EP1517586A2 - Verfahren zur Überwachung der Gefahr von Schädigungen einer Kochfläche - Google Patents

Verfahren zur Überwachung der Gefahr von Schädigungen einer Kochfläche Download PDF

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EP1517586A2
EP1517586A2 EP04017706A EP04017706A EP1517586A2 EP 1517586 A2 EP1517586 A2 EP 1517586A2 EP 04017706 A EP04017706 A EP 04017706A EP 04017706 A EP04017706 A EP 04017706A EP 1517586 A2 EP1517586 A2 EP 1517586A2
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EP
European Patent Office
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cooking
glass
thermally induced
mechanical stresses
induced mechanical
Prior art date
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Withdrawn
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EP04017706A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Dr. Nass
Kurt Dr. Schaupert
Stefan Hubert
Harry Engelmann
Patrik Schober
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Schott AG
Original Assignee
Schott AG
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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 invention relates to a method for monitoring the risk of damage a cooking surface for cooking appliances with at least one on the cooking surface arranged by an electrically operated heater heated cooking zone, the damage to the cooking surface due to the action of heat be monitored.
  • the invention relates to a method for monitoring the risk of Damage to a glass surface for cooking appliances, the glass surface by a electrically heated heating device is subjected to heat and the damage the glass surface are monitored due to the effect of heat.
  • Such a temperature monitoring method is indirect, as it is not the fracturing trigger Tensions but the temperature causing them measured becomes. Since the connection between the occurring temperature, their local Distribution and occurring at the glass ceramic voltages in the Temperature monitoring is not readily known, care must be taken be that the glass ceramic used a sufficiently low thermal expansion having. In addition, the temperature reached at the cooking surface must not be selected high to prevent damage to the glass ceramic. Also the spatial arrangement of the cooking zones on the cooking surface or their distance to each other influences the occurrence of damaging tensile stresses.
  • a damaging tensile stress in the Glass ceramic causing factors. This in turn means that the glass ceramic used does not reach the maximum, not yet critical temperature can not be heated to the safety margin exceed. The actual possibilities of the glass ceramic cooking surface can thus not exploited.
  • the entire cooking surface or at least the critical areas occurring Tensile stress on the cooking surface can be achieved with practicable temperature measuring methods insufficiently monitored with regard to the temperature distribution. Conclusions on the associated voltage conditions can be do not pull safely.
  • This object of the invention is achieved by a method for monitoring the Risk of damage to a cooking surface with the features of the claim 1 and a method for monitoring the risk of damage to a glass surface solved with the features of claim 4.
  • Advantageous developments are each described in the subclaims.
  • the thermally induced mechanical stresses of Cooking surface recorded directly.
  • the causative value for the thermally induced mechanical damage namely the voltage itself is monitored and not an indirect unrepresentative Size such as the temperature.
  • the method can be applied to a cooking surface in which at least a cooking zone radiation-heatable trained and for the cooking surface a white glass ceramic is used.
  • Monitoring method is the use of such material, which a greater thermal expansion than, for example, the CERAN ® glass ceramic has made possible in the first place. Monitoring of thermally induced mechanical stresses allow this material thermal maximum to charge.
  • the method can also be applied to a cooking surface, in the at least one cooking zone induction heating formed and the for the cooking surface used material comprises a glass material.
  • the cooking surfaces thermally induced mechanical stresses are detected at areas outside the Hot areas of the hobs are arranged and due to stress analysis be determined by simulation calculation or the like calculations.
  • the critical areas are often between the heater and the edge of the cooking surface, especially in the middle of this area.
  • the thermally induced mechanical stresses are detected.
  • the thermal induced mechanical stresses by means of at least one strain gauge detected.
  • the thermally induced mechanical Voltages also by means of at least one optical sensor device recorded for direct recording of the occurring voltage birefringence become.
  • the inventive method allows for reliable monitoring of thermally induced mechanical stresses for the cooking or glass surface
  • the heater when detecting thermal induced mechanical stresses that affect the thermal expansion threatening to exceed the material used for the cooking or glass surface, at least temporarily switched off or reduced in its heating power become.
  • the figure shows a cooking surface 10 for a common household cooking appliance with four arranged the cooking surface, each by an electrically operated heater heated cooking zone 12a, 12b, 12c and 12d.
