EP1255083B1 - Backofen mit Backofenmuffel - Google Patents

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EP1255083B1
EP1255083B1 EP02017745A EP02017745A EP1255083B1 EP 1255083 B1 EP1255083 B1 EP 1255083B1 EP 02017745 A EP02017745 A EP 02017745A EP 02017745 A EP02017745 A EP 02017745A EP 1255083 B1 EP1255083 B1 EP 1255083B1
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EP
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baking oven
muffle
sol
protective layer
gel
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Gerhard Schmidmayer
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BSH Hausgeraete GmbH
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BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00—Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/06—Arrangement or mounting of electric heating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/005—Coatings for ovens

Definitions

  • the present invention relates to a baking oven according to the preamble of the claim 1, as known from JP-A-57120033.
  • the oven muffle with an enamel layer is provided.
  • the enamel coating serves as an anti-corrosion layer and on the other hand as an antioxidant layer.
  • Last the appearance of the oven muffle is determined by the enamel.
  • Object of the present invention is therefore, in an oven according to the preamble of claim 1, the performance characteristics of the oven muffle improve.
  • the protective layer is realized as a sol-gel hard layer.
  • a sol-gel functional layer is provided which provides different areas of the muffle walls with special properties. These properties may be, for example, a particularly simple cleanability, a special sliding behavior or catalytic properties.
  • the functional layer is realized as a layer about 10 ⁇ m, in particular about 2 to 3 ⁇ m thick. Due to the sol-gel technique, the deposited layers, despite their small thickness both on each other and on the metal have a high stability and a high adhesion.
  • the thickness of the protective layer is less than about 30 microns, especially less than 20 microns and more preferably between about 5 and 10 microns. Due to the low layer thickness occur in the muffle wall only low voltages. Furthermore, a very good heat conduction from the heating elements or the muffle wall to the muffle interior is ensured and a low susceptibility to cracking of the protective layer or a low probability of chipping is realized.
  • This thin protective layer provides adequate corrosion and oxidation protection as well as hard surface protection for the metal.
  • Such thin protective layers can procedurally simple, preferably in Sol-gel technology be realized.
  • the sol-gel layer is for example in a simple Dipping method applied to the muffle walls.
  • the low stoving temperatures compared to the enamelling technique from about 450 to 500 ° C low.
  • the applied sol-gel layers are for the during cooking typical temperatures suitable.
  • the hard layer preferably has a thickness of 5 to 10 microns.
  • the protective layer is transparent and serves the inside of the muffle wall as a reflector. This is particularly favorable when cooked with the help of heat radiation in the infrared range or in the visible light range becomes.
  • Such transparent layers can be easily displayed as sol-gel layers.
  • the protective layer may be anodised, in particular be realized hard anodized aluminum oxide.
  • This oxide layer is characterized in particular by its excellent hardness and smoothness.
  • the muffle wall has an insulating protective layer in the micron range, on which the heating element is applied directly by means of thick film technology.
  • the heating element also with more complex coating processes, for example thin-film technology, be realized.
  • the strength can be the muffle wall can also be reduced to, for example, about 0.4 mm.
  • the baking oven muffle is provided by a stabilizing frame supported from the outside. This is especially important when the thickness the muffle wall is only about 0.3 to 0.5 mm. By this almost halving the Wall thickness of the oven muffle compared to the previously known prior art the heating times and the heat distribution will be significantly improved. moreover can be saved by the low material thickness material. Besides, that will Weight of oven muffle significantly reduced.
  • Fig. 1 shows a cuboid oven muffle 1 made of stainless steel with five muffle walls 3. These are the two side walls, a bottom and a top wall and a Back wall.
  • the feed opening of the oven muffle 1 moves around a muffle flange 5.
  • the oven muffle 1 is made in one piece in a hydroforming process. at This deep-drawing process, the oven muffle, in contrast to conventional mechanically deep-drawn parts defects, such as uneven and large changes in wall thickness, visible drawing marks and a drawing bead, as well as diminished Surface quality and reduced dimensional accuracy not on.
  • sol-gel technology Be in a dipping or spraying a muffle inside 7 and a muffle outside 9 coated with a sol-gel layer 11 (Fig. 2).
  • sol-gel a colloidal system generated in micrometer scale (gel).
