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Elektrische Wärmeleitungskochplatte Da bei Wärmeleitungskochplatten
bekanntlich der Wärmeübergang in hohem Maße von. der Beschaffenheit der Kochplattenoberfläche
und des Bodens des Kochgefäßes abhängt, hat man zwecks Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
die Kochfläche durch Drehen oder Schleifen vollkommen plan gemacht und die Verwendung
von Sonderkochgeschirr mit verstärktem, ebenfalls abgedrehtem Gefäßboden empfohlen.
Die Anschaffungskosten einer elektrischen Kochvorrichtung, z. B: eines Elektroherdes,
erhöhen sich aber bei Verwendung von Sonderkochgeschirr, da dieses erheblich teurer
als handelsübliches Geschirr ist, ganz beträchtlich.
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Handelsübliche Kochgefäße, z. B. aus Aluminium, Stahl, emailliertem
Blech, Keramik od. dgl., haben keinen ebenen Boden, weil sich dieser schon beim
Herstellungsvorgang in der Längsachse des Gefäßes verzieht oder verwirft. Solche
Gefäße passen sich daher einer ebenen Kochplattenfläche nicht gut an, und eine wesentliche
Steigerung des Stromverbrauches gegenüber Sonderkochgeschirr ist die Folge.
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Die Bodenbeschaffenheit handelsüblicher Töpfe ist in Fig. z auf Grund
der Ergebnisse einer Großzahluntersuchung in Haushalt und Gewerbe dargestellt. In
dem Schaubild ist waagerecht das Verhältnis zwischen der Abweichung von der ebenen
Bodenform und dem Bodendurchmesser aufgetragen. Senkrecht sind die Häufigkeitswerte
der bei der Großzahluntersuchung ermittelten Bombierungen aufgetragen. Man erkennt,
daß sowohl eingetrückte als auch ausbombierte Töpfe vorkommen, wobei allerdings
die letzteren in geringerem Umfang anzutreffen sind.
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Die Auswirkung solcher Topfböden auf die Wirtschaftlichkeit des elektrischen
Kochens ist aus Fig. 2 (Kennlinie A) ersichtlich, und zwar für eine gewöhnliche
Wärmeleitungskochplatte von r8o mm Durchmesser und i2oo Watt Leistungsaufnahme.
In der Waagerechten sind für Töpfe aus gleichem Werkstoff
und von
gleichem Gewicht die Stichmaße der Bodenauswölbungen in Millimetern, und zwar rechts
füi ballige (konvexe), links für konkave Topfböden angegeben. Die Senkrechte gibt
den Stromverbrauch in Wattstunden für die Erwärmung von 1,5 1 Wasser von 20 auf
95' C an. Aus der Form der Kurven A ist deutlich zu erkennen, daß schon Bodenein-
oder -auswölbungen von wenigen Zehntelmillimetern einen erheblichen höheren Stromverbrauch
zur Folge haben. Der erhöhte Stromverbrauch als Folge eines ungenügenden Wärmeüberganges
zwischen Kochplatte und Topf ist ein Nachteil aller Kochplatten, auch der kapazitätsarmen
der verschiedensten Ausführungen. Durch die bei solchen Platten ersparte Masse wird
zwar im allgemeinen der Stromverbrauch herabgesetzt, nicht aber der Einfluß der
Topfbodenaus-,völbung, der in Fig. 2 (Kennlinie B) für eine ringförmig elektrisch
beheizte Kochplatte dargestellt ist.
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Die Erkenntnis, daß bei Wärmeleitungskochplatten die Güte der Berührung
zwischen Platte und Kochtopf die Wirtschaftlichkeit stark beeinträchtigt, hatte
die Ausbildung von Kochplatten zur Folge, die aus mehreren Teilen bestehen, von
denen jeder einzelne innerhalb gewisser Grenzen frei beweglich ist. Bei diesen Platten
wird ein guter Wärmeübergang durch Federdruck, Hebelwirkung od. dgl. erzielt. Bei
solchen Platten gelingt es immerhin schon, die Wirtschaftlichkeit des elektrischen
Kochers von der Bombierung der Geschirrböden nahezu unabhängig zu machen. Dennoch
haben die vorerwähnten Platten den erheblichen Nachteil, daß die einzelnen gegeneinander
beweglichen Kochplattenteile den rauhen Beanspruchungen des praktischen Betriebes
und vor allem der unvermeidlichen Verschmutzung nicht gewachsen sind. Überdies ist
auch der Preis einer mehrteiligen Platte verhältnismäßig hoch.
