EP1116416B1 - Electrical cooking system which transfers contact heat - Google Patents
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- EP1116416B1 EP1116416B1 EP99947441A EP99947441A EP1116416B1 EP 1116416 B1 EP1116416 B1 EP 1116416B1 EP 99947441 A EP99947441 A EP 99947441A EP 99947441 A EP99947441 A EP 99947441A EP 1116416 B1 EP1116416 B1 EP 1116416B1
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- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- hotplate body
- cooking
- cooking system
- heating
- sol
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- 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
Definitions
- the present invention relates to an electrical cooking system that transmits contact heat with a hotplate body according to the preamble of claim 1.
- Heating plate a cover layer of good thermal conductivity, electrically not or only poorly has conductive material, preferably glass ceramic or ceramic, which is only a few mm Has wall thickness, in particular a thickness in the range of 6 to 10 mm.
- Heating plate serving metal plate is preferably made of steel, preferably has a thickness in the range of 4 to 8 mm, and is on the bottom with an enamel layer covered, whose wall thickness moves in the um area.
- the enamel layer is with one Printed heating conductor arrangement.
- the object of the present invention is to provide a cooking system according to the preamble of Provide claim 1, which has good manufacturing properties with simple manufacture having.
- this is in a cooking system with the features of the patent claim 1 reached.
- it is a protection against tarnishing of hotplate bodies made of stainless steel or scratching or other soiling prevented.
- the sol-gel layer is, for example, simple Dip process can be applied to the hotplate body.
- the sol-gel technique the low baking temperatures compared to the enamelling technique from about 450 to 500 ° C particularly favorable.
- the sol-gel layers are also applied suitable for the temperatures typical of such cooking systems.
- the Layer thicknesses are only a few ⁇ m. Due to the sol-gel technique the applied layers despite their low thickness both in the case of a multi-layer technique on each other as well as on the substrate material itself, in particular Metal, great stability and great adherence.
- An electrical insulation layer on the underside of the hotplate body is also advantageous applied using sol-gel technology. So can the top layer and the insulation layer in one technology and possibly even in the same manufacturing step be applied. If the insulation properties of the sol-gel layer are not sufficient can, according to a preferred embodiment, on the sol-gel insulation layer an additional enamel insulation layer can be applied. This additional enamel could then be a glass enamel that, unlike ceramic enamels, already could be baked at about 550 ° C. If necessary, can be more favorable in manufacturing How to bake the additional enamel together with the thick film technique on the Additional enamel applied heating elements, sensors and electronic circuit elements respectively.
- a particularly good heat transfer from the hotplate body or to the pot and one excellent heat distribution can be achieved in that the hotplate body has an insulating protective layer in the um area on which the heating element is applied directly using thick film technology. If necessary, the heating element also with more complex coating processes, for example thin-film technology, be realized.
- the hotplate body is dome-shaped at approximately 20.degree deepened training. This bulge away from the bottom of the pot bottom in particular by crowning a metal plate serving as a hotplate body be realized. This ensures that pots with domes curved downwards Pot bases can be placed on the cooking system stably and at the same time a large thermal contact between the hotplate body and the bottom of the pot is possible.
- the depth of the calotte or cup-shaped hotplate body is a maximum of about 0.1 mm. This is on the one hand ensures that almost all cooking vessels available on the market are problem-free can be parked on the cooking system, and that on the other hand, the control of the Curvature of the hotplate body also towards the top of the cooking vessel base is feasible.
- the material of the hotplate body is advantageously stainless steel or aluminum.
- Metal has, in particular, the better ones than, for example, silicon nitride Thermal conductivity properties and cost advantages as well.
- the thickness of the metal plate advantageously moves approximately between 2 and 5 mm.
- the Hotplate body held an expansion plate, the thermal expansion coefficient differs from that of the hotplate body.
- the hotplate body occurs due to the different coefficients of linear expansion for arching the hotplate body towards the bottom of the pot or upwards.
- the hotplate body has an underside in the central area flat recess. In terms of production technology, this is easier than holding the Insert part in the hotplate body.
- spherical cap Cutout on the underside of the hotplate body in the central area there is tangential and radial tensile stress due to the heating process. These cause the hotplate body to curve upwards or onto the Underside of the bottom of the cooking vessel.
