EP0991299A2 - Kontaktwärmeübertragendes elektrisches Kochsystem und Verfahren zum Betreiben eines entsprechenden Kochsystems - Google Patents

Kontaktwärmeübertragendes elektrisches Kochsystem und Verfahren zum Betreiben eines entsprechenden Kochsystems Download PDF

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EP0991299A2
EP0991299A2 EP99119462A EP99119462A EP0991299A2 EP 0991299 A2 EP0991299 A2 EP 0991299A2 EP 99119462 A EP99119462 A EP 99119462A EP 99119462 A EP99119462 A EP 99119462A EP 0991299 A2 EP0991299 A2 EP 0991299A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hotplate body
cooking system
heating
cooking
hotplate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99119462A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0991299A3 (de
Inventor
Gerhard Schmidmayer
Lars Schubert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP0991299A2 publication Critical patent/EP0991299A2/de
Publication of EP0991299A3 publication Critical patent/EP0991299A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • H05B3/746—Protection, e.g. overheat cutoff, hot plate indicator
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/07—Heating plates with temperature control means

Definitions

  • the present invention relates to a contact heat-transferring electric cooking system with a hotplate body for heating a cooking vessel which can be placed on the upper side thereof, with a centrally arranged first heating element held on the underside and at least one second heating element arranged peripherally thereto, to which at least one temperature sensor is assigned, and with a control unit, which is connected to the heating elements and the temperature sensors for controlling the heating power of the cooking system, and a method for operating the cooking system.
  • Such a cooking system is known from the publication DE 197 01 640 A1, the electric hotplate transmitting the contact heat consisting of a non-oxide ceramic, in particular of silicon nitride.
  • Its very thin hotplate body is self-supporting in the form of a disc in a built-in plate, for example a glass ceramic plate, and has an extremely flat surface or the surface contour of a special cooking vessel base. This results in such a small gap to the bottom of the cooking vessel that thermal coupling is possible even with greater power densities with only a small K temperature difference.
  • the cooking surface of the hotplate body is convexly curved upwards in the form of a spherical cap. In such an embodiment, it is necessary that the lower surface of the The bottom of the saucepan has the appropriate shape, ie in this case it is concavely curved in the same way.
  • the object of the present invention is to provide a cooking system according to the preamble of claim 1, the high efficiency of which is essentially independent of the contour of the underside of the pan base.
  • this is achieved in a cooking system according to the preamble of claim 1 in that the control unit sets a temperature or linear expansion gradient in the hotplate body from the central area to the peripheral area thereof through the predefined heating outputs of the heating elements and thereby a defined curvature of the hotplate body for minimization of the distance between the top of the hotplate body and the bottom of the cooking vessel.
  • the method according to the invention for operating the cooking system is characterized in that, at least in a certain phase of the heating process, the temperature in the central area of the hotplate body is kept higher than in the peripheral area by a control unit in order to achieve a defined curvature of the hotplate body in the direction of the cooking vessel base located above it .
  • the defined temperature gradients in the hotplate body cause corresponding stresses in the hotplate body, which cause its defined curvature.
  • the cooking system according to the invention is suitable for setting the degree of curvature or the flatness of the top of the hotplate body in a defined manner. This makes it possible, irrespective of the contour of the bottom of the cooking vessel, to make the distance or air gap suitably small. Regardless of the cooking vessel used, a good thermal coupling of the hotplate body to the cooking vessel is always ensured.
  • a surface protective layer using the sol-gel technique is advantageously applied to the top of the hotplate body.
  • this prevents protection against the tarnishing of stainless steel hotplate bodies or scratching or other soiling.
  • extremely thin protective layers can be easily implemented using sol-gel technology.
  • the sol-gel layer can be applied to the hotplate body, for example, in a simple immersion process.
  • the low baking temperatures compared to the enamelling technique are particularly favorable in the sol-gel technique.
  • the applied sol-gel layers are also suitable for the temperatures typical in such cooking systems.
  • the layer thicknesses are only a few ⁇ m. Due to the sol-gel technique the layers applied, despite their low thickness, both in the case of a multi-layer technique on one another and on the substrate material itself, in particular metal, have great stability and great adhesion.
  • the hotplate body is formed in a dome-shaped manner at approximately 20 ° C.
  • This curvature away from the underside of the pot bottom can be realized in particular by a crowning of a metal plate serving as a hotplate body or another suitable material. This ensures that pots with cup bases that curve downward in the form of a dome can be placed on the cooking system in a stable manner and at the same time a large-area thermal contact between the hotplate body and the pot base is possible.
  • the material of the hotplate body is advantageously metal, in particular stainless steel or aluminum. Compared to, for example, silicon nitride, metal in particular has the better thermal conductivity properties and also cost advantages. On the one hand for reasons of stability and on the other hand for reasons of cost, the thickness of the metal plate advantageously ranges between approximately 2 and 5 mm.
  • an expansion plate is held essentially in the central region of the hotplate body, the coefficient of thermal expansion of which differs from that of the hotplate body.
  • the hotplate body has a flat recess on its underside in the central area. In terms of production technology, this is easier than holding the insert in the hotplate body.
  • the central recess for example in the form of a spherical cap, on the underside of the hotplate body in its central region, the heating process leads to tangential and radial tensile stresses. These cause the hotplate body to bend upwards or towards the underside of the cooking vessel base.