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Des weiteren wurde auch schon eine einfachere Ausführung bekannt,
die allerdings die vorbezeichnete Aufgabe nur unzureichend löst. Diese Platte wies
im Gebiet der höchsten Wärmedichte die Gestalt eines vorstehenden Grates auf, so
daß der Boden des aufgesetzten Gefäßes, selbst wenn er verunstaltet war, unbedingt
mit diesem Grat in Berührung trat. Es ist verständlich, daß bei diesen Platten durch
die im wesentlichen eine linienförmige Auflage auf dem Grat ein allerdings ziemlich
einheitlicher schlechter Wärmekontakt entsteht. Man kann sagen, der schlechteste,
der überhaupt möglich ist. Jedenfalls ist bei solchen Platten die Berührung zwischen
dieser und dem Topf auf eine einzige an bestimmter Stelle liegende Linie beschränkt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Wärmeleitungskochplatte
zu schaffen, die für gewöhnliches handelsübliches Kochgeschirr eine gute und im
wesentlichen gleichartige Stromverbrauchskennlinie zeigt. Erreicht wird dies gemäß
der Erfindung durch eine besondere Formgebung der Kochplatte, die die Gewähr dafür
bietet, daß die Wärmekontakte verschiedener Kochtopfböden mit der Kochplattenoberfläche
immer annähernd gleich groß sind bzw. den größtmöglichen Wert dadurch erhalten,
daß jeder Topfbodenbombierung eine besondere Berührungszone zugewiesen wird. Die
Ausgestaltung der neuen Kochplatte soll nachstehend näher erläutert werden. Die
Auswölbung des Bodens von gewöhnlichem Geschirr beträgt im allgemeinen einige Hundertstel
des Topfbodendurchmessers in der einen oder der anderen Richtung (s. Fig. 3). Da
gutes handelsübliches Geschirr eine stetig verlaufende Bodenauswölbung, also in
Form eines Rotationskörpers aufweist, wird bei der neuen Anordnung vorausgesetzt,
daß der Wärmeübergang von der Platte zu den verschiedenen Topfböden unabhängig von
der Bodenauswölbung immer gleich groß wird, wenn gleiche Berührungsflächen für die
verschiedenen Topfböden geschaffen werden. Hieraus ergibt sich alsdann naturgemäß,
daß der Stromverbrauch nahezu unabhängig von der Auswölbung des Topfbodens ist.
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Ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden
beschrieben. Eine Kochplatte soll für beispielsweise fünf verschiedene Topfbodenverformungen
gleichen Stromverbrauch haben.
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In Fig. 3 ist ein Kochtopf T angedeutet, in welchem fünf Verformungen
a, b, c, d, e eingezeichnet sind. Die Auswölbungen sind im Verhältnis
zum Durchmesser des Topfes stark übertrieben gezeichnet. Die Wärmeleitungskochplatte
IL (Fig. q. und 5) ist in fünf flächengleiche Zonen (I, II, III, IV, V) aufgeteilt.
Die Zone I stellt die Wärmeberührungsfläche zwischen Topfboden a und der Kochplatte
dar. In ihrem Bereich wird die Kochplattenfläche so ausgebildet, daß Topfboden a
anliegt, d. h. sie erhält die gleiche Form wie Topfboden a.
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Die Zone II der Kochplatte wird dem Topfboden b zugeordnet und erhält,
unmittelbar an die Zone I anschließend, die Form dieses Topfbodens.
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In gleicher Weise stellt Zone III der Kochplatte die Wärmeberührungsfläche
mit dem Topfboden c dar. Sie schließt sich an die Zone 1I an. Das gleiche gilt entsprechend
von den Zonen IV und V, die den Topfbodenformen d und e zugeordnet sind.
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Auf diese Weise entsteht die in, Fig. q. dargestellte Querschnittsforrn
der Kochplatte K. Die Querschnittsform kannnatürlich in gleicher Weise auf die beliebige
andere Verteilung der Auswölbungen hergestellt werden. Es können z. B. die balligen
(konvexen) Verformungen halb so groß wie die hohlen (konkaven) Verformungen gewählt
werden. Die Ausbildung der Kochplattenform auf diesem Wege ist ferner nicht auf
Vollkochplatten beschränkt, sondern kann auch auf Ringkochplatten angewendet werden.
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In dem beschriebenen Beispiel der Konstruktion der Kochplattenflächenform
sind nur fünf Zonen gleicher Fläche angenommen worden. Bei der praktischen Ausführung
muß die Zahl der Zonen gleicher Fläche erheblich höher gewählt werden, um zu einem
guten Ergebnis zu kommen. Da diese Art der Festlegung der Flächenform zeitraubend
und mühsam ist, kann man sie durch rechnerische Behandlung ersetzen.
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Bezeichnet man mit D den äußeren Kochplattendurchmesser, p # D den
inneren Kochplattendurchmesser (bei Vollkochplatten wird P = o), v. #
D das über dem Kochplattendurchmesser D liegende Stichmaß der hohlen (-)
Topfbodenverformung am Grenzwert, vb - D das über dem Kochplattendurchmesser
D liegende Stichmaß der balligen (-1-) Topfbodenverformung
als
Grenzwert
(bei symmetrischen Grenzwerten der Topfbodenverformung = i), hx die Höhendifferenz
der begrenzten Radien einer Zone (s. Fig. 3), da einen beliebigen Durchmesser
der Kochplatte, H die Höhendifferenz zwischen dem Kreis vom Durchmesser da und dem
Kreis vom inneren Durchmesser PD ab, a die Nummer einer Zone, gewählt vom
inneren Durchmesser PD- ab, n die Gesamtzahl der gewählten Zonen, so gilt
für die Höchstdifferenz hz der Begrenzungen einer beliebigen Zone
Die Höchstdifferenz H errechnet sich hiernach zu
Aus der vorstehenden Gleichung ergibt sich die Kochplattenflächenform gemäß der
Erfindung für jede zwischen den Grenzwerten liegende regelmäßige Topfbodenverformung
und größtmöglichst gleiche Wärmeübertragungsfläche zwischen Kochplatte und Topfboden.
