EP1519630A1 - Heizvorrichtung für ein Gargerät oder dergleichen - Google Patents

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EP1519630A1
EP1519630A1 EP04015705A EP04015705A EP1519630A1 EP 1519630 A1 EP1519630 A1 EP 1519630A1 EP 04015705 A EP04015705 A EP 04015705A EP 04015705 A EP04015705 A EP 04015705A EP 1519630 A1 EP1519630 A1 EP 1519630A1
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EP
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heating device
pieces
substrate
dielectric layer
heating
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EP04015705A
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Thomas Fich Pedersen
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Electrolux Home Products Corp NV
Original Assignee
Electrolux Home Products Corp NV
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Publication date
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Publication of EP1519630A1 publication Critical patent/EP1519630A1/de
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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
    • H05B3/748—Resistive heating elements, i.e. heating elements exposed to the air, e.g. coil wire heater
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C23C18/1208—Oxides, e.g. ceramics
    • C23C18/1216—Metal oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1254—Sol or sol-gel processing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates

Definitions

  • the invention relates to a heating device for a cooking appliance or the like according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a cooking appliance according to the The preamble of claim 20. Also relates to Invention a method of manufacturing a heating device according to the preamble of claim 21.
  • Numerous household stoves include a hob or a Heating plate with a heater that generates heat radiation.
  • the heater is used, for example, with a ceramic plate, in particular, glass ceramic plate covered, the has a very low thermal expansion coefficient.
  • the heat transfer from the heater below the glass ceramic plate is arranged, to a cooking vessel, For example, a pan or a saucepan on the Glass ceramic plate is done via two different Heat transport processes. About a quarter of the energy will be by direct heat radiation from the heater through transfer the glass ceramic plate to the cooking vessel. The rest Energy is generated by thermal radiation from the heater transferred to the bottom of the glass ceramic plate, then takes place a heat conduction from the bottom of the Glass ceramic plate to the top and finally the heat from the top of the glass ceramic plate to the cooking vessel transfer. At full power, a heating element can be used Heater reach a temperature of about 1100 ° C, what an awesome insulation below and to the side of the Heating device requires to avoid unnecessary energy loss avoid.
  • the high temperature of the heating element is required to the passage of heat radiation through the glass ceramic plate to guarantee what is only for a relative narrow frequency range is possible.
  • the working temperature must be the glass-ceramic plate is less than 550 ° C, which requires a temperature limiting device that the Heating device switches off at too high temperatures.
  • the Working temperature is the glass ceramic plate not electric insulating, so that between the heater and the Glass ceramic plate an electrically insulating material and / or an air gap must be arranged. This leads to, the heating device has a thickness of about 3 to 4 cm. In contrast, the glass ceramic plate is common about 4 mm thick.
  • Such heaters for glass ceramic hobs have the disadvantage that the heat generated by the heater can not be used optimally. Another disadvantage is that for the heater relatively much space required is.
  • the Heating device will accomplish this task by the subject Claim 1 solved.
  • the hot plate is for example around a cooking plate, in particular from glass ceramic or Cast iron can be made.
  • the heating device according to the invention further has the advantage that the heating plate including heater especially may be flat, since the air gap zwisehen Heating plate and heater and a thick insulation are not required. Because of this construction leaves the hob or oven heat up very quickly and the desired temperatures are quickly adjustable.
  • the at least one surface piece essentially made of graphite.
  • the at least one surface piece essentially made of graphite.
  • the at least one Surface area a sheet resistance between 5 and 200 ohms has per cross-sectional area.
  • resistance values can be at usual electrical voltages, the desired Achieve temperature values and heat outputs.
  • the Tracks are made of metal. Metals have one relatively low electrical resistance, so that the heat losses are kept low and no heating takes place at those points where this is not desired is.
  • the conductor tracks Made of aluminum, gold, silver and / or similar metals are. These metals are particularly insensitive to Corrosion.
  • the interconnects a sheet resistance less than 200 milliohms per cross-sectional area exhibit. With these resistance values can be prevent unnecessary energy loss and unwanted heating.
  • the dielectric layer of ceramic powder and a sol-gel solution is made.
  • This can be a suitable mixture put together to the desired electrical and obtain mechanical properties of the dielectric layer.
  • the ceramic powder or more metal oxides, metal nitrides, metal carbides and / or the like are, for example Alumihiumoxid or silicon oxide and aluminum nitride or Silicon nitride suitable.
  • the sol-gel solution a or more silicon compounds.