  • a sensor system is preferably provided to detect the large-area contact between the bottom of the cooking vessel and the top of the hotplate body.
  • This can be implemented, for example, by a capacitive sensor arrangement.
  • the changing capacitance between the two plates with changing distance between the top of the hotplate body and the underside of the pan base is used in a manner known per se as a measurement signal.
  • the control unit evaluates the rate of change in the temperature of the hotplate body over time during the heating process. This takes advantage of the fact that, with a known heating power supplied, the temperature rise of the hotplate body is significantly reduced if there is sufficient thermal power contact between the pan base and the hotplate body.
  • the cooking vessel manufacturers could announce the flatness or the degree of curvature of the base of the pan, and for the operator to be able to predefine the cooking system via an input unit at the start of the respective cooking process.
  • the control unit then calculates the corresponding heating outputs or heating output profiles of the first and second radiators from the specified curvature and the desired or set heating output.
  • control unit keeps the temperature difference between the central area and the peripheral area of the hotplate body and thus its curvature essentially constant from the detection of sufficient thermal contact between the two. Furthermore, the control unit guarantees, by means of a correspondingly adapted heating output of the two heating elements, that the heating output specified by an operator via the operating unit is reached.
  • control unit first controls the second heating element arranged in the peripheral region of the hotplate body for a certain time.
  • the peripheral area is heated relative to the central area of the hotplate body. Tangential and radial tensile stresses are created in the peripheral area of the hotplate body. As a result of these tensile stresses increases the size of the radiator and excellent flatness of the surface of the hotplate body is achieved.
  • a hob has a glass ceramic plate 1, in or below which a cooking system 3 is held.
  • a circular hotplate body 5 made of stainless steel is placed in a circular opening of the glass ceramic plate 1 from above.
  • a pot 6 known per se is placed with an underside of the pot bottom (shown in broken lines).
  • an undesirable air gap is formed at room temperature between the top of the hotplate body 5 and the underside of the pan base 6, which affects the heat transfer from the hotplate body 5 to the pan base 6.
  • the hotplate body 5 is designed as a 4 mm thick disc, the upper side of which is provided with an approximately 5 ⁇ m thick transparent protective layer 13 applied using the sol-gel technique.
  • the protective layer is also possible to color and / or make opaque.
  • the protective layer 13 protects the stainless steel during operation, in particular from tarnishing and scratching.
  • the hotplate body 5 On the top of the hotplate body 5 facing the pot 6, the hotplate body 5 has a circumferentially extending shoulder 7 with which the hotplate body 5 lies on the edge region of the opening of the glass ceramic plate 1.
  • a sufficient gap 9 is formed on the circumferential side between the side wall of the hotplate body 5 and the wall of the opening of the glass ceramic plate 1 in order to allow the hotplate body 5 to expand radially when it is heated in the heating process in accordance with the operating procedure.
  • at least the gap 9 is partially filled with silicone adhesive 11.
  • the hotplate body 5 can be held in the opening of the glass ceramic plate 1 by holding devices (not shown).
  • a dome-shaped recess 15 is formed on the underside of the stainless steel plate 5 in the central area. This extends approximately over half the diameter of the hotplate body 5 and reaches its maximum depth in the center or center of the circular disk 5.
  • an electrical insulation layer (not shown in more detail), for example using the sol-gel technique or an enamelling technique upset.
  • a large area of a first heating element 17 is printed on this insulation layer in the region of the recess 15, that is to say in the central region of the hotplate body 5, in particular using thick-film technology with a suitable paste.
  • the first heating element 17 can, for example, run in a spiral and have a plurality of sub-heating circuits connected in series and / or in parallel (not shown).
  • a second heating element 21 and a second temperature sensor 23 are printed over a large area outside the recess 15 in the annular peripheral region of the hotplate body 5.
  • the heating elements 17, 21 and sensors 19, 23 can in turn be covered with a protective layer (not shown).
  • a thermal insulation layer is provided below the heating elements 17, 21 in order to reduce the energy losses of the cooking system 3 below the glass ceramic plate 1 (not shown).
  • the cooking system 3 has an electronic control unit 25, which connects to the first and second heating elements 17, 21 and the first via connecting lines 27 and second temperature sensor 19, 23 is connected. Furthermore, the control unit 25 is connected via control lines 29 to circuit breakers (not shown in more detail) which serve to control the heating power of the heating elements 17, 21. In order to make the power control particularly sensitive, it can be implemented by an oscillation or pulse packet control or a suitable phase control. The appropriate switching or control of mains half-waves ensures that the prescribed flicker rates are observed.
  • An input unit 31 is also connected to the control unit 25. The operator can use this to specify, for example, the desired heating output and, if appropriate, also the nature, in particular the curvature, of the base of the pot.
  • the functioning of the cooking system according to the first exemplary embodiment shown in FIG. 1 can be, for example, the following:
  • the operator specifies a desired output and at the same time the degree of curvature of the pan base used, which is known to him, in the input unit 31.
  • the heating process can also take place fully automatically according to FIG. 2 if the curvature of the pot base 6 is unknown.
  • the control unit 25 switches a limited heating output to the second heating element 21, which is arranged in the peripheral region of the hotplate body 5. This causes tangential and radial tensile stress in the peripheral area, which results in an increase in the circumference or an extension of the hotplate body 5.
  • a complete flatness of the top of the hotplate body 5 can be achieved.