In der Fig. 6 sind Ausführungsbeispiele von Profilen von 18o-mm-Kochplatten dargestellt.
Die Kennlinie A gilt für Vollkochplatten, die Kurve B
als Beispiel
für ringförmig beheizte Platten bei Grenzverformungen der Böden zwischen"- 3 und
+ i mm. Die Profilüberhöhungen sind dabei um ein Vielfaches vergrößert gekennzeichnet.
Der höchste Punkt der Kurvenform ist in seiner Lage bestimmt durch die Gleichung
Solange f als endlicher Wert vorhanden ist, d. h. wenn eine ballige Topfbodenverformung
mit einbezogen wird, ist die Kochplatte, einerlei ob Voll-oder Ringkochplatte, im
inneren Teil konkav, im äußeren Teil aber konvex, wobei zwischen diesen Formen ein
stetiger Übergang stattfindet.
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Durch Untersuchungen wurde nun weiter festgegestellt, daß etwa vorhandene
kleinste Luftspalte zwischen Kochplatte und Topfboden den Wärmeübergang zwischen
Platte und Topf nicht merklich behindern. Dies ist so zu erklären, daß die in unmittelbarer
Höhe der Berührungsstelle vorhandenen allerkleinsten Luftspalte sich gleichartig
auswirken wie eine unmittelbare Berührung zwischen Kochplatte und Topf.
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Man ist auch in der Lage, dies rechnerisch nachzuweisen, wenn man
an Stelle der im vorhergehenden erwähnten metallischen Berührung zwischen Kochplatte
und Kochtopf einen sehr kleinen Luftspalt annimmt und nun die Wärmeleitung des gesamten
Luftspaltes zwischen Kochplatte und verschiedenen bombierten Töpfen berechnet. Für
eine nach diesem Verfahren gefundene Kochplattenform gilt hinsichtlich ihrer Gestaltung
ebenfalls die angegebene Gleichung. Die durch die Erfindung offenbarte rechnerisch
ermittelte Form der Kochplatte stimmt praktisch also nicht nur für die metallische
Berührung zwischen Kochplatte und Kochtopf, sondern auch für die unvermeidlich auftretenden
allerkleinsten Luftspalte zwischen diesen beiden. Infolgedessen hat auch die Kochplattenform
nicht die im ersten Beispiel (Fig. 4) dargestellte eckige Form, sondern eine flüssige
Kurvengestalt.
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Voraussetzung für die erfolgreiche praktische Anwendung dieser Form
der Kochplattenoberfläche ist, daß sie durch die Beanspruchungen des Betriebes keinerlei
Formänderungen erleidet. Man muß daher derartige Kochplatten so bauen bzw. solches
Material hierfür wählen, daß das Erzeugnis verwerfungsfest ist.
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Aus den Kurven der Fig. 7 und 8 sind die Ergebnisse der Kochplattenoberflächenform
nach der Erfindung zu ersehen.
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In Fig. 7 stimmt die Kurve A mit der nach Fig. 2 überein. Der Kochplatte
nach Kurve A wurde die Oberfläche nach Kurve A der Fig. 6 gegeben und die Abhängigkeit
des Stromverbrauches von der Topfbodenauswölbung durch Versuch bestimmt. Das Ergebnis
zeigt die Kurve B in Fig. 7. Diese Kurve ist für den Bereich der Berechnung nahezu
eine Gerade, wobei der Stromverbrauch der Platte ganz erheblich niedriger ist als
derjenigen Vollkochplatte, für welche die Kurve A gilt.
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In Fig. 8 ist der Kurvenverlauf für eine Ringkochplatte von i8o mm
Durchmesser dargestellt. Die Kurve A gilt für eine gewöhnliche Ringkochplatte. Die
Kurve B stellt die Charakteristik derselben Kochplatte dar, deren Oberflächenform
jedoch nach Fig. 6, Kurve B, gestaltet ist. Sie verläuft sehr flach, der Stromverbrauch
ist also nur in sehr geringem Maße von der Topfbodenverformung abhängig.
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Die Wärmeleitungskochplatte nach der Erfindung hat den Vorteil, daß
regelmäßig verformtes, handelsübliches Kochgeschirr zum-Kochen verwendet werden
kann, ohne daß der Stromverbrauch unzulässig hoch ist. Nicht nur der Stromverbrauch,
sondern auch die Zeitdauer des Ankochvorganges ist von der Topfbodenauswölbung im
wesentlichen unabhängig. Die Beschaffungskosten von Kochplatten nach der Erfindung
erhöhen sich nur unwesentlich gegenüber denen von Wärmeleitungskochplatten mit ebener
Kochoberfläche.