  • This is the dielectric Layer inexpensive and easy to produce.
  • Corresponding methods for applying the dielectric Layer are in the international applications WO 96/29447 and WO 02/72495.
  • the dielectric layer on a substrate is applied.
  • This can be special thin dielectric layers with the desired properties sherstellen.
  • the dielectric layer is applied to the heating plate. This can be done with low material-technical effort a hob with heater provide.
  • the dielectric layer applied directly on the bottom of the hotplate and on the dielectric layer are the heat generating patches and the electrical traces. In this way, a particularly compact Provide a glass ceramic hob with integrated heating device.
  • this technology can be used as a heating device for an oven. In this case are one or more walls of the oven as a heating plate trained or equipped with a hot plate. Leave it to provide an oven that has a relative to its outer dimensions has large interior space.
  • the heating device a Having a plurality of rectangular patches, which after a predetermined scheme are interconnected.
  • the electrical resistance and thus the heat output exactly precalculate, so that a desired temperature distribution is adjustable.
  • the heating device a central rectangular patch and at least two lateral has rectangular surface pieces which are parallel to each other and are arranged symmetrically. This can be through the dimensions of the patches their ohmic resistance and thus affect their heat output, so that the temperature distribution easily adjustable.
  • the central rectangular Patch and the at least two lateral rectangular ones Surface pieces are dimensioned and arranged such that they cover a circular area as completely as possible. Because the Circular area is usually the preferred form of a cooking plate, can be in this way the highest possible efficiency to adjust.
  • Circuit technology can be provided that the lateral Surface pieces parallel to each other and with the central surface piece are connected in series. This will be a symmetric Temperature distribution ensured and it persists the possibility of choosing the widths of patches the radial temperature distribution on the circular surface to influence.
  • the Heater a plurality of similar patches arranged so arranged around a circular ring surface as completely as possible. This gives you the opportunity within the annulus a substantially to obtain uniform temperature distribution. Also the Annular area is a preferred geometric section for a hob.
  • the similar Patches electrically in series and / or parallel to each other are interconnected, with the row always the same Number of patches has. This also contributes to one uniform temperature distribution at.
  • annular surface concentric is arranged with the circular area. This allows one provide a cooktop consisting of circular area and circular area, in which the temperature distribution can be set as desired is.
  • the heater a plurality of concentric annular surfaces with each having similar surface pieces. This can be provide a hob that can be controlled area by section and at which any desired temperature distribution is adjustable.
  • a cooking appliance is furthermore provided, the at least one hot plate and at least one described above Has heating device. Due to the invention Design of the heater can be the cooking appliance especially compact. This will save space Significantly reduced compared to the prior art. If the cooking appliance is a hotplate, then leave This particular with the heater according to the invention train flat. Is it in the cooking appliance to an oven in which one or more side walls of the invention Have heating device, so can the Make the oven thin-walled. This has the advantage that the Interior of the oven relative to its external dimensions is relatively large. In addition, the Oven due to the heating device according to the invention a relatively high efficiency.
  • the substrate is formed by a heating plate.
  • the electrically conductive Layer applied directly to the hot plate.
  • the substrate can be formed by a hob. Since the hob is heated directly, are relatively low temperatures sufficient to the required To provide cooking performance. At low temperatures the glass ceramic hob acts as an electrical insulator. This has the advantage that an additional electrically insulating Layer can be made thin or at all is not required.
  • FIG. 1 is a schematic view of a heater represented according to the invention.
  • the heating device comprises a plurality of rectangular patches 10, 12, 14 and electrical Tracks 16, which are essentially in one plane are arranged. Both the patches 10, 12, 14 as well the electrical conductors 16 are on a not shown applied dielectric layer, in turn on the bottom of a hot plate of a glass ceramic hob is applied.
  • the patches 10, 12, 14 are made of graphite manufactured and have a relatively high electrical Resistance on. Preferably, the electrical sheet resistance between 5 and 200 ⁇ per unit area.
  • About the electrical conductor tracks 16 are the area pieces 10, 12, 14 connected to an electrical power source P, N, wherein P represent the phase connections and N the neutral connections.
  • the electrical conductors 16 are made of metal, preferably of aluminum, gold, silver or the like.