- a sensor system for detecting the large-area contact between the Cooking vessel bottom and the top of the hotplate body provided.
- This can For example, be implemented by a capacitive sensor arrangement. This will be the with changing distance between the top of the hotplate body and the Bottom of the bottom of the pot changing capacity between the two plates in itself known way used as a measurement signal.
- the control unit changes the rate of change of the temperature of the hotplate body over time evaluates during the heating process. This takes advantage of the fact that in known supplied heating power, the temperature rise of the hotplate body is significantly reduced, if there is sufficient thermal contact between the bottom of the pot and the Hotplate body is made.
- the cooking vessel manufacturers the flatness or the degree of curvature of the pot base is announced in each case is, and via an input unit by the operator at the start of each cooking process the cooking system can be predetermined.
- the control unit calculates then from the given curvature and the desired or set Heating output the corresponding heating outputs or heating output profiles of the first and second radiator.
- control unit stops from detection a sufficient thermal contact between the two the temperature difference between the central area and the peripheral area of the hotplate body and so that its curvature is essentially constant.
- the control unit also guarantees an achievement by a correspondingly adapted heating power of the two heating elements the heating power specified by an operator via the control unit.
- control unit first controls one certain time the second heating element arranged in the peripheral area of the hotplate body. This makes the peripheral area relative to the central area of the hotplate body heated. There are tangential and radial tensile stresses in the peripheral area of the hotplate body. As a result of these tensile stresses increases the size of the radiator and it will have excellent flatness of the surface of the Hotplate body reached.
- a hob has a glass ceramic plate 1, in or below the a cooking system 3 is supported. It is in a circular opening of the glass ceramic plate 1 from above a circular hotplate body 5 made of stainless steel.
- a well-known pot 6 On the top of the hotplate body 5 is a well-known pot 6 with a the underside of the curved bottom of the pot is shown (shown in broken lines). 1 at room temperature between the top of the hotplate body 5 and the underside of the pot base 6 an undesirable air gap formed, the heat transfer from the hotplate body 5 to the pot bottom 6th impaired.
- the hotplate body 5 is designed as a 4 mm thick disc, the Top with an approximately 5 ⁇ m thick transparent, applied using the sol-gel technique Protective layer 13 is provided.
- a solution is turned into a controlled condensation method colloidal system on a micrometer scale (gel) generated and applied to the substrate.
- This gel is compacted by drying due to solvent removal and then cured in a suitable manner or at a temperature of about Burned in 450 to 500 ° C.
- the sol-gel layer becomes over chemical compounds are particularly firmly bonded to the substrate.
- the one there The resulting sol-gel layer forms a tarnish and oxidation protection for the stainless steel.
- the protective layer 13 further protects the stainless steel from being scratched. Alternatively, it is also possible to color the protective layer and / or opaque to design.
- the hotplate body facing the pot 6 5 On the top of the hotplate body facing the pot 6 5, it has a shoulder 7 which extends on the circumference, with that of the hotplate body 5 on the edge region of the opening of the glass ceramic plate 1 lies.
- a sufficient gap 9 is formed.
- the arrangement at least the gap 9 is partially filled with silicone adhesive 11. Furthermore can the hotplate body 5 in the opening by holding devices, not shown the glass ceramic plate 1 be held.
- the first heating element 17 can be spiral, for example run and several series and / or parallel connected sub-heating circuits have (not shown). Furthermore, in the area of the recess 15 there is also a Thick film technology applied first temperature sensor 19 is provided. This is suitably arranged to the temperature in the region of the recess 15 of the hotplate body 5 to be able to capture. According to the first heating element 17 and the first temperature sensor 19 are in the annular peripheral region of the hotplate body 5 outside the recess 15, a second heating element 21 over a large area and a second temperature sensor 23 is printed. The heating elements 17, 21 and Sensors 19, 23 can in turn be covered with a protective layer (not shown). Furthermore, there is a thermal insulation layer below the heating elements 17, 21 provided to the energy losses of the cooking system 3 below the glass ceramic plate 1 decrease (not shown).