  • This gel is caused by drying Solvent removal compressed and then cured in a suitable manner or baked at a temperature of about 450 to 500 ° C.
  • the sol-gel layer is chemically bonded to the substrate especially tightly connected.
  • the resulting sol-gel layer is about 10 microns thick and forms on the muffle wall 3 made of stainless steel on both sides a hard surface with electrical Insulating properties. Furthermore, it forms a tarnish and oxidation protection for the stainless steel.
  • On the sol-gel hard layer are in at least one other Process step in sol-gel technique Functional layers on different areas of the Muffelinnenseite 7 applied.
  • the sol-gel functional layers have a thickness of about 3 microns.
  • the protective layer formed from the two sol-gel layers 11 is such transparent, that the heat radiation relevant for food preparation in the infrared or in the visible light range, the protective layer can penetrate and of the Stainless steel surface can be optimally reflected into the muffle interior (Fig. 2). If necessary is also a transparent or opaque coloring of the layers possible.
  • the sol-gel hard layer are in a subsequent step on the Muffle outside 9 meander-shaped heating conductor 13 applied in thick film technology (Fig. 3). Due to the particularly thin insulating layer between the heating 13th and the muffle wall 3 is a particularly favorable and uniform heat transfer possible.
  • the heating conductors 13 can be connected via conductor terminals 15 with electrical voltage be supplied.
  • the oven muffle 1 is finally in a muffle insulation 17 of fiber-free Insulation material, e.g. Perlite, embedded.
  • a muffle insulation 17 of fiber-free Insulation material e.g. Perlite
  • the oven muffle 1 whose wall thickness is only 0.4 mm, stabilized.
  • the Insulation shell 17 designed sufficiently resilient to thermal expansion the oven muffle 1 during heating during a baking process not to break.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Backofen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie er aus der JP-A-57120033 bekannt ist.
Ein derartiger Backofen ist allgemein bekannt, wobei die Backofenmuffel mit einer Emailschicht versehen ist. Die Emailbeschichtung dient zum einen als Antikorrosionsschicht und zum anderen als Antioxidationsschicht. Weiterhin wird durch die Emailschicht die Reinigbarkeit der Backofenmuffel verbessert und die Oberflächenhärte vergrößert. Zuletzt wird durch das Email die Optik der Backofenmuffel bestimmt. Diese Funktionen werden durch das Email bei Schichtstärken von typisch 100 bis 200 µm realisiert. Nachteilig an derartigen Schutzschichten aus Email sind insbesondere deren Sprödigkeit und die durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Email und Muffelmaterial entstehenden Zug- und Druckspannungen, die zu Bauteilverformungen, Rissen oder Abplatzem des Emails führen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, bei einem Backofen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 die Gebrauchseigenschaften der Backofenmuffel zu verbessern.
Erfindungsgemäß ist dies bei einem Backofen mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 erreicht. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist die Schutzschicht als Sol-Gel-Hartschicht realisiert. Auf der Sol-Gel-Hartschicht ist eine Sol-Gel-Funktionalschicht vorgesehen, die verschiedene Bereiche der Muffelwände mit besonderen Eigenschaften ausstattet. Diese Eigenschaften können beispielsweise sein, eine besonders einfache Reinigbarkeit, ein besonderes Gleitverhalten oder katalytische Eigenschaften. Vorteilhafterweise ist die Funktionalschicht als etwa 10 µm, insbesondere etwa 2 bis 3 µm starke Schicht realisiert. Aufgrund der Sol-Gel-Technik verfügen die aufgebrachten Schichten trotz ihrer geringen Dicke sowohl aufeinander als auch auf dem Metall über eine große Stabilität und ein großes Anhaftvermögen.
Die Stärke der Schutzschicht ist geringer als etwa 30 µm, insbesondere geringer als 20 µm und bevorzugter Weise zwischen etwa 5 und 10 µm ist. Infolge der geringen Schichtstärke treten in der Muffelwand nur geringe Spannungen auf. Weiterhin ist eine sehr gute Wärmeleitung von den Heizelementen bzw. der Muffelwand zum Muffelinneren sichergestellt und ist eine geringe Rißanfälligkeit der Schutzschicht bzw. eine geringe Wahrscheinlichkeit von Abplatzem realisiert. Diese dünne Schutzschicht stellt einen ausreichenden Korrosions- und Oxidationsschutz sowie einen harten Oberflächenschutz für das Metall dar.