  • the cooking zones 12a, 12c and 12d are circular in shape and have different diameters.
  • the cooking zone 12b is elongated.
  • the possible damage to the cooking surface 10 due to the effect of heat by the four heaters is monitored by the thermal induced mechanical stresses of the cooking surface 10 at critical points or representative places are determined so that the heating of the Heating devices can be switched off when needed.
  • the area 14 which is away from the hot zone of the cooking zone 12a lies.
  • the area 14 is by previous calculations, for example by stress analysis in the context of a simulation calculation.
  • the region 14 is also the region greatest tensions.
  • the area 14 lies in the middle of the zone between the cooking zone 12a and the edge 16 of the cooking surface 10. For the other cooking zones 12b, 12, c and 12d applies accordingly.
  • the (unspecified) areas between the cooking zones 12a, 12b, 12c and 12d are critical areas for the occurrence of significant thermal induced voltages.
  • the causative value namely the voltage
  • monitored and not an indirect, non-representative size such as the Temperature
  • monitoring devices for example Strain gauges or sensor devices (not shown), which are not shown in FIG an optical method utilizing stress birefringence, into consideration.
  • These monitoring devices are in the critical Arranged areas, preferably facing away from the user Side of the cooking surface 10. Such an area is for example the area 14th
  • the monitoring devices are provided with an electrical Circuit connected, which processes the measuring signal via an evaluation and optionally the temperature control circuit for the individual Feeds cooking zones. This can temperature and location-dependent temperature the affected cooking zone are adapted to the determined state of stress.
  • the invention can be used in monitoring the thermally induced voltages used in a radiant-heated or induction-heated cooking surface 10 become.
  • a material for the cooking surface 10 may be a white or other colored Glass ceramic or, for example Borofloat glass or soda-lime exhibiting Flat glass can be used. Although these materials have one greater thermal expansion than the CERAN ® glass ceramic on. However, the Monitoring the voltage conditions trouble-free operation even for sure of these materials.
  • the invention can also be used to monitor the thermally induced Voltages in a (not shown) oven disc, especially in grill operation and pyrolysis are used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Gefahr von Schädigungen einer Kochfläche (10) für Kochgeräte mit mindestens einer an der Kochfläche (10) angeordneten durch eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung beheizbare Kochzone (12a, 12b, 12c, 12d), wobei die Schädigungen der Kochfläche (10) aufgrund der Hitzeeinwirkung überwacht werden. Die thermisch induzierten mechanischen Spannungen der Kochfläche (10) werden direkt erfasst. Das Verfahren kann auch bei als Sichtscheiben für einen Backofen eingesetzten Glasflächen angewendet werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Gefahr von Schädigungen einer Kochfläche für Kochgeräte mit mindestens einer an der Kochfläche angeordneten durch eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung beheizbare Kochzone, wobei die Schädigungen der Kochfläche aufgrund der Hitzeeinwirkung überwacht werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung der Gefahr von Schädigungen einer Glasfläche für Kochgeräte, wobei die Glasfläche durch eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung mit Hitze beaufschlagt wird und die Schädigungen der Glasfläche aufgrund der Hitzeeinwirkung überwacht werden.
Die Beheizung von Kochflächen für Kochgeräte mit Strahlungsheizkörpern, Kontaktheizkörpern oder Induktionsbeheizung führt zu einer Wärmedehnung im beheizten Bereich. Diese Wärmedehnung kann dazu führen, dass die Zugspannung an Teilen der Kochfläche so groß wird, dass diese reißt.
Auch bei einer beispielsweise als Sichtscheibe für einen Backofen eingesetzten Glasscheibe bzw. Glasfläche besteht die Gefahr einer durch thermisch induzierte mechanische Spannungen auftretenden Schädigung.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Kochflächen aus Glaskeramik mit sehr niedriger Wärmedehnung einzusetzen. Eine derartige Glaskeramik wird von SCHOTT GLAS unter dem Markenname CERAN ® angeboten. Diese CERAN ®-Glaskeramik lässt sich für gewünschte designerische Ausgestaltungen nicht ohne weiteres weiß oder andersfarbig einfärben.
Deshalb ist aus dem Stand der Technik bekannt, bei Verwendung einer weißen oder andersfarbigen Glaskeramik, die keine so geringe Wärmedehnung wie beispielsweise die CERAN ®-Glaskeramik aufweist, die Temperatur der Heißzone zu überwachen und zu begrenzen.