- the cooking system 3 has an electronic control unit 25, which is connected via connecting lines 27 with the first and second heating elements 17, 21 and the first and second temperature sensor 19, 23 is connected. Furthermore, the control unit 25 connected via control lines 29 to circuit breakers, not shown, which serve to control the heating power of the heating elements 17, 21. To power control To make it particularly sensitive, it can be or pulse packet control or a suitable phase control his. This is due to the suitable switching or control of network half-waves ensures that the prescribed flicker rates are observed. Farther an input unit 31 is connected to the control unit 25. You can use this, for example the desired heating output and, if necessary, the quality, in particular, the curvature of the pot base given by an operator become.
- the functioning of the cooking system according to the first exemplary embodiment shown in FIG. 1 can be, for example, the following:
- the operator gives one Desired performance and at the same time the known degree of curvature of the used Pot bottom in the input unit 31 before.
- 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 applies a limited heating power to the second heating element 21, which is arranged in the peripheral region of the hotplate body 5.
- the top surface of the hotplate body can be completely flat 5 can be achieved.
- This first phase can take a few seconds, for example 15 to 30 seconds. If a pot 6 with a also completely flat bottom of the pot bottom on the hotplate body 5 the actual heating process can be started immediately afterwards.
- control unit 25 detects that the thermal contact between the bottom of the pot 6 and the top of the Hotplate body 5 is sufficiently large, i.e. that the one in between originally existing air gap is reduced to a minimum.
- This contact detection is based on the fact that from the time of sufficient thermal contact between the Pot bottom and the top of the hotplate body 5, the temperature rise each Time unit in the central and peripheral areas decreases significantly. This is caused that due to the good heat-conducting contact between the pot 6 and the Hotplate body 5 is withdrawn significantly more heat from the overall system.
- typical Values for the time interval from time t2 to time t3 can be 30 to 60 Seconds.
- At time t4 is the desired one Heating power set and at the same time the required degree of curvature of the hotplate body 5 for producing a heat-conducting contact to the underside the bottom of the pot 6 ensured. If the desired heating output is reached it is found that the distance between the top of the hotplate body 5 and the underside of the pot base 6 undesirably enlarged has, the said temperature gradient is reset by the control unit 25.
- the hotplate body 5 each slightly different from that of the first embodiment modified.
- the hotplate body 5 each with a crown of about 0.1 mm. This is the hotplate body 5 overall as curved downwards in the central area away from the bottom of the pot Calotte trained.
- a round plate-shaped insert part 43 may be used. This shows one in comparison to Hotplate body 5 larger thermal expansion coefficient.
- the Function of the hotplate body 5 corresponds to the third embodiment that of the first and second embodiments, wherein the mechanical stresses in the hotplate body 5, in particular due to the different material properties or coefficients are caused.
- phase 5 shows three essential phases (a, b, c) of those controlled by the control unit 25, targeted deformation of the hotplate body 5 after the second or shown third embodiment.
- the Hotplate body 5 In the unheated state (phase a) the Hotplate body 5 has a dome-shaped contour that curves downward. To change this is the peripheral region of the second heating element 21 Hotplate body 5 supplied heat. This results in a phase b due to the resulting mechanical stresses, as explained above, for complete flatness of the hotplate body 5.