  • the electrical sheet resistance of the conductor tracks 16 is preferably less than 200 milliohms per unit area. Since the electrical resistance of the patches 10, 12, 14 in Compared to the conductor tracks 16 relatively large is, almost all the electrical energy from the pieces of land 10, 12, 14 converted into heat energy. Because the Surface pieces 10, 12, 14 are particularly flat and immediate abut the dielectric layer of a heating plate is the efficiency is particularly high. Experiments have shown that up to about 80% of the electrical energy is converted into heat energy which are used on the glass ceramic hob can.
  • the maximum temperature of the patches 10, 12, 14 is about 450 ° C. This temperature is sufficient because the patches 10, 12, 14 are very close to the glass-ceramic cooking plate are located. In conventional heaters a temperature of about 1100 ° C is required.
  • the heater shown in Fig. 1 is for a hob provided that an inner zone 18 and an outer zone 20 includes.
  • the inner zone 18 has the shape of a circular area, while the outer zone 20 is in the form of a circular ring surface has, so the two zones 18 and 20 together one form enlarged circular cooking surface.
  • the inner zone 18 comprises three surface pieces, namely a central surface piece 10 and two lateral patches 12.
  • the central Patch 10 is about twice as wide as the lateral Surface pieces 12 formed.
  • the central surface piece 10 and the two lateral patches 12 are parallel to each other arranged. With regard to their dimensions are the Surface pieces 10 and 12 are formed so that they are circular Cover inner zone 18 as completely as possible.
  • the both lateral patches 12 are parallel to each other connected.
  • the two lateral patches 12 connected in series with the central surface piece 10.
  • the electrical conductors 16 are always with the End faces of the patches 10 and 12 are coupled.
  • the interconnection and the dimensions of the patches 10 and 12 cause that the heating power and the temperature within the inner zone 18 is substantially evenly distributed.
  • the outer zone 20 which is formed as a circular ring surface is, there are nine rectangular outer patches 14, which are arranged approximately evenly. Adjacent patches 14 are electrically coupled via their end faces. through the electrical conductors 16 are the nine outer Surface pieces 14 interconnected so that each three patches 14 in series with each other and these triplets are in turn connected in parallel with each other. By the choice of the dimensions of the patches 14 and their interconnection are the desired heat output and the temperature distribution fixable. The patches 14 are within the outer zone 20 arranged so that they as possible even distribution of heating power and temperature within zone 20.
  • the dielectric layer is between the patches 10, 12, 14 and the electrical traces on the one hand and the On the other hand arranged underside of the glass ceramic hot plate.
  • the dielectric layer is made of a ceramic powder and a Sol-gel solution produced.
  • the ceramic powder comprises for example, alumina and / or silica. alternative
  • the ceramic powder may also contain other oxides or nitrides such as B. aluminum nitride or silicon nitride.
  • the technology and the processes for the production of dielectric Layer are for example in the international ones Applications WO 02/72495 and WO 96/29447 described.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für ein Gargerät oder dergleichen. Die Heizvorrichtung umfasst wenigstens ein Flächenstück (10, 12, 14) zum Erzeugen von Wärme aus elektrischem Strom. Die Heizvorrichtung umfasst elektrische Leiterbahnen (16) zur Stromversorgung des wenigstens einen Flächenstücks (16), die nach einem vorbestimmten Schema mit dem wenigstens einem Flächenstück (10, 12, 14) gekoppelt sind. Schließlich umfasst die Heizvorrichtung eine dielektrische Schicht, an deren einer Seite die Leiterbahnen (16) und das wenigstens eine Flächenstück (10, 12, 14) angebracht sind und deren andere Seite für den direkten Kontakt mit einer Heizplatte vorgesehen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Gargerät, das wenigstens eine Heizplatte und die vorgenannte Heizvorrichtung aufweist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für ein Gargerät oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Gargerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 20. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 21.