  • This first phase can be completed after a few seconds, for example 15 to 30 seconds. If a pot 6 is placed on the hotplate body 5 with a completely flat bottom of the pot bottom, the actual heating process can be started immediately afterwards.
  • the heating power of the first heating element 17 is increased at time t2 according to FIG. 2.
  • the plate deformation takes place on account of the mechanical effects caused by the heating of the central area Tensions continue towards the bottom of the pot 6, ie the stainless steel plate 5 bulges upwards.
  • the control unit 25 recognizes that the thermal contact between the bottom of the pot 6 and the top of the hotplate body 5 is sufficiently large, ie that the air gap originally present between them is reduced to a minimum.
  • This contact detection is based on the fact that from the time of sufficient thermal contact between the bottom of the pot and the top of the hotplate body 5, the temperature rise per unit of time decreases significantly in the central and peripheral areas. This is caused by the fact that as a result of the good heat-conducting contact between the pot 6 and the hotplate body 5, significantly more heat is removed from the overall system.
  • Typical values for the time interval from time t2 to time t3 can be 30 to 60 seconds.
  • the desired heating output is then set and, at the same time, the required degree of curvature of the hotplate body 5 for establishing a heat-conducting contact to the underside of the pan base 6 is ensured. If it is determined when the desired heating power is reached that the distance between the top of the hotplate body 5 and the bottom of the pan base 6 has increased undesirably, the said temperature gradient is reset by the control unit 25.
  • the hotplate body 5 is in each case slightly modified from that of the first exemplary embodiment.
  • the hotplate body is 5 each with a crown of about 0.1 mm.
  • the hotplate body 5 is designed as a dome that is curved downward in the central region away from the base of the pot.
  • a round plate-shaped insert part 43 can also be inserted into a correspondingly shaped circular recess in the underside of the hotplate body 5. This has a larger coefficient of thermal expansion than the hotplate body 5.
  • the function of the hotplate body 5 according to the third exemplary embodiment corresponds to that of the first and second exemplary embodiment, the mechanical stresses in the hotplate body 5 being caused in particular by the different material properties or coefficients.
  • phase a the hotplate body 5 has a dome-shaped contour that curves downward. To change this, heat is supplied to the peripheral region of the hotplate body 5 via the second heating element 21. In phase b, this leads to complete flatness of the hotplate body 5 due to the mechanical stresses that arise, as explained above.
  • phase c the first heating element 17 in the region of the recess 15 is first subjected to heating power in order to prevent the hotplate body 5 from arching To reach the bottom of the pot 6. Due to the temperature gradient present in the hotplate body 5, the hotplate body 5 bulges into the upwardly curved pot base 6 until there is sufficient thermal contact between the pot base 6 and the hotplate body 5.

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Abstract

Bekannt ist ein kontaktwärmeübertragendes elektrisches Kochsystem mit einem Kochplattenkörper zur Erwärmung eines auf dessen Oberseite abstellbaren Kochgefäßes, mit einem an dessen Unterseite gehalterten, zentral angeordneten ersten Heizelement und zumindest einem dazu peripher angeordneten zweiten Heizelement, denen jeweils zumindest ein Temperatursensor zugeordnet ist, und mit einer Steuereinheit, die mit den Heizelementen und den Temperatursensoren zur Steuerung der Heizleistung des Kochsystems verbunden ist. Um den hohen Wirkungsgrad des Kochsystems bei beliebigen Topfbodenkonturen sicherstellen zu können, stellt die Steuereinheit durch die Vorgabe definierter Heizleistungen der Heizelemente einen Temperatur- bzw. Längenausdehnungsgradienten in dem Kochplattenkörper von dessen Zentralbereich zu dessen Peripherbereich ein, wodurch eine definierte Wölbung des Kochplattenkörpers zur Minimierung des Abstandes zwischen der Oberseite des Kochplattenkörpers und dem Kochgefäßboden eingestellt ist. <IMAGE>

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontaktwärmeübertragendes elektrisches Kochsystem mit einem Kochplattenkörper zur Erwärmung eines auf dessen Oberseite abstellbaren Kochgefäßes, mit einem an dessen Unterseite gehalterten, zentral angeordneten ersten Heizelement und zumindest einem dazu peripher angeordneten zweiten Heizelement, denen jeweils zumindest ein Temperatursensor zugeordnet ist, und mit einer Steuereinheit, die mit den Heizelementen und den Temperatursensoren zur Steuerung der Heizleistung des Kochsystems verbunden ist, und ein Verfahren zum Betreiben des Kochsystems.
  • Ein derartiges Kochsystem ist bekannt aus der Druckschrift DE 197 01 640 A1, wobei die die Kontaktwärme übertragende Elektrokochplatte aus einer nichtoxydischen Keramik, insbesondere aus Silitiumnitrid besteht. Ihr sehr dünner Kochplattenkörper ist in Form einer Scheibe in eine Einbauplatte, z.B. einer Glaskeramikplatte, selbsttragend durch Klebung eingebaut und besitzt eine extrem ebene oder aber in ihrer Oberflächenkontur an einen speziellen Kochgefäßboden angepaßte Oberfläche. Dadurch ist ein so geringer Spalt zum Kochgefäßboden erreicht, daß eine thermische Ankopplung auch bei größeren Leistungsdichten mit nur wenig K Temperaturdifferenz möglich ist. Beispielsweise ist die Kochfläche des Kochplattenkörpers in Form einer Kugelkalotte ballig (konvex) nach oben gewölbt. Bei einer solchen Ausführung ist es notwendig, daß die untere Fläche des Kochtopfbodens die entsprechende Gestalt hat, d.h. in diesem Falle in gleicher Weise konkav gewölbt ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kochsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bereitzustellen, dessen hoher Wirkungsgrad im wesentlichen unabhängig von der Kontur der Unterseite des Topfbodens ist.