Ein derartiges Temperaturüberwachungsverfahren ist indirekt, da nicht die bruchauslösenden Spannungen sondern die sie verursachende Temperatur gemessen wird. Da der Zusammenhang zwischen der auftretenden Temperatur, deren örtlicher Verteilung und den an der Glaskeramik auftretenden Spannungen bei der Temperaturüberwachung nicht ohne weiteres bekannt ist, muss darauf geachtet werden, dass die verwendete Glaskeramik eine ausreichend geringe Wärmedehnung aufweist. Zudem darf die an der Kochfläche erreichte Temperatur nicht zu hoch gewählt werden, um eine Schädigung der Glaskeramik zu verhindern. Auch die räumliche Anordnung der Kochzonen auf der Kochfläche bzw. deren Abstand zueinander beeinflusst das Auftreten von schädigenden Zugspannungen.
Bei einem Temperaturüberwachungsverfahren muss somit eine gewisse Sicherheitsmarge hinsichtlich der vorstehenden, eine schädigende Zugspannung in der Glaskeramik verursachenden Faktoren einbezogen werden. Dies bedeutet wiederum, dass die verwendete Glaskeramik nicht bis zur maximalen, noch nicht kritischen Temperatur erhitzt werden kann, um die Sicherheitsmarge nicht zu überschreiten. Die eigentlichen Möglichkeiten der Glaskeramik-Kochfläche können somit nicht ausgenutzt werden.
Die gesamte Kochfläche oder zumindest die kritischen Bereiche auftretender Zugspannung an der Kochfläche können mit praktikablen Temperaturmessmethoden nur unzureichend hinsichtlich der Temperaturverteilung überwacht werden. Rückschlüsse auf die zugeordneten Spannungsverhältnisse lassen sich nicht sicher ziehen.
Die einzuhaltende Sicherheitsmarge und die Ungenauigkeit der Temperaturmessung führt dazu, dass beispielsweise für Induktionskochflächen Glaskeramiken eingesetzt werden müssen, die eine geringere Wärmedehnung als notwendig zeigen und damit zu teuer sind.
Die vorstehend am Beispiel einer Kochfläche für ein Kochgerät beschriebenen Problemen treten entsprechend auch bei als Sichtscheiben für einen Backofen eingesetzte Glasscheiben insbesondere beim Grillbetrieb oder Pyrolyse auf.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung der Gefahr von Schädigungen einer Kochfläche oder einer Glasfläche für Kochgeräte anzugeben, das die Verwendung von Materialien höherer Wärmedehnung gegenüber den herkömmlich verwendeten Materialien ermöglicht. Derartige Materialien sind kostengünstiger als die herkömmlich verwendeten Materialien.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Überwachung der Gefahr von Schädigungen einer Kochfläche mit den Merkmalen des Anspruches 1 und ein Verfahren zur Überwachung der Gefahr von Schädigungen einer Glasfläche mit den Merkmalen des Anspruches 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.
Demgemäss werden die thermisch induzierten mechanischen Spannungen der Kochfläche direkt erfasst. Insbesondere hinsichtlich der Messgenauigkeit und der Vereinfachung des Messaufbaus ist bei diesem Vorgehen vorteilhaft, dass der ursächliche Wert für die thermisch induzierten mechanischen Schädigungen, nämlich die Spannung selbst überwacht wird und nicht eine indirekte nicht repräsentative Größe wie beispielsweise die Temperatur.
Das Verfahren kann bei einer Kochfläche angewendet werden, bei der mindestens eine Kochzone strahlungsbeheizbar ausgebildet und für die Kochfläche eine weiße Glaskeramik verwendet wird. Durch Anwenden des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens wird der Einsatz eines derartigen Materials, welches eine größere Wärmedehnung als beispielsweise die CERAN ®-Glaskeramik aufweist, überhaupt erst möglich gemacht. Die Überwachung der thermisch induzierten mechanischen Spannungen ermöglicht dieses Material thermisch maximal zu belasten.
Alternativ kann das Verfahren auch bei einer Kochfläche angewendet werden, bei der die mindestens eine Kochzone induktionsbeheizbar ausgebildet und das für die Kochfläche verwendete Material ein Glasmaterial aufweist.