Zahlreiche Haushaltsherde umfassen ein Kochfeld oder eine Heizplatte mit einer Heizvorrichtung, die Wärmestrahlung erzeugt. Die Heizvorrichtung wird beispielsweise mit einer Keramikplatte, insbesondere Glaskeramikplatte abgedeckt, die einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
Die Wärmeübertragung von der Heizvorrichtung, die unterhalb der Glaskeramikplatte angeordnet ist, zu einem Kochgefäß, beispielsweise einer Pfanne oder einem Kochtopf, das auf der Glaskeramikplatte steht, erfolgt über zwei unterschiedliche Wärmetransportvorgänge. Etwa ein Viertel der Energie wird durch direkte Wärmestrahlung von der Heizvorrichtung durch die Glaskeramikplatte auf das Kochgefäß übertragen. Die übrige Energie wird durch Wärmestrahlung von der Heizvorrichtung auf die Unterseite der Glaskeramikplatte übertragen, anschließend erfolgt eine Wärmeleitung von der Unterseite der Glaskeramikplatte zu dessen Oberseite und schließlich wird die Wärme von der Oberseite der Glaskeramikplatte zum Kochgefäß übertragen. Bei voller Leistung kann ein Heizelement der Heizvorrichtung eine Temperatur von etwa 1100° C erreichen, was eine aüfwändige Isolierung unterhalb und seitlich der Heizvorrichtung erfordert, um unnötige Energieverluste zu vermeiden. Die hohe Temperatur des Heizelements ist erforderlich, um den Durchgang von Wärmestrahlung durch die Glaskeramikplatte zu gewährleisten, was nur für einen verhältnismäßig engen Frequenzbereich möglich ist. Außerdem muss die Arbeitstemperatur der Glaskeramikplatte weniger als 550° C betragen, was eine Temperaturbegrenzungseinrichtung erfordert, die die Heizvorrichtung bei zu hohen Temperaturen abschaltet. Bei der Arbeitstemperatur ist die Glaskeramik-platte nicht elektrisch isolierend, so dass zwischen der Heizvorrichtung und der Glaskeramikplatte ein elektrisch isolierendes Material und/oder ein Luftspalt angeordnet sein muss. Dies führt dazu, dass die Heizvorrichtung eine Dicke von etwa 3 bis 4 cm aufweist. Im Gegensatz dazu ist die Glaskeramikplatte üblicherweise etwa 4 mm dick.
Derartige Heizvorrichtungen für Glaskeramikkochfelder haben den Nachteil, dass die von der Heizvorrichtung erzeugte Wärme nicht optimal genutzt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist, dass für die Heizvorrichtung verhältnismäßig viel Platz erforderlich ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Heizvorrichtung für ein Gargerät und ein entsprechendes Gargerät bereitzustellen, bei denen gegenüber dem Stand der Technik die Energieausbeute erhöht und die Abmessungen verkleinert sind. Hinsichtlich der Heizvorrichtung wird diese Aufgabe durch den Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung für ein Gargerät oder dergleichen weist folgendes auf:
  • wenigstens ein Flächenstück zum Erzeugen von Wärme aus elektrischem Strom;
  • elektrische Leiterbahnen zur Stromversorgung des Flächenstücks, die nach einem vorbestimmten Schema mit dem wenigstens einen Flächenstück gekoppelt sind; und
  • eine dielektrische Schicht, an deren einer Seite die Leiterbahnen und das wenigstens eine Flächenstück angebracht sind und deren andere Seite für den direkten Kontakt mit einer Heizplatte vorgesehen ist.
Unter dem Flächenstück ist ein dreidimensionaler Körper zu verstehen, dessen räumliche Ausdehnung entlang einer ersten Richtung klein ist gegenüber den räumlichen Ausdehnungen entlang den anderen beiden Richtungen, die zur ersten Richtung orthogonal sind. Durch den direkten Kontakt zwischen der Wärmequelle und der Heizplatte wird der Wärmestrahlungsverlust verhindert. Bei der Heizplatte handelt es sich beispielsweise um eine Kochplatte, die insbesondere aus Glaskeramik oder Gusseisen hergestellt sein kann. Ebenso kann die Heizplatte als Wand eines Garraums, beispielsweise eines Backofens ausgebildet sein. Dadurch kann die maximale Temperatur der Heizvorrichtung gegenüber dem Stand der Technik auf etwa 450° C herabgesetzt werden. Dies führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads. Versuche haben gezeigt, dass Wirkungsgrade von bis zu 80% gemäß der Norm IEC 350 (1970) erreicht werden können. Auf jeden Fall lässt sich ein Wirkungsgrad von 70 % erreichen. Die Heizvorrichtung gemäß der Erfindung hat weiterhin den Vorteil, dass die Heizplatte samt Heizvorrichtung besonders flach ausgebildet sein kann, da der Luftspalt zwisehen Heizplatte und Heizvorrichtung und eine dicke Isolierung nicht erforderlich sind. Aufgrund dieser Bauweise lässt sich das Kochfeld oder der Backofen besonders schnell erwärmen und die gewünschten Temperaturen sind schnell einstellbar.