EP0015234A1 - Elektrisch beheizte Wärmeplatte - Google Patents
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
- H05B3/70—Plates of cast metal
Definitions
- the invention relates to an electrically heated device for heat transfer, in particular a hotplate.
- the present invention is therefore based on the object of providing an electrically heated device for heat transfer - in particular a hotplate - in which the heat transfer medium has a smaller heat capacity than conventional heat transfer carriers made of gray cast iron and the heating surface of which is hard, wear-resistant, heat-resistant and corrosion-resistant is.
- the object is achieved in that the device has a core made of an aluminum alloy, which is provided with a thermally sprayed, firmly adhering layer of oxide compounds of aluminum on its surface to be brought into contact with an object for heat transfer.
- Aluminum alloys are relatively soft materials and, moreover, show a drastic drop in Brinell hardness in the order of magnitude of 300 MN / m 2 when heated to temperatures above about 400 ° C. Aluminum alloys per se therefore appear unsuitable as materials for the heat transfer medium of hot plates, since they do not meet the requirements placed on the heating surface of a hot plate with regard to hardness and wear resistance.
- the thermal layer ie sprayed on by plasma or flame spraying, eliminates this lack of strength and leads to a heating surface that is resistant to mechanical damage.
- the thermally sprayed oxide layer can consist exclusively of aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
- Colored oxide compounds of aluminum of spinel type (MeA1 2 0 4 ) such as cobalt aluminum oxide (CoA1204) can additionally achieve a decorative effect, the layer, depending on the desired color intensity, a mixture of aluminum oxide and colored oxide compounds of aluminum or only colored oxide compounds of aluminum can have.
- the thickness of the thermally sprayed-on layer is advantageously between 100 and 400 ⁇ m, preferably between 150 and 250 ⁇ m.
- the thermally sprayed oxide layer can be ground or polished to reduce its roughness. In order to prevent undesired penetration of foreign substances into the slightly porous layer, it can also be sealed in a known manner, for example using boric acid or phosphoric acid solutions.
- the core can also be equipped with a temperature sensor that limits the maximum temperature to approximately 450 ° C.
- the device according to the invention shown in FIG. 1 has a core 1 made of an aluminum alloy, which has a thermally sprayed layer 2 of oxide compounds of aluminum on the surface to be brought into contact with the object to be heated - optionally with a part of metallic aluminum.
- the core 1 has channels 4 for receiving heating conductors 5.
- the grooves 4 can be arranged concentrically or spirally.
- the heating conductors 5 are embedded in the channels 4 with a heat-resistant cement.
- a core for a hotplate was produced from an aluminum alloy with 1.25% manganese and 0.63% iron and a total content of less than 0.2% of common impurities in a vacuum die casting process.
- the diameter of the core equipped with a flat heating surface was 15 cm.
- cermet layer consisting of 85% cobalt aluminum oxide (CoA1204) and 15% aluminum was applied to the heating surface using the plasma spray process. The surface was then briefly sanded.
- the thermal shock resistance of the sprayed-on layer was checked by cyclical heating to 450 ° C. and letting it cool to 50 ° C. After 300 cycles, no signs of a decrease in the adhesive strength or flaking of the layer were observed.
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Abstract
Eine elektrisch beheizte Vorrichtung zur Warmeübertragung insbesondere eine Kochplatte, weist einen Kern (1) aus einer Aluminiumlegerung auf. Dieser Kern (1) ist auf seiner zur Wärmeübertragung auf eine Gegenstand mit diesem in Berührung zu bringenden Oberfläche mit einer thermisch aufgespritzten, festhaftenden Schicht (2) aus Oxidverbindungen des Aluminiums versehen.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch beheizte Vorrichtung zur Wärmeübertragung, insbesondere eine Kochplatte.
- Bei bekannten, elektrisch beheizten Vorrichtungen zur Wärmeübertragung wie Kochplatten und dergleichen wird die durch elektrische Energie erzeugte Wärme zunächst auf einen im wesentlichen plattenförmigen Wärmeträger aus einem wärmeleitenden Werkstoff übertragen. Die Wärmeübertragung auf einen zu erwärmenden Gegenstand erfolgt über die sogenannte Heizfläche des Wärmeträgers, mit welcher der Gegenstand in direkte Berührung gebracht wird. Ueblicherweise bestehen derartige Wärmeträger aus Grauguss. Diese weisen jedoch einige Nachteile auf, die besonders bei Kochplatten augenfällig werden. Wegen der verhältnismässig hohen Wärmekapazität eines Wärmeträgers aus Grauguss und der damit verbundenen Trägheit der Kochplatte in bezug auf die Wärmeübertragung ist eine Schnell- bzw. Feinregulierung der auf den zu erwärmenden Gegenstand zu übertragenden Wärmemenge nicht möglich. Zudem führt die hohe Wärmekapazität eines Wärmeträgers aus Grauguss zu einem beträchtlichen Energieverlust, da die in den Wärmeträger eingebrachte Wärmemenge im allgemeinen nicht vollständig genutzt werden kann. Wärmeträger aus Grauguss haben überdies die unangenehme Eigenschaft, dass sie beim Kontakt mit gewissen Flüssigkeiten oberflächlich ankorrodieren.
- Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch beheizte Vorrichtung zur Wärmeübertragung - insbesondere eine Kochplatte - zu schaffen, bei welcher der Wärmeträger im Vergleich zu konventionellen, aus Grauguss gefertigten Wärmeträgern eine kleinere Wärmekapazität aufweist und dessen Heizfläche hart, verschleissfest, hitzebeständig und korrosionsresistent ist.
- Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen Kern aus einer Aluminiumlegierung aufweist, welcher auf seiner zur Wärmeübertragung auf einen Gegenstand mit seinem in Berührung zu bringenden Oberfläche mit einer thermisch aufgespritzten, festhaftenden Schicht aus Oxidverbindungen des Aluminiums versehen ist.
- Aluminiumlegierungen sind verhältnismässig weiche Werkstoffe und zeigen überdies bei Erwärmung auf Temperaturen über etwa 4000C einen drastischen Abfall der Brinellhärte in der Grössenordnung von 300 MN/m2. Als Werkstoffe für Wärmeträger von Kochplatten erscheinen daher Aluminiumlegierungen an sich ungeeignet, da sie den an die Heizfläche einer Kochplatte gestellten Anforderungen bezüglich Härte und Verschleissfestigkeit nicht genügen. Die thermisch, d.h. im Plasma- oder Flammspritzverfahren aufgespritzte Oxidschicht beseitigt diesen Mangel an Festigkeit und führt zu einer gegen mechanische Beschädigung widerstandsfähigen Heizfläche.
- Die thermisch aufgespritzte Oxidschicht kann ausschliesslich aus Aluminiumoxid (Al2O3) bestehen. Durch farbige Oxidverbindungen des Aluminiums von Spinelltyp (MeA1204) wie beispielsweise Kobaltaluminiumoxid (CoA1204) kann zusätzlich ein dekorativer Effekt erzielt werden, wobei die Schicht je nach gewünschter Farbintensität eine Mischung aus Aluminiumoxid und farbigen Oxidverbindungen des Aluminiums oder aber ausschliesslich farbige Oxidverbindungen des Aluminiums aufweisen kann.
- Die Dicke der thermisch aufgespritzten Schicht liegt vorteilhafterweise zwischen 100 und 400 µm, vorzugsweise zwischen 150 und 250 µm.
- Die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Kernmaterial und der aufgespritzten Oxidschicht führt beim Aufheizen zu Spannungen an der Phasengrence Metall/Oxid, was bei extremer Beanspruchung zu einem Refssen der Oxidschicht oder sogar zu einem Abplatzen derselben führen kann. Um dieser Gefahr zu begegnen, bieten sich die fclgenden zwei Möglichkeiten an:
- l. Die thermisch aufgespritzte Schicht wird als Cermet-Schicht ausgebildet, d.h. sie enthält neben Oxidverbindungen des Aluminiums zusätzlich metallisches Aluminium. Beim vorliegenden Erfindungsgegenstand hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Anteil des metallischen Aluminiums in der Schicht zwischen 5 und 40%, vorzugsweise zwischen 10 und 20% liegt.
- 2. Zwischen dem Kern und der thermisch aufgespritzten Schicht aus Oxidverbindungen des Aluminiums befindet sich eine thermisch aufgespritzte, metallische Zwischenschicht. Als besonders geeignete Werkstoffe für diese Zwischenschicht haben sich Aluminium sowie eine Nickel-Aluminium-Legierung mit einem Aluminiumgehalt von 20 bis 40% erwiesen. Die geeignete Schichtdicke liegt dabei zwischen 50 und 150 µm, vorzugsweise zwischen 80 und 120 pm.
- Für eine rationelle Serienfertigung des Kerns bieten sich die Druckgiessverfahren an. Eine zum Druckgiessen besonders geeignete Legierung weist die folgende Zusammensetzung auf:
- Mangan 1,0 bis 2,0%, vorzugsweise 1,2 bis 1,4 %
- Eisen 0,5 bis 1,0%, vorzugsweise 0,6 bis 0,8 %
- Aluminium Rest
- Es hat sich gezeigt, dass mit dieser im Druckgiessverfahren, insbesondere im Vakuumdruckgiessverfahren verarbeiteten Legierung die bei konventionellen Druckgusslegierungen bei Temperaturen über etwa 4000C auftretende Blasenbildung vollständig verhindert werden kann.
- Die thermisch aufgespritzte Oxidschicht kann im Bedarfsfall zur Verminderung ihrer Rauhigkeit überschliffen bzw. poliert werden. Um ein unerwünschtes Eindringen von Fremdstoffen in die leicht poröse Schicht zu verhindern, kann diese zudem auf bekannte Weise - beispielsweise mittels Borsäure - oder Phosphorsäurelösungen - versiegelt werden.