  • Erfindungsgemäß ist dies bei einem Kochsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch erreicht, daß die Steuereinheit durch die Vorgabe definierter Heizleistungen der Heizelemente einen Temperatur- bzw. Längenausdehnungsgradienten in dem Kochplattenkörper von dessen Zentralbereich zu dessen Peripherbereich einstellt und dadurch eine definierte Wölbung des Kochplattenkörpers zur Minimierung des Abstandes zwischen der Oberseite des Kochplattenkörpers und dem Kochgefäßboden einstellt. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Kochsystems ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einer bestimmten Phase des Heizvorganges durch eine Steuereinheit die Temperatur im Zentralbereich des Kochplattenkörpers höher gehalten wird als im Peripherbereich, um eine definierte Wölbung des Kochplattenkörpers in Richtung auf den darüber befindlichen Kochgefäßboden zu erzielen. Beispielsweise werden durch den definiert eingestellten Temperaturgradienten im Kochplattenkörper entsprechende Spannungen in diesem verursacht, die dessen definierte Wölbung bewirken. Das erfindungsgemäße Kochsystem ist geeignet, den Wölbungsgrad bzw. die Ebenheit der Oberseite des Kochplattenkörpers definiert einzustellen. Dadurch ist es unabhängig von der Kontur des Kochgefäßbodens möglich, den Abstand bzw. Luftspalt geeignet klein zu gestalten. Unabhängig vom verwendeten Kochgefäß ist stets eine gute thermische Ankopplung des Kochplattenkörpers an das Kochgefäß sichergestellt.
  • Vorteilhafterweise ist auf der Oberseite des Kochplattenkörpers eine Oberflächenschutzschicht in Sol-Gel-Technik aufgebracht. Dadurch ist zum einen ein Schutz gegen das Anlaufen von Kochplattenkörpern aus Edelstahl oder ein Verkratzen oder sonstiges Verschmutzen verhindert. Zum anderen können extrem dünne Schutzschichten verfahrenstechnisch einfach in der Sol-Gel-Technik realisiert sein. Dabei ist die Sol-Gel-Schicht beispielsweise in einem einfachen Tauchverfahren auf den Kochplattenkörper aufbringbar. Insbesondere sind bei der Sol-Gel-Technik die im Vergleich zur Emaillierungstechnik niedrigen Einbrenntemperaturen besonders günstig. Auch sind die aufgebrachten Sol-Gel-Schichten für die bei derartigen Kochsystemen typischen Temperaturen geeignet. Die Schichtstärken betragen dabei nur wenige µm. Aufgrund der Sol-Gel-Technik verfügen die aufgebrachten Schichten trotz ihrer geringen Stärke sowohl im Falle einer Mehrschichttechnik aufeinander als auch auf dem Substratmaterial selbst, insbesondere Metall, über eine große Stabilität und ein großes Anhaftvermögen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kochplattenkörper bei etwa 20°C kalottenförmig vertieft ausgebildet. Diese Wölbung von der Topfbodenunterseite weg kann insbesondere durch eine Bombierung einer als Kochplattenkörper dienenden Metallplatte oder einem anderen geeigneten Material realisiert sein. Dadurch ist sichergestellt, daß Töpfe mit kalottenförmig nach unten gewölbten Topfböden auf dem Kochsystem stabil abgestellt werden können und zugleich ein großflächiger Wärmekontakt zwischen dem Kochplattenkörper und dem Topfboden möglich ist.
  • Aus umfangreichen Versuchsreihen hat sich ergeben, daß die Tiefe der Kalotte bzw. des schalenförmig gestalteten Kochplattenkörpers maximal etwa 0,1 mm beträgt. Dadurch ist zum einen sichergestellt, daß nahezu alle am Markt erhältlichen Kochgefäße problemlos auf dem Kochsystem abgestellt werden können, und daß zum anderen die Steuerung der Wölbung des Kochplattenkörpers auch in Richtung nach oben gewölbter Kochgefäßböden realisierbar ist.
  • Vorteilhafterweise ist das Material des Kochplattenkörpers Metall, insbesondere Edelstahl oder auch Aluminium. Metall besitzt gegenüber beispielsweise Silitiumnitrid insbesondere die besseren Wärmeleitungseigenschaften und ebenso Kostenvorteile. Einerseits aus Stabilitätsgründen und andererseits aus Kostengründen bewegt sich die Stärke der Metallplatte vorteilhafterweise etwa zwischen 2 und 5 mm.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im wesentlichen im Zentralbereich des Kochplattenkörpers eine Ausdehnungsplatte gehaltert, deren Temperaturlängenausdehnungskoeffizient von dem des Kochplattenkörpers abweicht. Bei einer Erwärmung des Kochplattenkörpers kommt es aufgrund der unterschiedlichen Längenausdehnungskoeffizienten zur Wölbung des Kochplattenkörpers in Richtung Topfboden bzw. nach oben. Alternativ dazu weist der Kochplattenkörper an dessen Unterseite im Zentralbereich eine flächige Aussparung auf. Dies ist fertigungstechnisch einfacher als das Haltern des Einsetzteils im Kochplattenkörper. Infolge der zentrischen beispielsweise kugelkalottenförmigen Aussparung an der Unterseite des Kochplattenkörpers in dessen Zentralbereich kommt es aufgrund des Beheizungsvorgangs zu tangentialen und radialen Zugspannungen. Diese verursachen eine Wölbung des Kochplattenkörpers nach oben bzw. auf die Unterseite des Kochgefäßbodens zu.