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Flächenstück im Wesentlichen aus Graphit hergestellt ist. Dabei handelt es sich um ein kostengünstiges und leicht verarbeitbares Material, das geeignete spezifische elektrische Widerstandswerte aufweist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Flächenstück einen Flächenwiderstand zwischen 5 und 200 Ohm pro Querschnittsfläche aufweist. Mit solchen Widerstandswerten lassen sich bei üblichen elektrischen Spannungen die gewünschten Temperaturwerte und Heizleistungen erzielen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leiterbahnen aus Metall hergestellt sind. Metalle haben einen verhältnismäßig niedrigen elektrischen Widerstandswert, so dass die Wärmeverluste gering gehalten werden und keine Erwärmung an solchen Stellen erfolgt, an denen dies nicht erwünscht ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Leiterbahnen aus Aluminium, Gold, Silber und/oder dergleichen Metallen hergestellt sind. Diese Metalle sind besonders unempfindlich gegenüber Korrosion.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Leiterbahnen einen Flächenwiderstand von weniger als 200 Milliohm pro Querschnittsfläche aufweisen. Mit diesen Widerstandswerten lassen sich unnötige Energieverluste und unerwünschte Aufheizungen verhindern.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die dielektrische Schicht aus Keramikpulver und einer Sol-Gel-Lösung hergestellt ist. Damit lässt sich eine geeignete Mischung zusammenstellen, um die gewünschten elektrischen und mechanischen Eigenschaften der dielektrischen Schicht zu erhalten.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Keramikpulver ein oder mehrere Metalloxide, Metallnitride, Metallkarbide und/oder dergleichen umfasst. Dazu sind beispielsweise Alumihiumoxid oder Siliziumoxid sowie Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid geeignet.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Sol-Gel-Lösung eine oder mehrere Siliziumverbindungen umfasst. Damit ist die dielektrische Schicht kostengünstig und auf einfache Weise herstellbar. Entsprechende Verfahren zum Aufbringen der dielektrischen Schicht sind in den internationalen Anmeldungen WO 96/29447 und WO 02/72495 beschrieben.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die dielektrische Schicht auf einem Substrat aufgebracht ist. Damit lassen sich besonders dünne dielektrische Schichten mit den gewünschten Eigenschaften sherstellen. Versuche, insbesondere der Hochspannungstest gemäß dem Standard IEC 335-2-6, haben gezeigt, dass bei Kochfeldern eine Schichtdicke von beispielsweise 500 µm ausreichend ist, um die Anforderungen zu erfüllen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die dielektrische Schicht auf der Heizplatte aufgebracht ist. Damit lässt sich mit geringem material-technischen Aufwand ein Kochfeld mit Heizvorrichtung bereitstellen. Dabei kann die dielektrische Schicht unmittelbar auf der Unterseite der Kochplatte aufgebracht sein und auf der dielektrischen Schicht befinden sich die wärmeerzeugenden Flächenstücke und die elektrischen Leiterbahnen. Auf diese Weise lässt sich ein besonders kompaktes Glaskeramikkochfeld mit integrierter Heizvorrichtung bereitstellen. Ebenso lässt sich mit dieser Technologie eine Heizvorrichtung für einen Backofen bereitstellen. In diesem Fall sind eine oder mehrere Wände des Backofens als Heizplatte ausgebildet oder mit einer Heizplatte bestückt. Damit lässt sich ein Backofen bereitstellen, der einen im Verhältnis zu seinen äußeren Abmessungen großen Innenraum aufweist.
Was die geometrische Ausgestaltung der Heizvorrichtung betrifft, kann vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung eine Mehrzahl rechteckiger Flächenstücke aufweist, die nach einem vorbestimmten Schema miteinander verschaltet sind. Bei rechteckigen.Flächenstücken lässt sich der elektrische Widerstand und somit die Heizleistung exakt vorausberechnen, so dass eine gewünschte Temperaturverteilung einstellbar ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung ein zentrales rechteckiges Flächenstück und wenigstens zwei laterale rechteckige Flächenstücke aufweist, die parallel zueinander und symmetrisch angeordnet sind. Damit lässt sich durch die Abmessungen der Flächenstücke deren ohmscher Widerstand und somit deren Heizleistung beeinflussen, so dass die Temperaturverteilung auf einfache Weise einstellbar.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das zentrale rechteckige Flächenstück und die wenigstens zwei lateralen rechteckigen Flächenstücke derart dimensioniert und angeordnet sind, dass sie eine Kreisfläche möglichst vollständig abdecken. Da die Kreisfläche meist die bevorzugte Form einer Kochplatte ist, lässt sich auf diese Weise ein möglichst hoher Wirkungsgrad einstellen.