Um die Anzahl der benötigten Messpunkte möglichst klein zu halten und dennoch ein zuverlässiges Messergebnis zu erreichen, können die thermisch induzierten mechanischen Spannungen an bekannten kritischen Bereichen der Koch- bzw.
Glasfläche, die für das Auftreten von thermisch induzierten mechanischen Spannungen repräsentativ sind, erfasst werden.
In besonders vorteilhafter Weise können bei Kochflächen die thermisch induzierten mechanischen Spannungen an Bereichen erfasst werden, die außerhalb der Heißbereiche der Kochfelder angeordnet sind und aufgrund von Spannungsanalyse durch Simulationsrechnung oder dergleichen Berechnungen ermittelt werden. Dabei liegen die kritischen Bereiche oftmals zwischen der Heizeinrichtung und dem Rand der Kochfläche, insbesondere in der Mitte dieses Bereiches. Dort werden bevorzugt die thermisch induzierten mechanischen Spannungen erfasst.
Auf besonders einfache und zugleich zuverlässige Weise lassen sich die thermisch induzierten mechanischen Spannungen mittels mindestens einem Dehnungsmessstreifen erfasst. Alternativ können die thermisch induzierten mechanischen Spannungen auch mittels mindestens einer optischen Sensoreinrichtung zur direkten Aufnahme der auftretenden Spannungs-Doppelbrechung erfasst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, bei verlässlicher Überwachung von thermisch induzierten mechanischen Spannungen für die Koch- bzw. Glasfläche Materialien zu verwenden, die ein Borofloat-Glas, Kalk-Natron-Glas oder dergleichen als Flachglas ausbildbares Material aufweisen.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Heizeinrichtung bei Erfassen von thermisch induzierten mechanischen Spannungen, die das Wärmedehnungsvermögen des für die Koch- bzw. Glasfläche verwendete Materials zu übersteigen drohen, zumindest zeitweise abgeschaltet oder in seiner Heizleistung vermindert werden.
Insgesamt gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer besseren Überwachung der auftretenden thermisch induzierten Spannungen billigere Materialien mit höherer Wärmedehnung einsetzen zu können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Kochfläche 10 für ein haushaltsübliches Kochgerät mit vier an der Kochfläche angeordneten, jeweils durch eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung beheizbare Kochzone 12a, 12b, 12c und 12d. Die Kochzonen 12a, 12c und 12d sind kreisrund ausgebildet und haben unterschiedlichen Durchmesser. Die Kochzone 12b ist länglich ausgebildet.
Die möglichen Schädigungen der Kochfläche 10 aufgrund der Hitzeeinwirkung durch die vier Heizeinrichtungen wird dadurch überwacht, dass die thermisch induzierten mechanischen Spannungen der Kochfläche 10 an kritischen Punkten bzw. dafür repräsentativen Orten ermittelt werden, so dass die Beheizung der Heizeinrichtungen bei Bedarf abgeschaltet werden kann. In der Figur ist beispielhaft der Bereich 14 gezeigt, der abseits des Heißbereiches der Kochzone 12a liegt. Der Bereich 14 ist durch vorangegangene Berechnungen, beispielsweise durch Spannungsanalyse im Rahmen einer Simulationsrechnung, ermittelt worden. Bei der gezeigten typischen Kochfläche 10 ist der Bereich 14 auch der Bereich größter Spannungen. Der Bereich 14 liegt in der Mitte der Zone zwischen der Kochzone 12a und dem Rand 16 der Kochfläche 10. Für die übrigen Kochzonen 12b, 12, c und 12d gilt entsprechendes.
Auch die (nicht näher bezeichneten) Bereiche zwischen den Kochzonen 12a, 12b, 12c und 12d sind kritische Bereiche für das Auftreten erheblicher thermisch induzierter Spannungen.
Bei der gezeigten Anordnung wird der ursächliche Wert, nämlich die Spannung, überwacht und nicht eine indirekte, nicht repräsentative Größe, beispielsweise die Temperatur, herangezogen. Als Überwachungseinrichtungen kommen beispielsweise (nicht gezeigte) Dehnungsmessstreifen oder Sensoreinrichtungen, die nach einem optischen, die Spannungs-Doppelbrechung ausnutzenden Verfahren arbeiten, in Betracht. Diese Überwachungseinrichtungen werden in den kritischen Bereichen angeordneten, vorzugsweise auf der dem Benutzer abgewandten Seite der Kochfläche 10. Ein derartiger Bereich ist beispielsweise der Bereich 14.