  • Um das Ausmaß der Wölbung des Kochplattenkörpers steuern zu können, ist bevorzugter Weise eine Sensorik zur Erkennung des großflächigen Kontaktes zwischen dem Kochgefäßboden und der Oberseite des Kochplattenkörpers vorgesehen. Dies kann beispielsweise durch eine kapazitive Sensoranordnung realisiert sein. Dabei wird die sich mit veränderndem Abstand zwischen der Oberseite des Kochplattenkörpers und der Unterseite des Topfbodens verändernde Kapazität zwischen den beiden Platten in an sich bekannter Weise als Meßsignal verwendet. Eine weitere Alternative besteht darin, daß die Steuereinheit die Änderungsrate der Temperatur des Kochplattenkörpers mit der Zeit während des Aufheizvorganges auswertet. Dabei wird ausgenutzt, daß sich bei bekannter zugeführter Heizleistung der Temperaturanstieg des Kochplattenkörpers deutlich verringert, wenn ein ausreichender Wärmeleistungskontakt zwischen dem Topfboden und dem Kochplattenkörper hergestellt ist. Weiterhin wäre es auch möglich, daß von den Kochgefäßherstellern die Ebenheit bzw. der Wölbungsgrad des Topfbodens jeweils bekanntgegeben wird, und über eine Eingabeeinheit von der Bedienperson beim Beginn des jeweiligen Kochvorganges dem Kochsystem vorgebbar ist. Die Steuereinheit berechnet sich dann aus der vorgegebenen Wölbung und der gewünschten bzw. eingestellten Heizteistung die entsprechenden Heizleistungen bzw. Heizleistungsprofile des ersten und zweiten Heizkörpers.
  • Um den Wärmekontakt zwischen dem Topfboden und der Oberseite des Kochplattenkörpers nicht unnötig zu verschlechtern, hält die Steuereinheit ab der Detektion eines ausreichenden Wärmekontaktes zwischen beiden den Temperaturunterschied zwischen dem Zentralbereich und dem Peripherbereich des Kochplattenkörpers und damit dessen Wölbung im wesentlichen konstant. Weiterhin garantiert die Steuereinheit durch eine entsprechend angepaßte Heizleistung der beiden Heizelemente ein Erreichen der über die Bedieneinheit von einer Bedienperson vorgegebenen Heizleistung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform steuert die Steuereinheit zunächst für eine bestimmte Zeit das zweite, im Peripherbereich des Kochplattenkörpers angeordnete Heizelement. Dadurch wird der Peripherbereich relativ zum Zentralbereich des Kochplattenkörpers erwärmt. Es werden tangentiale und radiale Zugspannungen im Peripherbereich des Kochplattenkörpers hervorgerufen. Als Folge dieser Zugspannungen vergrößert sich der Umfang des Heizkörpers und es wird ausgezeichnete Ebenheit der Oberfläche des Kochplattenkörpers erreicht.
  • Nachfolgend sind anhand schematischer Darstellungen drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kochsystems und des entsprechenden Verfahrens zum Betreiben der Kochsysteme beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    stark vereinfacht in einer Seitenansicht zum Teil in Schnittdarstellung das Kochsystem mit darauf abgestelltem Topf gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 2
    ein Diagramm stark vereinfacht mit dem zeitlichen Verlauf der Heizleistungen des Kochsystems,
    Fig. 3
    den Kochplattenkörper des Kochsystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 4
    den Kochplattenkörper des Kochsystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, und
    Fig. 5
    stark schematisiert drei Phasen des Heizvorganges bei einem Kochplattenkörper gemäß dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel.
  • Gemäß Fig. 1 weist ein Kochfeld eine Glaskeramikplatte 1 auf, in bzw. unterhalb der ein Kochsystem 3 gehaltert ist. Dabei ist in eine kreisförmige Öffnung der Glaskeramikplatte 1 von oben ein kreisförmiger Kochplattenkörper 5 aus Edelstahl gesetzt. Auf der Oberseite des Kochplattenkörpers 5 ist ein an sich bekannter Topf 6 mit einer nach oben gewölbten Topfbodenunterseite gestellt (in unterbrochenen Linien gezeigt). Dadurch ist gemäß Fig. 1 bei Raumtemperatur zwischen der Oberseite des Kochplattenkörpers 5 und der Unterseite des Topfbodens 6 ein unerwünschter Luftspalt ausgebildet, der die Wärmeübertragung vom Kochplattenkörper 5 zum Topfboden 6 beeinträchtigt. Der Kochplattenkörper 5 ist als 4 mm starke Scheibe ausgebildet, deren Oberseite mit einer etwa 5 µm starken transparenten, in Sol-Gel-Technik aufgebrachten Schutzschicht 13 versehen ist. Alternativ ist es auch möglich die Schutzschicht einzufärben und/oder undurchsichtig zu gestalten. Die Schutzschicht 13 schützt das Edelstahl im Betrieb insbesondere vor dem Anlaufen und dem Verkratzen. An der dem Topf 6 zugewandten Oberseite des Kochplattenkörpers 5 weist dieser eine sich umfangsseitig erstreckende Schulter 7 auf, mit der der Kochplattenkörper 5 auf dem Randbereich der Öffnung der Glaskeramikplatte 1 liegt. Um eine radiale Ausdehnung des Kochplattenkörpers 5 bei dessen betriebsgemäßer Erwärmung im Heizvorgang zu ermöglichen, ist umfangsseitig zwischen der Seitenwand des Kochplattenkörpers 5 und der Wand der Öffnung der Glaskeramikplatte 1 ein ausreichender Spalt 9 gebildet. Zur Befestigung und Abdichtung der Anordnung ist zumindest der Spalt 9 zum Teil mit Silikonkleber 11 gefüllt. Weiterhin kann der Kochplattenkörper 5 durch nicht näher gezeigte Haltevorrichtungen in der Öffnung der Glaskeramikplatte 1 gehaltert sein.