Schaltungstechnisch kann vorgesehen sein, dass die lateralen Flächenstücke miteinander parallel und mit dem zentralen Flächenstück in Reihe geschaltet sind. Dadurch wird eine symmetrische Temperaturverteilung gewährleistet und es besteht weiterhin die Möglichkeit, durch die Wahl der Breiten der Flächenstücke die radiale Temperaturverteilung auf der Kreisfläche zu beeinflussen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung eine Mehrzahl gleichartiger Flächenstücke aufweist, die derart angeordnet sind, um eine Kreisringfläche möglichst vollständig abzudecken. Damit besteht die Möglichkeit, innerhalb der Kreisringfläche eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperaturverteilung zu erhalten. Auch die Kreisringfläche ist ein bevorzugter geometrischer Abschnitt für ein Kochfeld.
Dazu kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die gleichartigen Flächenstücke elektrisch in Reihe und/oder parallel miteinander verschaltet sind, wobei die Reihe stets die gleiche Anzahl Flächenstücke aufweist. Auch dies trägt zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung bei.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Kreisringfläche konzentrisch mit der Kreisfläche angeordnet ist. Damit lässt ein aus Kreisfläche und Kreisringfläche bestehendes Kochfeld bereitstellen, bei dem die Temperaturverteilung beliebig einstellbar ist.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Heizvorrichtung eine Vielzahl konzentrischer Kreisringflächen mit jeweils gleichartigen Flächenstücken aufweist. Damit lässt sich ein Kochfeld bereitstellen, das flächen-abschnittsweise ansteuerbar und bei dem eine beliebige gewünschte Temperaturverteilung einstellbar ist.
Gemäß der Erfindung ist weiterhin ein Gargerät vorgesehen, das wenigstens eine Heizplatte und wenigstens eine oben beschriebene Heizvorrichtung aufweist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Heizvorrichtung lässt sich das Gargerät besonders kompakt ausbilden. Dadurch wird der Platzbedarf gegenüber dem Stand der Technik wesentlich reduziert. Handelt es sich bei dem Gargerät um eine Kochplatte, so lässt sich diese mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung besonders flach ausbilden. Handelt es sich bei dem Gargerät um einen Backofen, bei dem eine oder mehrere Seitenwände die erfindungsgemäße Heizvorrichtung aufweisen, so lässt sich der Backofen dünnwandig ausbilden. Dies hat den Vorteil, dass der Innenraum des Backofens im Verhältnis zu seinen äußeren Abmessungen verhältnismäßig groß ist. Darüber hinaus hat der Backofen aufgrund der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung einen relativ hohen Wirkungsgrad.
Für das Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung für ein Gargerät oder dergleichen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Substrat durch eine Heizplatte gebildet wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die elektrisch leitfähige Schicht unmittelbar auf die Heizplatte aufgebracht. Insbesondere kann dabei das Substrat durch ein Kochfeld gebildet werden. Da das Kochfeld unmittelbar beheizt wird, sind verhältnismäßig niedrige Temperaturen ausreichend, um die erforderliche Kochleistung bereitzustellen. Bei niedrigen Temperaturen wirkt das Glaskeramik-Kochfeld als elektrischer Isolator. Dies hat den Vorteil, dass eine zusätzliche elektrisch isolierende Schicht dünn ausgebildet sein kann oder überhaupt nicht erforderlich ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend in der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
FIG. 1
eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung.