Derartig dünne Schutzschichten können verfahrenstechnisch einfach bevorzugterweise in Sol-Gel-Technik realisiert sein. Dabei ist die Sol-Gel-Schicht beispielsweise in einem einfachen Tauchverfahren auf die Muffelwände aufbringbar. Insbesondere sind bei der Sol-Gel-Technik die im Vergleich zur Emailierungstechnik niedrigen Einbrenntemperaturen von etwa 450 bis 500 °C günstig. Auch sind die aufgebrachten Sol-Gel-Schichten für die bei Garvorgängen typischen Temperaturen geeignet. Bevorzugter Weise besitzt die Hartschicht eine Stärke von 5 bis 10 µm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzschicht transparent und dient die Innenseite der Muffelwand als Reflektor. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn mit Hilfe von Wärmestrahlung im Infrarotbereich oder im sichtbaren Licht-Bereich gegart wird. Derartige Transparentschichten sind als Sol-Gel-Schichten problemlos darstellbar.
Falls die Backofenmuffel aus Aluminium besteht, kann die Schutzschicht als anodisierte, insbesondere hartanodisierte Aluminiumoxidschicht realisiert sein. Diese Oxidschicht zeichnet sich insbesondere durch ihre ausgezeichnete Härte und Glätte aus.
Ein besonders guter Wärmeübergang vom Heizelement zur Muffelwand bzw. zum Garraum und eine diesbezüglich hervorragende Wärmeverteilung ist dadurch erreichbar, daß die Muffelwand eine isolierende Schutzschicht im µm-Bereich aufweist, auf der das Heizelement mittels Dickschichttechnik direkt aufgebracht ist. Gegebenenfalls kann das Heizelement auch mit aufwendigeren Beschichtungsverfahren, beispielsweise der Dünnschichttechnik, realisiert sein.
Aufgrund der dünnen Schutzschichten treten beim Aufheizen der Backofenmuffel trotz der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Schutzschicht und der Muffelwand lediglich geringe Spannungen in der Backofenmuffel auf. Deshalb kann die Stärke der Muffelwand auch auf beispielsweise etwa 0,4 mm verringert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Backofenmuffel durch einen Stabilisierungsrahmen von außen abgestützt. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Dicke der Muffelwand nur etwa 0,3 bis 0,5 mm beträgt. Durch diese nahezu Halbierung der Wandstärke der Backofenmuffel im Vergleich zum bisher bekannten Stand der Technik werden die Aufheizzeiten und die Wärmeverteilung weiterhin deutlich verbessert. Zudem kann durch die geringe Materialstärke Material eingespart werden. Außerdem wird das Gewicht der Backofenmuffel deutlich reduziert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stabilisierungsrahmen im wesentlichen durch eine Backofenisolation gebildet. Diese muß zum einen ausreichend nachgiebig sein, um die räumliche Vergrößerung der Backofenmuffel beim Aufheizen mitmachen zu können, und zum anderen steif genug sein, um die dünnwandige Backofenmuffel ausreichend stabilisieren zu können. Es zeigen:
Fig. 1 bis Fig. 4
in perspektivischen Ansichten von vorne die Backofenmuffel nach verschiedenen Verfahrensschritten zu deren Herstellung.
