscheinungen zeigen, auf Dauer verschmutzt sind
oder vielleicht nicht zur Innenausstattung des Küchenbereiches passen; alles
in allem, dass dieses hochtechnologische Erzeugnis viel stärker an
die Wohnbedingungen anpassbar ist als bislang bekannte Kochgeräte.
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Bei
weiteren Ausführungsformen
der Erfindung wird das Material der Deckfläche an die für die besondere
Bauart festgelegte Stärke
angepasst, d. h. für
den Stärkenbereich
von 0,05 bis 0,2 mm besteht die Deckschicht aus Hartkeramik wie
beispielsweise Aluminiumoxid die im Plasmaspritzverfahren aufgebracht
wird und die möglicherweise
mit Polytetrafluorethylen diffusionsbeschichtet ist, und für den Stärkenbereich
von 0,2 bis 2 mm besteht die obere Schicht aus einem glasfaserverstärkten Material,
das möglicherweise
mit Polytetrafluorethylen diffusionsbeschichtet ist und möglicherweise
in einer gehärteten
Qualität
vorliegt. Für
den Stärkenbereich
von 1,00 bis 3,00 mm besteht die obere Schicht aus einem Vitrokeramik-
oder Glasmaterial. Jedes dieser Materialien kombiniert gute Qualitäten hinsichtlich
der Abnutzung mit guten Reinigungseigenschaften, sie sind jedoch
gemäß der Erfindung
so dünn,
dass sie gewöhnlich
nicht imstande sind, sich selbst über größere Flächen zu tragen, geschweige
denn Kochgefäße zu tragen.
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Ein
weiteres Material, welches vorteilhafterweise in Ausführungsformen
der Erfindung benutzt werden kann, ist ein organisch modifiziertes
keramisches Material.
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Um
dem Benutzer zu ermöglichen
festzustellen, welche Spulenstruktur (welche Kochzone) in jüngster Zeit
aktiv gewesen ist, sind bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
im Kochfeld Pigmente enthalten, welche durch Hitze veränderlich sind.
Das ist jetzt ausführbar
und zwar mit einem weiten Bereich von Pigmenten, die auf recht niedrige Temperaturen
ansprechen, weil die Erfindung einen hohen Wirkungsgrad und somit
niedrige Verluste und ein reduziertes Erhitzen des Kochfeldes selbst
bietet.
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Die
spezifizierte Stärke
und die folgerichtige Senkung der Heizverluste gemäß der Erfindung
ermöglichen,
ein induktionsbeheiztes Kochgerät
mit mehreren Kochzonen zu bauen, das völlig selbsttragend ist, d.
h. ohne Bügel
zwischen den kantenbildenden Rahmenteilen, und dennoch von geringem Gewicht
ist. Dies wird erreicht durch eine Bauart, die sich dadurch auszeichnet,
dass eine Übertragerspulenstruktur
oder mehrere solche Strukturen in eine Polymerstruktur eingebettet
ist/sind, die aus einer in Kammern unterteilte Unterseite und eine
ebene Oberseite besteht, welche flache Vertiefungen für austauschbare
Deckschichten über
jeder Übertragerspule
aufweist. Eine weitere Ausführungsform
verwendet eine Leichtmetalllegierung an Stelle eines Polymers mit
dem spezifischen Vorteil, dass Streufelder von den Spulenstrukturen
abgeschirmt oder kurzgeschlossen werden.