  • Gemäß Fig. 1 ist an der Unterseite der Edelstahlplatte 5 im Zentralbereich eine kalottenförmige Aussparung 15 ausgebildet. Diese erstreckt sich etwa über die Hälfte des Durchmessers des Kochplattenkörpers 5 und erreicht ihre maximale Tiefe im Mittelpunkt bzw. Zentrum er Kreisscheibe 5. Auf die Unterseite des Kochplattenkörpers 5 ist eine nicht näher gezeigte elektrische Isolationsschicht beispielsweise in Sol-Gel-Technik oder in einer Emaillierungstechnik aufgebracht. Auf diese Isolationsschicht ist im Bereich der Aussparung 15, also im Zentralbereich des Kochplattenkörpers 5, insbesondere in Dickschichttechnik mit einer geeigneten Paste, großflächig ein erstes Heizelement 17 aufgedruckt. Das erste Heizelement 17 kann beispielsweise spiralförmig verlaufen und mehrere seriell und/oder parallel geschaltete Unterheizkreise aufweisen (nicht gezeigt). Weiterhin ist im Bereich der Aussparung 15 ein ebenfalls in Dickschichttechnik aufgebrachter erster Temperatursensor 19 vorgesehen. Dieser ist geeignet angeordnet, um die Temperatur im Bereich der Aussparung 15 des Kochplattenkörpers 5 erfassen zu können. Entsprechend dem ersten Heizelement 17 und dem ersten Temperatursensor 19 sind im ringförmigen Peripherbereich des Kochplattenkörpers 5 außerhalb der Aussparung 15 großflächig ein zweites Heizelement 21 und ein zweiter Temperatursensor 23 aufgedruckt. Die Heizelemente 17, 21 und Sensoren 19, 23 können wiederum mit einer Schutzschicht bedeckt sein (nicht gezeigt). Weiterhin ist unterhalb der Heizelemente 17, 21 eine thermische Isolationsschicht vorgesehen, um die Energieverluste des Kochsystems 3 unterhalb der Glaskeramikplatte 1 zu verringern (nicht gezeigt).
  • Das Kochsystem 3 weist eine elektronische Steuereinheit 25 auf, die über Verbindungsleitungen 27 mit dem ersten und zweiten Heizelement 17, 21 und dem ersten und zweiten Temperatursensor 19, 23 verbunden ist. Weiterhin ist die Steuereinheit 25 über Steuerleitungen 29 mit nicht näher dargestellten Leistungsschaltern verbunden, die zur Steuerung der Heizleistung der Heizelemente 17, 21 dienen. Um die Leistungssteuerung besonders feinfühlig zu gestalten, kann diese durch eine Schwingungs- bzw. Impulspaketsteuerung oder eine geeignete Phasenanschnittssteuerung realisiert sein. Dabei ist durch das geeignete Schalten oder Ansteuern von Netzhalbwellen sichergestellt, daß die vorgeschriebenen Flickerraten eingehalten werden. Weiterhin ist mit der Steuereinheit 25 eine Eingabeeinheit 31 verbunden. Über diese können beispielsweise die gewünschte Heizleistung und gegebenenfalls auch die Beschaffenheit, insbesondere das Wölbungsmaß des Topfbodens von einer Bedienperson vorgegeben werden.
  • Die Funktionsweise des Kochsystems gemäß dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise die folgende sein: Die Bedienperson gibt einen Leistungswunsch und zugleich den ihr bekannten Wölbungsgrad des verwendeten Topfbodens in die Eingabeeinheit 31 vor. Über in einer Tabelle der Steuereinheit 25 abgespeicherte Parameter steuert diese den zeitlichen Ablauf und die Werte der Heizleistungen der beiden Heizelemente 17 und 21 auf das bekannte Wölbungsmaß, wie nachfolgend noch ausführlicher erläutert ist.