- Zur Vermeidung eines Anschmelzens des Kerns bei erhöhter Temperatur kann der Kern zusätzlich mit einem Temperaturfühler ausgestattet sein, der die Höchsttemperatur auf etwa 450°C begrenzt.
- Die durch die erfindungsgemässe Vorrichtung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass im Vergleich zu entsprechenden Vorrichtungen mit Wärmeträgern aus Grauguss eine Schnell - bzw. Feinregulierung der auf den zu erwärmenden Gegenstand zu übertragenden Wärmemenge möglich wird und Energieverluste als Folge der Wärmekapazität des Wärmeträgers beträchtlich vermindert werden.
- Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nachstehend- anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert und durch ein Beispiel weiter veranschaulicht. Es zeigt
- Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung,
- Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung in Oberflächennähe.
- Die in Fig. 1 dargestellte, erfindungsgemässe Vorrichtung weist einen Kern 1 aus einer Aluminiumlegierung auf, welcher auf der mit dem aufzuheizenden Gegenstand in Berührung zu bringenden Oberfläche eine thermisch aufgespritzte Schicht 2 aus Oxidverbindungen des Aluminiums - gegebenenfalls mit einem enteil an metallischem Aluminium - aufweist. Der Kern 1 weist Rinnen 4 zur Aufnahme von Heizleitern 5 auf. Bei einer kreisrunden Gestalt des Kerns können die Rinnen 4 konzentrisch oder spiralförmig angeordnet sein. Die Heizleiter 5 werden mit einem hitzebeständigen Zement in die Rinnen 4 eingebettet.
- Fig.2 zeigt eine thermisch aufgespritzte, metallische Zwischenschicht 3, die zwischen dem Kern 1 und der thermisch aufgespritzten Oxidschicht 2 liegt.
- Aus einer Aluminiumlegierung mit 1,25% Mangan und 0,63% Eisen und einem Gehalt an üblichen Verunreinigungen von insgesamt weniger als 0,2% wurde im Vakuumdruckgiessverfahren ein Kern für eine Kochplatte hergestellt. Der Durchmesser des mit einer ebenen Heizfläche ausgestatteten Kerns betrug 15 cm.
- Nach dem Sandstrahlen mit Korund wurde auf die Heizfläche im Plasmaspritzverfahren eine 200 µm dicke, aus 85% Kobaltaluminiumoxid (CoA1204) und 15% Aluminium bestehende Cermet-Schicht aufgetragen. Die Oberfläche wurde anschliessend kurz bandgeschliffen.
- Die Temperaturwechselbeständigkeit der aufgespritzten Schicht wurde durch zyklisches Aufheizen auf 450°C und Abkühlenlassen auf 50°C überprüft. Nach 300 Zyklen konnten keine Anzeichen einer Verminderung der Haftfestigkeit bzw. eines Abplatzens der Schicht beobachtet werden.
Claims (11)
- l.Elektrische beheizte Vorrichtung zur Wärmeübertragung, insbesondere Kochplatte, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen.Kern (1) aus einer Aluminiumlegierung aufweist, welcher Kern (1) auf seiner zur Wärmeübertragung auf einem Gegenstand mit diesem in Berührung zu bringenden Oberfläche mit einer thermisch aufgespritzten, festhaftenden Schicht (2) aus Oxidverbindungen des Aluminiums versehen ist.
- 2.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch aufgespritzte Schicht aus Aluminiumoxid besteht.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische aufgespritzte Schicht aus farbigen Oxidverbindungen des Aluminiums vom Spinelltyp, vorzugsweise aus Kobaltaluminiumoxid besteht.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch aufgespritzte Schicht aus einer Mischung von Aluminiumoxid und farbigen Oxidverbindungen des Aluminiums besteht.
- 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch aufgespritzte Schicht 5 bis 40%, vorzugsweise 10 bis 20% metallisches Aluminium enthält.
- 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch aufgespritzte Schicht eine Dicke von 100 bis 400 µm, vorzugsweise von 150 bis 250 µm aufweist.
- 7, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kern und der thermisch aufgespritzten Schicht aus Oxidverbindungen des Aluminiums eine thermisch aufgespritzte Zwischenschicht (3) aus Aluminium vorhanden ist.
- 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kern und der thermisch aufgespritzten Schicht aus Oxidverbindungen des Aluminiums eine thermisch aufgespritzte Zwischenschicht aus einer Nickel-Aluminium-Legierung mit einem Aluminiumgehalt von 20 bis 40% vorhanden ist.
- 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch aufgespritzte Zwischenschicht eine Dicke von 50 bis 150 µm, vorzugsweise von 80 bis 120 µm aufweist.
- 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung des Kerns aus 1,5 bis 2,0%, vorzugsweise 1,2 bis 1,4% Mangan und 0,5 bis 103, vorzugsweise 0,6 bis 0,8% Eisen, Rest im wesentlichen Aluminium, besteht.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ein im Druckgiessverfahren, vorzugsweise im Vakuumdruckgiessverfahren hergestelltes Produkt ist.
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