Die (nicht gezeigten) Überwachungseinrichtungen sind mit einer elektrischen Schaltung verbunden, welche über eine Auswerteelektronik das Messsignal verarbeitet und gegebenenfalls der Temperaturregelschaltung für die einzelnen Kochzonen zuführt. Dadurch kann temperatur- und ortsabhängig die Temperatur der betroffenen Kochzone dem ermittelten Spannungszustand angepasst werden.
Die Erfindung kann bei der Überwachung der thermisch induzierten Spannungen in einer strahlungsbeheizten oder einer induktionsbeheizten Kochfläche 10 genutzt werden. Als Material für die Kochfläche 10 kann eine weiße oder andersfarbige Glaskeramik oder ein beispielsweise Borofloat-Glas oder Kalk-Natron aufweisendes Flachglas eingesetzt werden. Diese Materialien weisen zwar eine größere Wärmedehnung als die CERAN ®-Glaskeramik auf. Jedoch stellt die Überwachung der Spannungsverhältnisse einen störungsfreien Betrieb auch für diese Materialien sicher.
Prinzipiell kann die Erfindung auch zur Überwachung der thermisch induzierten Spannungen in einer (nicht gezeigten) Backofenscheibe, insbesondere bei Grillbetrieb und Pyrolyse genutzt werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Überwachung der Gefahr von Schädigungen einer Kochfläche (10) für Kochgeräte mit mindestens einer an der Kochfläche (10) angeordneten durch eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung beheizbare Kochzone (12a, 12b, 12c, 12d), wobei die Schädigungen der Kochfläche (10) aufgrund der Hitzeeinwirkung überwacht werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die thermisch induzierten mechanischen Spannungen der Kochfläche (10) direkt erfasst werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die mindestens eine Kochzone (12a, 12b, 12c, 12d) strahlungsbeheizbar ausgebildet und das für die Kochfläche (10) verwendete Material eine weiße Glaskeramik aufweist.
  3. Kochfläche nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die mindestens eine Kochzone (12a, 12b, 12c, 12d) induktionsbeheizbar ausgebildet und das für die Kochfläche (10) verwendete Material ein Glasmaterial aufweist.
  4. Verfahren zur Überwachung der Gefahr von Schädigungen einer Glasfläche für Kochgeräte, wobei die Glasfläche durch eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung mit Hitze beaufschlagt wird und die Schädigungen der Glasfläche aufgrund der Hitzeeinwirkung überwacht werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die thermisch induzierten mechanischen Spannungen der Glasfläche direkt erfasst werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die thermisch induzierten mechanischen Spannungen an bekannten kritischen Bereichen (14) der Glas bzw. Kochfläche (10), die für das Auftreten von thermisch induzierten mechanischen Spannungen repräsentativ sind, erfasst werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die thermisch induzierten mechanischen Spannungen an Bereichen (14) der Kochfläche erfasst werden, die außerhalb der Heißbereiche der Kochzonen (12a, 12b, 12c, 12d) angeordnet sind und aufgrund von Spannungsanalyse durch Simulationsrechnung oder dergleichen Berechnungen ermittelt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die thermisch induzierten mechanischen Spannungen an Bereichen (14) zwischen der Heizeinrichtung (12a) und dem Randbereich (16) der Kochfläche (10) erfasst werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die thermisch induzierten mechanischen Spannungen mittels mindestens einem Dehnungsmessstreifen erfasst werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die thermisch induzierten mechanischen Spannungen mittels mindestens eine optische Sensoreinrichtung zur direkten Aufnahme der auftretenden Spannungs-Doppelbrechung erfasst werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das für die Koch- bzw. Glasfläche verwendete Material ein Borofloat-Glas, Kalk-Natron-Glas oder dergleichen als Flachglas ausbildbares Material aufweist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Heizeinrichtung bei Erfassen von thermisch induzierten mechanischen Spannungen, die das Wärmedehnungsvermögen des für die Glas- bzw. Kochfläche (10) verwendete Materials zu übersteigen drohen, zumindest zeitweise abgeschaltet oder in seiner Heizleistung vermindert wird.
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