In FIG. 1 ist eine schematische Ansicht einer Heizvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Die Heizvorrichtung umfasst eine Vielzahl rechteckiger Flächenstücke 10, 12, 14 und elektrische Leiterbahnen 16, die im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind. Sowohl die Flächenstücke 10, 12, 14 als auch die elektrischen Leiterbahnen 16 sind auf einer nicht dargestellten dielektrischen Schicht aufgebracht, die wiederum auf der Unterseite einer Heizplatte eines Glaskeramikkochfeldes aufgebracht ist. Die Flächenstücke 10, 12, 14 sind aus Graphit hergestellt und weisen einen relativ hohen elektrischen Widerstand auf. Vorzugsweise beträgt der elektrische Flächenwiderstand zwischen 5 und 200 Ω pro Flächeneinheit. Über die elektrischen Leiterbahnen 16 sind die Flächenstücke 10, 12, 14 an eine elektrische Stromquelle P, N angeschlossen, wobei P die Phasenanschlüsse und N die Nullleiteranschlüsse darstellen. Die elektrischen Leiterbahnen 16 bestehen aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, Gold, Silber oder dergleichen. Der elektrische Flächenwiderstand der Leiterbahnen 16 beträgt vorzugsweise weniger als 200 mΩ pro Flächeneinheit. Da der elektrische Widerstand der Flächenstücke 10, 12, 14 im Vergleich zu dem der Leiterbahnen 16 verhältnismäßig groß ist, wird nahezu die gesamte elektrische Energie von den Flächenstücken 10, 12, 14 in Wärmeenergie umgewandelt. Da die Flächenstücke 10, 12, 14 besonders flach sind und unmittelbar an der dielektrischen Schicht einer Heizplatte anliegen, ist der Wirkungsgrad besonders hoch. Versuche haben gezeigt, dass bis zu etwa 80 % der elektrischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird, die auf dem Glaskeramikkochfeld genutzt werden kann. Die maximale Temperatur der Flächenstücke 10, 12, 14 beträgt dabei etwa 450° C. Diese Temperatur reicht aus, da die Flächenstücke 10, 12, 14 sich sehr nahe bei der Glaskeramikkochplatte befinden. Bei herkömmlichen Heizvorrichtungen ist eine Temperatur von etwa 1100°C erforderlich.
Die in Fig. 1 dargestellte Heizvorrichtung ist für ein Kochfeld vorgesehen, das eine innere Zone 18 und eine äußere Zone 20 umfasst. Die innere Zone 18 hat die Form einer Kreisfläche, während die äußere Zone 20 die Form einer Kreisringfläche hat, so dass die beiden Zonen 18 und 20 zusammen eine vergrößerte kreisförmige Kochfläche bilden. Die innere Zone 18 umfasst drei Flächenstücke, nämlich ein zentrales Flächenstück 10 und zwei laterale Flächenstücke 12. Das zentrale Flächenstück 10 ist etwa doppelt so breit wie die lateralen Flächenstücke 12 ausgebildet. Das zentrale Flächenstück 10 und die beiden lateralen Flächenstücke 12 sind parallel zueinander angeordnet. Hinsichtlich ihrer Abmessungen sind die Flächenstücke 10 und 12 so ausgebildet, dass sie die kreisförmige innere Zone 18 möglichst vollständig abdecken. Die beiden lateralen Flächenstücke 12 sind parallel miteinander verschaltet. Weiterhin sind die beiden lateralen Flächenstücke 12 in Reihe mit dem zentralen Flächenstück 10 verschaltet. Die elektrischen Leiterbahnen 16 sind stets mit den Stirnseiten der Flächenstücke 10 und 12 gekoppelt. Die Verschaltung und die Abmessungen der Flächenstücke 10 und 12 bewirken, dass die Heizleistung und die Temperatur innerhalb der inneren Zone 18 im Wesentlichen gleichmäßig verteilt ist.
In der äußeren Zone 20, die als Kreisringfläche ausgebildet ist, befinden sich neun rechteckige äußere Flächenstücke 14, die etwa gleichmäßig angeordnet sind. Benachbarte Flächenstücke 14 sind über ihre Stirnseiten elektrisch gekoppelt. Mittels der elektrischen Leiterbahnen 16 sind die neun äußeren Flächenstücke 14 so miteinander verschaltet, dass jeweils drei Flächenstücke 14 miteinander in Reihe und diese Dreiergruppen wiederum parallel miteinander verschaltet sind. Durch die Wahl der Abmessungen der Flächenstücke 14 und deren Verschaltung sind die gewünschte Heizleistung und die Temperaturverteilung festlegbar. Auch die Flächenstücke 14 sind innerhalb der äußeren Zone 20 so angeordnet, dass sie eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Heizleistung und der Temperatur innerhalb der Zone 20 ermöglichen.
Die dielektrische Schicht ist zwischen den Flächenstücken 10, 12, 14 und den elektrischen Leiterbahnen einerseits und der Unterseite der Glaskeramikkochplatte andererseits angeordnet. Die dielektrische Schicht ist aus einem Keramikpulver und einer Sol-Gel-Lösung hergestellt. Das Keramikpulver umfasst beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid. Alternativ dazu kann das Keramikpulver auch andere Oxide oder Nitride wie z. B. Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid aufweisen. Die Technologie und die Verfahren zur Herstellung der dielektrischen Schicht sind beispielsweise in den internationalen Anmeldungen WO 02/72495 und WO 96/29447 beschrieben.