Fig. 1 zeigt eine quaderförmige Backofenmuffel 1 aus Edelstahl mit fünf Muffelwänden 3. Dies sind die beiden Seitenwände, eine Boden- und eine Deckwand sowie eine Rückwand. Die Beschickungsöffnung der Backofenmuffel 1 umzieht ein Muffelflansch 5. Die Backofenmuffel 1 ist einstückig in einem Hydroumformverfahren hergestellt. Bei diesem Tiefziehverfahren weist die Backofenmuffel im Unterschied zu herkömmlichen mechanisch tiefgezogenen Teilen Mängel, wie ungleichmäßige und große Wanddickenveränderungen, sichtbare Ziehspuren und einen Ziehwulst, sowie verminderte Oberflächenqualität und verminderte Formgenauigkeit nicht auf. Mit Hilfe der Sol-Gel-Technologie werden in einem Tauch- oder Spritzverfahren eine Muffelinnenseite 7 und eine Muffelaußenseite 9 mit einer Sol-Gel-Schicht 11 beschichtet (Fig. 2). Dabei wird aus einer Lösung (Sol) durch kontrollierte Kondensationsmethoden ein kolloides System im Mikrometer-Maßstab (Gel) erzeugt. 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 ist etwa 10 µm dick und bildet auf der Muffelwand 3 aus Edelstahl beidseitig eine harte Oberfläche mit elektrischen Isolationseigenschaften. Weiterhin bildet sie einen Anlauf- und Oxidationsschutz für das Edelstahl. Auf die Sol-Gel-Hartschicht sind in zumindest einem weiteren Prozeßschritt in Sol-Gel-Technik Funktionalschichten auf verschiedene Bereiche der Muffelinnenseite 7 aufgebracht. Abhängig vom Ort in der Backofenmuffel 1 sind durch die Sol-Gel-Funktionalschichten insbesondere Antihaft-, Gleit- und Katalyseeigenschaften bereitgestellt. Die Sol-Gel-Funktionalschichten haben dabei eine Dicke von etwa 3 µm. Die aus den beiden Sol-Gel-Schichten 11 gebildete Schutzschicht ist derart transparent, daß die zur Zubereitung von Speisen relevante Wärmestrahlung im Infrarot- bzw. im sichtbaren Licht-Bereich die Schutzschicht durchdringen kann und von der Edelstahloberfläche ins Muffelinnere optimal reflektiert werden kann (Fig. 2). Bei Bedarf ist auch eine transparente oder deckende Einfärbung der Schichten möglich.
Auf die Sol-Gel-Hartschicht sind in einem nachfolgenden Verfahrensschritt auf der Muffelaußenseite 9 mäanderförmige Heizleiter 13 in Dickschichttechnik aufgetragen (Fig. 3). Aufgrund der besonders dünnen Isolationsschicht zwischen dem Heizleiter 13 und der Muffelwand 3 ist ein besonders günstiger und gleichmäßiger Wärmeübergang möglich. Die Heizleiter 13 können über Leiteranschlüsse 15 mit elektrischer Spannung versorgt werden.
Gemäß Fig. 4 ist die Backofenmuffel 1 schließlich in eine Muffelisolation 17 aus faserfreiem Isolationsmaterial, z.B. Perlite, eingebettet. Durch den Isolationsmantel ist die Backofenmuffel 1, deren Wandstärke lediglich 0,4 mm beträgt, stabilisiert. Weiterhin ist die Isolationsschale 17 ausreichend nachgiebig gestaltet, um bei der thermischen Ausdehnung der Backofenmuffel 1 beim Aufheizen während eines Backvorgangs nicht zu reißen.

Claims (5)

  1. Backofen mit einer frontseitig durch eine Tür verschließbaren metallischen Backofenmuffel, deren Muffelwände Heizelemente zum Beheizen des Garraumes auf über etwa 180 °C bzw. des darin angeordneten Gargutes zugeordnet sind, mit einer die Muffelwände zumindest an der Innenseite bedeckenden Schutzschicht, wobei die Stärke der Schutzschicht (11) geringer als etwa 30 µm ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht als Sol-Gel-Hartschicht (11) realisiert ist, und dass auf der Sol-Gel-Hartschicht eine Sol-Gel-Funktionalschicht (11) vorgesehen ist, die verschiedene Bereiche der Muffelwände mit besonderen Eigenschaften ausstattet.
  2. Backofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Flächenbereiche der Muffelwände (3) unterschiedliche Funktionalschichten aufweisen.
  3. Backofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Muffelwand zumindest zum Teil eine isolierende Schutzschicht aufweist, auf der das Heizelement (13) mittels Dickschichttechnik aufgebracht ist.
  4. Backofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stabilisierungsrahmen die Backofenmuffel (1) von außen stützt, und dass der Stabilisierungsrahmen im wesentlichen durch eine Backofenmuffelisolation (17) gebildet ist.
  5. Backofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Muffelwand (3) etwa 0,3 bis 0,5 mm beträgt.
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