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Darüber hinaus
hat man sich vorgestellt, dass es möglich ist, eine gewisse Stärke im oberen Teil
des Stärkenbereiches
zu erzielen und doch für den
unteren Teil des Stärkenbereiches
diejenigen Materialien mit den sie auszeichnenden Vorteilen in der
Weise vorzubehalten, dass das Kochfeld aus einer Schutzschicht und
einer gewissen Anzahl von Vorsprüngen
besteht, die von der genannten Schicht nach oben abstehen, wobei
die Höhe
dieser Vorsprünge
die Stärke
des Kochfeldes festlegt. Für
die Fläche
und die Anzahl dieser Vorsprünge
gibt es keine Begrenzung, jedoch in dem Fall, wo nur sehr wenige
benutzt werden, dürfen
sie nicht so scharf sein, dass sie an den Kochgefäßen Kratzer
hervorrufen. Offensichtlich ist eine Mindestzahl von drei stützenden
Vorsprüngen
für einen
Topf erforderlich. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform
muss in der Luftschicht gesehen werden, welche die Wärmeisolation
zwischen dem Boden des Kochgefäßes und der
in das Kochgerät
eingebetteten Spulenstruktur schafft.
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Die
Erfindung soll nun im Folgenden ausführlicher beschrieben werden,
wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Bei diesen handelt
es sich um:
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1 zeigt
die allgemeine Beziehung zwischen dem Wirkungsgrad und der Stärke der
Deckschicht;
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2 zeigt
die allgemeine Beziehung zwischen dem Magnetfeld B, welches einen
Topf bei einem induktionsbeheizten Kochgerät umgibt, in Abhängigkeit
von der Stärke
der Deckschicht;
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3 zeigt
Strukturen für
Kochfelder gemäß der vorliegenden
Erfindung, und
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4 zeigt
eine Struktur, in welcher ein Luftspalt die Wärmeisolation zwischen dem Boden eines
Topfes und der Spulenstruktur der Induktionsheizung liefert.
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Die
Grundlage für
die Erfindung besteht in der Beobachtung, dass der praktische Wirkungsgrad (festgelegt
als abgegebene Leistung gegenüber
zugeführter
elektrischer Leistung) eines induktionsbeheizten Kochgerätes vom
Abstand zwischen der Oberseite der Spulenstruktur einschließlich der
Kernteile und dem Boden des Kochgefäßes abhängt und ein Maximum aufweist,
dessen Schärfe
von der tatsächlichen
Bauart abhängt,
aber doch das allgemeine Merkmal aufweist, dass Stärken im
Bereich von 0,05 bis 3 mm einen höheren Wirkungsgrad aufweisen
als Stärken,
die außerhalb
dieses Bereiches liegen. Eine allgemeine Kurve, welche diese Beziehung wiedergibt,
ist in 1 dargestellt. Auf ähnliche Weise hat man beobachtet,
dass das Induktionsfeld B, welches einen Topf auf einer Spulenstruktur
für Induktionsheizung
umgibt, bei relativ kleinen Abständen
mit dem Abstand zunimmt. Überraschenderweise
kann dabei ein Abstand gefunden werden, welcher einen geeigneten
Kompromiss zwischen dem höchsten
Wirkungsgrad, dem geringsten magnetischen Streufeld und dem gewünschten
Kochfeldmaterial darstellt.
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In 3 sind
Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt, welche den relevanten Stärkebereichen
entsprechen. Es ist von Vorteil, wenn man die Oberflächenschicht
sich über
die Stelle der Induktionsspulenstrukturen hinaus erstrecken lässt, und folglich
sind die Ausführungsformen
generell so dargestellt, dass sie von den „Tragstrukturen" getragen werden.
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In 4 ist
eine Ausführungsform
dargestellt, welche hohe Festigkeit und hohe Reinigungsfähigkeit
in Verbindung mit der Schaffung eines Luftspaltes darstellt, der
normalerweise nur bei einer extrem porösen Struktur erreicht würde. Die
Tragestruktur trägt
eine obere Fläche
aus Aluminiumoxid oder ähnlichen
Zusammensetzung, welche abgerundete Vorsprünge aufweist, deren Anzahl
und Verteilung vom jeweiligen gewünschten Aussehen der Oberfläche abhängt. Die
Fläche
der einzelnen Vorsprünge
kann beispielsweise je nach den Arten von Töpfen ausgewählt werden und kann Rippen,
möglicherweise
in radialer Verteilung, aufweisen.