Bezugszeichen
10
zentrales Flächenstück
12
laterales Flächenstück
14
äußeres Flächenstück
16
elektrische Leiterbahn
18
innere Zone
20
äußere Zone
P
Phasenanschluss
N
Nullleiteranschluss

Claims (22)

  1. Heizvorrichtung für ein Gargerät oder dergleichen, die Folgendes aufweist:
    wenigstens ein Flächenstück .(10, 12, 14)zum Erzeugen von Wärme aus elektrischem Strom;
    elektrische Leiterbahnen (16) zur Stromversorgung des Flächenstücks (10, 12, 14), die nach einem vorbestimmten Schema mit dem wenigstens einen Flächenstück (10, 12, 14) gekoppelt sind; und
    eine dielektrische Schicht, an deren einer Seite die Leiterbahnen (16) und das wenigstens eine Flächenstück (10, 12, 14) angebracht sind und deren andere Seite für den direkten Kontakt mit einer Heizplatte vorgesehen ist.
  2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Flächenstück (10, 12, 14) im Wesentlichen aus Graphit hergestellt ist.
  3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenstück (10, 12, 14) einen Flächenwiderstand zwischen 5 und 200 Ohm pro Querschnittsfläche aufweist.
  4. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (16) aus Metall hergestellt sind.
  5. Heizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (16) aus Aluminium, Gold, Silber und/oder dergleichen Metallen hergestellt sind.
  6. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (16) einen Flächenwiderstand von weniger als 200 Milliohm pro Querschnittsfläche aufweisen.
  7. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht aus Keramikpulver und einer Sol-Gel-Lösung hergestellt ist.
  8. Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikpulver ein oder mehrere Metalloxide, Metallnitride, Metallkarbide und/oder dergleichen umfasst.
  9. Heizvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sol-Gel-Lösung eine oder mehrere Siliziumverbindungen umfasst.
  10. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht auf einem Substrat aufgebracht ist.
  11. Heizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht auf der Heizplatte aufgebracht ist.
  12. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung eine Mehrzahl rechteckiger Flächenstücke (10, 12, 14) aufweist, die nach einem vorbestimmten Schema miteinander verschaltet sind.
  13. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung ein zentrales rechteckiges Flächenstück (10) und wenigstens zwei laterale rechteckige Flächenstücke (12) aufweist, die zueinander parallel und symmetrisch angeordnet sind.
  14. Heizvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale rechteckige Flächenstück (10) und die wenigstens zwei lateralen rechteckigen Flächenstücke (12) so bemessen und angeordnet sind, dass sie eine Kreisfläche (18) möglichst vollständig abdecken.
  15. Heizvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die lateralen Flächenstücke (12) miteinander parallel und mit dem zentralen Flächenstück (10) in Reihe geschaltet sind.
  16. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung eine Mehrzahl gleichartiger Flächenstücke (14) aufweist, die derart angeordnet sind, um eine Kreisringfläche (20) möglichst vollständig abzudecken.
  17. Heizvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichartigen Flächenstücke (14) elektrisch in Reihe und/oder parallel miteinander verschaltet sind, wobei jede parallele Reihe stets die gleiche Anzahl Flächenstücke (14) aufweist.
  18. Heizvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringfläche (20) konzentrisch mit der Kreisfläche (18) angeordnet ist.
  19. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung eine Vielzahl konzentrischer Kreisringflächen (20) mit jeweils gleichartigen Flächenstücken (14) aufweist.
  20. Gargerät mit wenigstens einer Heizplatte und wenigstens einer Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
  21. Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung für ein Gargerät oder dergleichen, das folgende Schritte umfasst:
    Vermischen einer Sol-Gel-Lösung mit bis zu 90 Gew.% der Lösung eines elektrisch leitfähigen Pulvers zu einer stabilen Dispersion, wobei das elektrisch leitfähige Pulver aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Keramik, Metallen und Halbleitern besteht;
    Aufbringen der Dispersion auf ein Substrat, um darauf eine Beschichtung herzustellen; und
    Brennen des beschichteten Substrats bei einer Temperatur, die ausreicht, um sämtliche organische Bestandteile zu entfernen und zumindest stellenweise eine elektrisch leitfähige Schicht auf dem Substrat zu bilden; dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat durch eine Heizplatte gebildet wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat durch ein Kochfeld gebildet wird.
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