- phase c the first heating element 17 is first in the area the recess 15 with heating power to a curvature of the hotplate body 5 to reach the bottom of the pot 6. Because of that Hotplate body 5 existing temperature gradient, the hotplate body bulges 5 in the upwardly curved pot bottom 6 until there is sufficient thermal contact is produced between the pan base 6 and the hotplate body 5.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontaktwärmeübertragendes elektrisches Kochsystem
mit einem Kochplattenkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to an electrical cooking system that transmits contact heat
with a hotplate body according to the preamble of
Ein derartiges Kochsystem ist bekannt aus der Druckschrift DE 41 09 569 A1, wobei die
Heizplatte eine Deckschicht aus gut wärmeleitendem, elektrisch nicht oder nur schlecht
leitendem Material besitzt, vorzugsweise Glaskeramik oder Keramik, die nur wenige mm
Wandstärke aufweist, insbesondere eine Stärke im Bereich von 6 bis 10 mm. Die als
Heizplatte dienende Metallplatte ist vorzugsweise aus Stahl, weist eine Stärke vorzugsweise
im Bereich von 4 bis 8 mm auf, und ist an ihrer Unterseite mit einer Emailleschicht
bedeckt, deren Wandstärke sich im um-Bereich bewegt. Die Emailleschicht ist mit einer
Heizleiteranordnung bedruckt.Such a cooking system is known from the
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kochsystem nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1 bereitzustellen, das bei einfacher Fertigung gute Gebrauchseigenschaften
aufweist.The object of the present invention is to provide a cooking system according to the preamble of
Provide
Erfindungsgemäß ist dies bei einem Kochsystem mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 erreicht. Es 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
von etwa 450 bis 500 °C 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.According to the invention, this is in a cooking system with the features of the
Vorteilhafterweise ist auch eine elektrische Isolationsschicht an der Unterseite des Kochplattenkörpers in Sol-Gel-Technik aufgebracht. So können die Deckschicht und die Isolationsschicht in einer Technologie und gegebenenfalls sogar im selben Fertigungsschritt aufgebracht werden. Falls die Isolationseigenschaften der Sol-Gel-Schicht nicht ausreichend sind, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auf die Sol-Gel-Isolationsschicht eine Emaille-Zusatzisolationsschicht aufgebracht sein. Dieses Zusatzemaille könnte dann ein Glasemaille sein, das im Unterschied zu keramischen Emailles bereits bei etwa 550°C eingebrannt werden könnte. Gegebenfalls kann in herstellungsgünstiger Weise das Einbrennen des Zusatzemailles zusammen mit in Dickschichttechnik auf das Zusatzemaille aufgebrachten Heizelementen, Sensoren sowie elektronischen Schaltungselementen erfolgen.An electrical insulation layer on the underside of the hotplate body is also advantageous applied using sol-gel technology. So can the top layer and the insulation layer in one technology and possibly even in the same manufacturing step be applied. If the insulation properties of the sol-gel layer are not sufficient can, according to a preferred embodiment, on the sol-gel insulation layer an additional enamel insulation layer can be applied. This additional enamel could then be a glass enamel that, unlike ceramic enamels, already could be baked at about 550 ° C. If necessary, can be more favorable in manufacturing How to bake the additional enamel together with the thick film technique on the Additional enamel applied heating elements, sensors and electronic circuit elements respectively.
Infolge der geringen Schichtstärke der Sol-Gel-Schicht treten in dem Kontaktheizkörper nur geringe Spannungen auf. Weiterhin ist eine sehr gute Wärmeleitung von den Heizelementen zum Topf sichergestellt, und es ist eine geringe Rißanfälligkeit der Schutzschicht und/oder der Isolationsschicht bzw. eine geringe Wahrscheinlichkeit von Abplatzern realisiert. Diese dünne Schutzschicht stellt einen ausreichenden Korrosions- und Oxidationsschutz sowie einen harten Oberflächenschutz für das Metall dar.Due to the low layer thickness of the sol-gel layer occur in the contact heater only low voltages. Furthermore, there is very good heat conduction from the heating elements to the pot, and there is little susceptibility to cracking of the protective layer and / or the insulation layer or a low probability of flaking realized. This thin protective layer provides sufficient corrosion and Protection against oxidation and a hard surface protection for the metal.
Ein besonders guter Wärmeübergang vom Kochplattenkörper bzw. zum Topf und eine diesbezüglich hervorragende Wärmeverteilung ist dadurch erreichbar, daß der Kochplattenkörper eine isolierende Schutzschicht im um-Bereich aufweist, auf die das Heizelement mittels Dickschichttechnik direkt aufgebracht ist. Gegebenenfalls kann das Heizelement auch mit aufwendigeren Beschichtungsverfahren, beispielsweise der Dünnschichttechnik, realisiert sein.A particularly good heat transfer from the hotplate body or to the pot and one excellent heat distribution can be achieved in that the hotplate body has an insulating protective layer in the um area on which the heating element is applied directly using thick film technology. If necessary, the heating element also with more complex coating processes, for example thin-film technology, be realized.