  • Andererseits kann der Heizvorgang voll automatisiert auch gemäß Fig. 2 ablaufen, wenn die Wölbung des Topfbodens 6 unbekannt ist. Zunächst schaltet dabei zum Zeitpunkt t1 die Steuereinheit 25 eine begrenzte Heizleistung auf das zweite Heizelement 21, das im Peripherbereich des Kochplattenkörpers 5 angeordnet ist. Dadurch werden tangentiale und radiale Zugspannung im Peripherbereich verursacht, was eine Vergrößerung des Umfangs bzw. eine Streckung des Kochplattenkörpers 5 zur Folge hat. In diesem ersten Schritt kann eine völlige Ebenheit der Oberseite des Kochplattenkörpers 5 erreicht werden. Diese erste Phase kann nach einigen Sekunden, beispielsweise 15 bis 30 Sekunden, abgeschlossen sein. Falls ein Topf 6 mit einer ebenfalls völlig ebenen Topfbodenunterseite auf dem Kochplattenkörper 5 abgestellt ist, kann unmittelbar im Anschluß daran der eigentliche Heizvorgang gestartet werden. Falls jedoch ein Topf mit nach oben gewölbtem Topfboden auf dem Kochplattenkörper 5 abgestellt ist, wird zum Zeitpunkt t2 gemäß Fig. 2 die Heizleistung des ersten Heizelementes 17 erhöht. Infolge der zentrischen, kugelkalottenförmigen Aussparung 15 in der Unterseite des Kochplattenkörpers 5 setzt sich die Plattenverformung aufgrund der durch die Erwärmung des Zentralbereiches hervorgerufenen mechanischen Spannungen in Richtung auf den Boden des Topfes 6 fort, d.h. die Edelstahlplatte 5 wölbt sich nach oben. Zum Zeitpunkt t3 erkennt die Steuereinheit 25, daß der Wärmekontakt zwischen dem Boden des Topfes 6 und der Oberseite des Kochplattenkörpers 5 ausreichend groß ist, d.h. daß der dazwischen ursprünglich vorhandene Luftspalt auf ein Minimum reduziert ist. Diese Kontakterkennung basiert darauf, daß ab dem Zeitpunkt des ausreichenden Wärmekontaktes zwischen dem Topfboden und der Oberseite des Kochplattenkörpers 5 der Temperaturanstieg je Zeiteinheit im Zentral- und im Peripherbereich deutlich abnimmt. Dies ist dadurch verursacht, daß infolge des gut wärmeleitenden Kontaktes zwischen dem Topf 6 und dem Kochplattenkörper 5 dem Gesamtsystem deutlich mehr Wärme entzogen wird. Typische Werte für das Zeitinterval vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 können 30 bis 60 Sekunden sein.
  • Zum Zeitpunkt des Kontaktes (t3) zwischen dem Topfboden 6 und dem Kochplattenkörper 5 liegt zwischen dem Zentralbereich und dem Peripherbereich des Kochplattenkörpers 5 ein definierter Temperaturunterschied vor. Aufgrund der gegebenen geometrischen Ausgestaltung des Kochplattenkörpers 5 ist jedem derartigen Temperaturgradienten ein bestimmtes Wölbungsmaß des Kochplattenkörpers 5 zugeordnet. Damit bei einmal hergestelltem Kontakt das Ausmaß der Wölbung des Kochplattenkörpers 5 erhalten bleibt, werden nun zum Einstellen der von der Bedienperson gewünschten Heizleistung die Einzelheizleistungen der beiden Heizelemente 17 und 21 entsprechend aufeinander abgestimmt erhöht. Ziel dabei ist es, den im Zeitpunkt der Kontakterkennung gemessenen Temperaturunterschied zwischen dem Zentral- und dem Peripherbereich etwa konstant zu halten. Zum Zeitpunkt t4 ist dann die gewünschte Heizleistung eingestellt und zugleich das erforderliche Ausmaß der Wölbung des Kochplattenkörpers 5 zur Herstellung eines wärmeleitenden Kontaktes zur Unterseite des Topfbodens 6 sichergestellt. Falls beim Erreichen der gewünschten Heizleistung festgestellt wird, daß sich der Abstand zwischen der Oberseite des Kochplattenkörpers 5 und der Unterseite des Topfbodens 6 unerwünschter Weise vergrößert hat, wird durch die Steuereinheit 25 der besagte Temperaturgradient neu eingestellt.
  • Beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3 und 4 ist lediglich der Kochplattenkörper 5 jeweils geringfügig von dem des ersten Ausführungsbeispiels abgewandelt. Um auch nach unten gewölbte Kochgefäßböden 6 mit dem Kochsystem 3 mit dem gewünschten Wirkungsgrad beheizen zu können, ist der Kochplattenkörper 5 jeweils mit einer Bombierung von etwa 0,1 mm versehen. Dadurch ist der Kochplattenkörper 5 insgesamt als nach unten, im Zentralbereich vom Topfboden weg gewölbte Kalotte ausgebildet. Alternativ zum zweiten Ausführungsbeispiel kann gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in Fig. 4 auch in eine entsprechend gestaltete kreisflächenförmige Aussparung in der Unterseite des Kochplattenkörpers 5 ein rundes plattenförmiges Einsetzteil 43 eingesetzt sein. Dieses weist einen im Vergleich zum Kochplattenkörper 5 größeren Temperaturlängenausdehnungskoeffizienten auf. Die Funktion des Kochplattenkörpers 5 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht der des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels, wobei die mechanischen Spannungen im Kochplattenkörper 5 insbesondere durch die unterschiedlichen Materialeigenschaften bzw. Koeffizienten hervorgerufen sind.
  • In Fig. 5 sind drei wesentliche Phasen (a, b, c) der durch die Steuereinheit 25 gesteuerten, gezielten Verformung des Kochplattenkörpers 5 nach dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Im unbeheizten Zustand (Phase a) weist der Kochplattenkörper 5 eine kalottenförmig nach unten gewölbte Kontur auf. Zur Änderung dieser wird über das zweite Heizelement 21 dem Peripherbereich des Kochplattenkörpers 5 Wärme zugeführt. Dies führt in einer Phase b aufgrund der entstehenden mechanischen Spannungen, wie oben erläutert ist, zur völligen Ebenheit des Kochplattenkörpers 5. In Phase c wird zunächst das erste Heizelement 17 im Bereich der Aussparung 15 mit Heizleistung beaufschlagt, um eine Wölbung des Kochplattenkörpers 5 auf den Boden des Topfes 6 zu erreichen. Aufgrund des in dem Kochplattenkörper 5 vorliegenden Temperaturgradienten wölbt sich der Kochplattenkörper 5 in den nach oben gewölbten Topfboden 6, bis ein ausreichender Wärmekontakt zwischen dem Topfboden 6 und dem Kochplattenkörper 5 hergestellt ist.

Claims (14)

  1. Kontaktwärmeübertragendes elektrisches Kochsystem mit einem Kochplattenkörper zur Erwärmung eines auf dessen Oberseite abstellbaren Kochgefäßes, mit einem an dessen Unterseite gehalterten, zentral angeordneten ersten Heizelement und zumindest einem dazu peripher angeordneten zweiten Heizelement, denen jeweils zumindest ein Temperatursensor zugeordnet ist, und mit einer Steuereinheit, die mit den Heizelementen und den Temperatursensoren zur Steuerung der Heizleistung des Kochsystems verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (25) durch die Vorgabe definierter Heizleistungen der Heizelemente (17, 21) einen Temperatur- bzw. Längenausdehnungsgradienten in dem Kochplattenkörper (5) von dessen Zentralbereich zu dessen Peripherbereich einstellt und dadurch eine definierte Wölbung des Kochplattenkörpers (5) zur Minimierung des Abstandes zwischen der Oberseite des Kochplattenkörpers (5) und der Unterseite des Kochgefäßbodens (6) einstellt.
  2. Kochsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Kochplattenkörpers (5) eine Schutzschicht in Sol-Gel-Technik aufgebracht ist.
  3. Kochsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplattenkörper (5) bei Raumtemperatur kalottenförmig vertieft ausgebildet ist.
  4. Kochsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Kalotte bzw. des schalenförmigen Kochplattenkörpers (5) maximal etwa 0,1 mm beträgt.
  5. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Kochplattenkörpers (5) Metall, insbesondere Edelstahl ist.
  6. Kochsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (5) etwa 2 bis 5 mm stark ist.
  7. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausdehnungsplatte (43) im wesentlichen im Zentralbereich des Kochplattenkörpers (5) gehaltert ist, deren Temperaturlängenausdehnungskoeffizient von dem des Kochplattenkörpers (5) abweicht.
  8. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kochplattenkörper (5) an dessen Unterseite im Zentralbereich eine flächige Aussparung (15) aufweist.
  9. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensorik (19, 23, 25) zur Erkennung des großflächigen Kontaktes zwischen dem Kochgefäßboden (6) und der Oberseite des Kochplattenkörpers (5) vorgesehen ist.
  10. Kochsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (25) die Änderungsrate der Temperatur des Kochplattenkörpers (5) mit der Zeit während des Aufheizvorganges auswertet und die deutliche Verringerung der Änderungsrate als Zeitpunkt eines ausreichenden Wärmekontaktes zwischen dem Kochgefäßboden (6) und dem Kochplattenkörper (5) detektiert.
  11. Kochsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (25) ab Detektion eines ausreichenden Wärmekontaktes den Temperaturunterschied zwischen dem Zentralbereich und dem Peripherbereich des Kochplattenkörpers (5) und damit dessen Wölbung im wesentlichen konstant hält, und daß die Steuereinheit (25) durch eine entsprechend angepaßte Heizleistung der beiden Heizelemente (17, 21) die über Bedienelemente (31) vorgegebene Heizleistung des Kochsystems einstellt.
  12. Kochsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (25) zunächst für eine bestimmte Zeit das zweite Heizelement (21) ansteuert und dadurch den Peripherbereich des Kochplattenkörpers (5) relativ zu dessen Zentralbereich erwärmt.
  13. Verfahren zum Betreiben eines kontaktwärmeübertragenden elektrischen Kochsystems mit einem beheizbaren Kochplattenkörper, der zumindest ein zentrales erstes und ein peripheres zweites Heizelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einer bestimmten Phase des Heizvorganges durch eine Steuereinheit (25) die Temperatur im Zentralbereich des Kochplattenkörpers höher gehalten wird als im Peripherbereich, um eine definierte Wölbung des Kochplattenkörpers (5) in Richtung auf den darüber befindlichen Kochgefäßboden zu erzielen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ab Erreichen eines ausreichenden Wärmekontaktes zwischen dem Kochplattenkörper (5) und dem Kochgefäßboden (6) der Temperaturunterschied zwischen dem Zentralbereich und dem Peripherbereich des Kochplattenkörpers trotz nachfolgender Erhöhung der Heizleistung der Heizelemente (17, 21) im wesentlichen konstant gehalten wird.
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