Aufgrund der dünnen Schutzschichten treten beim Aufheizen des Kontaktheizkörpers trotz der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Sol-Gel-Schutzschicht und der Metallplatte lediglich geringe Spannungen im Kochsystem auf.Due to the thin protective layers occur when the contact radiator is heated despite the different thermal expansion coefficients of the sol-gel protective layer and the metal plate has only low voltages in the cooking system.
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 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.According to a preferred embodiment, the hotplate body is dome-shaped at approximately 20.degree deepened training. This bulge away from the bottom of the pot bottom in particular by crowning a metal plate serving as a hotplate body be realized. This ensures that pots with domes curved downwards Pot bases can be placed on the cooking system stably and at the same time a large thermal contact between the hotplate body and the bottom of the pot is possible.
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.Extensive series of tests have shown that the depth of the calotte or cup-shaped hotplate body is a maximum of about 0.1 mm. This is on the one hand ensures that almost all cooking vessels available on the market are problem-free can be parked on the cooking system, and that on the other hand, the control of the Curvature of the hotplate body also towards the top of the cooking vessel base is feasible.
Vorteilhafterweise ist das Material des Kochplattenkörpers 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. Das Aufbringen der Schutzschicht in Sol-Gel-Technik auf eine Edelstahlplatte ist im Vergleich zur Emaillierungstechnik fertigungstechnisch wesentlich einfacher.The material of the hotplate body is advantageously stainless steel or aluminum. Metal has, in particular, the better ones than, for example, silicon nitride Thermal conductivity properties and cost advantages as well. On the one hand for reasons of stability and on the other hand, for reasons of cost, the thickness of the metal plate advantageously moves approximately between 2 and 5 mm. The application of the protective layer using the sol-gel technique compared to the enamelling technique, manufacturing on a stainless steel plate is technical much easier.
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. According to a preferred embodiment, the Hotplate body held an expansion plate, the thermal expansion coefficient differs from that of the hotplate body. When the Hotplate body occurs due to the different coefficients of linear expansion for arching the hotplate body towards the bottom of the pot or upwards. Alternatively, the hotplate body has an underside in the central area flat recess. In terms of production technology, this is easier than holding the Insert part in the hotplate body. As a result of the central, for example, spherical cap Cutout on the underside of the hotplate body in the central area there is tangential and radial tensile stress due to the heating process. These cause the hotplate body to curve upwards or onto the Underside of the bottom of the cooking vessel.
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 Heizleistung die entsprechenden Heizleistungen bzw. Heizleistungsprofile des ersten und zweiten Heizkörpers.To control the amount of curvature of the hotplate body is more preferred Way, a sensor system for detecting the large-area contact between the Cooking vessel bottom and the top of the hotplate body provided. This can For example, be implemented by a capacitive sensor arrangement. This will be the with changing distance between the top of the hotplate body and the Bottom of the bottom of the pot changing capacity between the two plates in itself known way used as a measurement signal. Another alternative is that the control unit changes the rate of change of the temperature of the hotplate body over time evaluates during the heating process. This takes advantage of the fact that in known supplied heating power, the temperature rise of the hotplate body is significantly reduced, if there is sufficient thermal contact between the bottom of the pot and the Hotplate body is made. Furthermore, it would also be possible for the cooking vessel manufacturers the flatness or the degree of curvature of the pot base is announced in each case is, and via an input unit by the operator at the start of each cooking process the cooking system can be predetermined. The control unit calculates then from the given curvature and the desired or set Heating output the corresponding heating outputs or heating output profiles of the first and second radiator.
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.The thermal contact between the bottom of the pot and the top of the hotplate body does not deteriorate unnecessarily, the control unit stops from detection a sufficient thermal contact between the two the temperature difference between the central area and the peripheral area of the hotplate body and so that its curvature is essentially constant. The control unit also guarantees an achievement by a correspondingly adapted heating power of the two heating elements the heating power specified by an operator via the control unit.
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. According to a preferred embodiment, the control unit first controls one certain time the second heating element arranged in the peripheral area of the hotplate body. This makes the peripheral area relative to the central area of the hotplate body heated. There are tangential and radial tensile stresses in the peripheral area of the hotplate body. As a result of these tensile stresses increases the size of the radiator and it will have excellent flatness of the surface of the Hotplate body reached.
Nachfolgend sind anhand schematischer Darstellungen drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kochsystems und des entsprechenden Verfahrens zum Betreiben der Kochsysteme beschrieben.Below are three exemplary embodiments of the Cooking system according to the invention and the corresponding method for operating of the cooking systems described.
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 Heiz leistungen 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.
- Fig. 1
- greatly simplified in a side view, partly in a sectional view, of the cooking system with the pot placed thereon according to the first exemplary embodiment,
- Fig. 2
- a diagram greatly simplified with the time course of the heating outputs of the cooking system,
- Fig. 3
- the hotplate body of the cooking system according to the second embodiment,
- Fig. 4
- the hotplate body of the cooking system according to the third embodiment, and
- Fig. 5
- highly schematic three phases of the heating process in a hotplate body according to the second or third embodiment.
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.1, a hob has a glass
Dabei wird aus einer Lösung (Sol) durch kontrollierte Kondensationsmethoden ein
kolloides System im Mikrometer-Maßstab (Gel) erzeugt und auf das Substrat aufgebracht.
Dieses Gel wird durch Trocknen infolge Lösungsmittelentzug verdichtet und
anschließend in geeigneter Weise ausgehärtet bzw. bei einer Temperatur von etwa
450 bis 500°C eingebrannt. Während dieses Prozesses wird die Sol-Gel-Schicht über
chemische Verbindungen mit dem Untergrund besonders fest verbunden. Die dabei
entstehende Sol-Gel-Schicht bildet insbesondere einen Anlauf- und Oxidationsschutz
für das Edelstahl. Die Schutzschicht 13 schützt das Edelstahl weiterhin vor dem Verkratzen.
Alternativ ist es auch möglich die Schutzschicht einzufärben und/ oder undurchsichtig
zu gestalten. 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.Thereby, a solution (sol) is turned into a controlled condensation method
colloidal system on a micrometer scale (gel) generated and applied to the substrate.
This gel is compacted by drying due to solvent removal and
then cured in a suitable manner or at a temperature of about
Burned in 450 to 500 ° C. During this process, the sol-gel layer becomes over
chemical compounds are particularly firmly bonded to the substrate. The one there
The resulting sol-gel layer forms a tarnish and oxidation protection
for the stainless steel. The
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 elektrische Isolationsschicht 16 in Sol-Gel-Technik in der selben Stärke wie
die der Schutzschicht 13 aufgebracht. Um die Isolationseigenschaften der Isolationsschicht
16 zu verbessern, können auf diese weitere Sol-Gel-Schichten oder eine Glasemailleschicht
aufgebracht sein (nicht gezeigt). Auf die Isolationsschicht 16 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).1 is on the underside of the
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.The
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.The functioning of the cooking system according to the first exemplary embodiment shown in FIG. 1
can be, for example, the following: The operator gives one
Desired performance and at the same time the known degree of curvature of the used
Pot bottom in the
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.On the other hand, the heating process can also take place fully automatically according to FIG. 2,
if the curvature of the
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.At the time of contact (t3) between the
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 the second and third exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4 is only
the
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.5 shows three essential phases (a, b, c) of those controlled by the control unit 25,
targeted deformation of the
Claims (4)
- Electrical cooking system (3), which transmits heat by contact, for heating cooking vessels, comprising a metallic cooking plate body (5) covered at its upper side by a protective coating (13), at least one heating element (17, 21) mounted at the underside thereof and a control unit (25) connected with the heating element for control of the heat output of the cooking system, characterised in that the protective coating (13) is produced from a sol-gel coating, that the thickness of the protective coating (13) in sol-gel technique amounts to at most approximately 5 to 10 µm, that the interior of the cooking plate body (5) is metal and that the metal plate (5) is approximately 2 to 5 mm thick.
- Cooking system according to claim 1, characterised in that an electrical insulation coating (16) is realised at the underside of the cooking plate body (5) as a sol-gel coating.
- Cooking system according to one of the preceding claims, characterised in that the protective coating (13) and the insulation coating (16) have substantially the same thickness.
- Cooking system according to one of the preceding claims, characterised in that an enamel supplementary insulation coating is applied to the insulation coating (16).
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