EP2649860A1 - Heizvorrichtung für ein haushaltsgerät und haushaltsgerät mit einer solchen heizvorrichtung - Google Patents

Heizvorrichtung für ein haushaltsgerät und haushaltsgerät mit einer solchen heizvorrichtung

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EP2649860A1
EP2649860A1 EP11791274.1A EP11791274A EP2649860A1 EP 2649860 A1 EP2649860 A1 EP 2649860A1 EP 11791274 A EP11791274 A EP 11791274A EP 2649860 A1 EP2649860 A1 EP 2649860A1
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Abstract

Die Heizvorrichtung (1) ist für ein Haushaltsgerät (H) vorgesehen und weist ein zu erwärmendes Substrat (2) mit einer Gebrauchsseite (3) und einer der Gebrauchsseite (3) abgewandten Rückseite (4), mindestens eine Flächenheizung (5), welche an der Rückseite (4) des Substrats (2) angeordnet ist, und mindestens einen Temperatursensor (6) auf, wobei der mindestens eine Temperatursensor (6) durch eine zugehörige Aussparung (7) in der Flächenheizung (5) durchgeführt und an dem Substrat befestigt (2) ist. Das Haushaltsgerät (H) weist mindestens eine solche Heizvorrichtung (1) auf.

Description

Heizvorrichtung für ein Haushaltsgerät und Haushaltsgerät mit einer solchen Heizvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für ein Haushaltsgerät, wobei die Heizvorrich- tung ein zu erwärmendes Substrat mit einer Gebrauchsseite und einer der Gebrauchsseite abgewandten Rückseite, mindestens eine Flächenheizung, welche an der Rückseite des Substrats angeordnet ist, und mindestens einen Temperatursensor aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Haushaltsgerät mit mindestens einer solchen Heizvorrichtung. Es sind Heizvorrichtungen für Haushaltsgeräte nach Art des Oberbegriffs bekannt, bei denen der mindestens eine Temperatursensor an der Flächenheizung befestigt ist. Der mindestens eine Temperatursensor wird typischerweise für eine Temperaturregelung eines der Gebrauchsseite direkt oder beabstandet zugewandten Mediums (Speise, Lauge, Prozessluft usw.) verwendet. Da sich jedoch eine Temperatur an der Heizung von einer Temperatur an der Gebrauchsseite zum Teil erheblich unterscheiden kann, werden für eine Ermittlung einer Temperatur an der Gebrauchsseite häufig Kennlinien verwendet, welche Informationen über einen experimentell bestimmten Unterschied zwischen der Temperatur an der Heizung von der Temperatur an der Gebrauchsseite in Abhängigkeit einer oder mehrerer Variablen (z.B. der Temperatur an der Heizung) abbilden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfacher umzusetzende, robuste und genauer messende Heizvorrichtung für Haushaltsgeräte bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevor- zugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Heizvorrichtung für ein Haushaltsgerät, aufweisend ein zu erwärmendes Substrat mit einer Gebrauchsseite und einer der Gebrauchsseite abgewandten Rückseite, mindestens eine Flächenheizung, welche an der Rückseite des Substrats angeordnet ist, und mindestens einen Temperatursensor, wobei der mindestens eine Temperatursensor durch eine zugehörige Aussparung in der Flächenheizung durchgeführt und an dem Substrat befestigt ist. Die Gebrauchsseite kann insbesondere diejenige Seite oder Oberfläche des Substrats darstellen, welche dazu vorgesehen ist, einem zu behandelnden Medium (Speise, Lauge, Prozessluft usw.) ausgesetzt zu sein. Die Rückseite kann insbesondere durch das Substrat gegen das zu behandelnde Medium abgeschirmt sein.
Diese Heizvorrichtung weist den Vorteil auf, dass eine direkte Beeinflussung der durch den mindestens einen Temperatursensor abgefühlten Temperatur aufgrund der Flächenheizung verringert wird, also eine von der Temperatur der Heizung relativ unabhängige Temperaturmessung ermöglicht wird. Vielmehr wird das eine Temperatur an seiner Gebrauchsseite genauer und zuverlässiger wiedergebende Substrat abgefühlt. Auch kann der mindestens eine Temperatursensor nun schneller auf Temperaturänderungen an der Gebrauchseite des Substrats ansprechen, was eine verbesserte Temperaturregelung ermöglicht. Da das Substrat durch die Vertiefung nicht durchbrochen wird, bleibt ferner der mindestens eine Temperatursensor vor dem zu behandelnden Medium geschützt, was eine weiterhin hohe Lebensdauer ermöglicht. Auch bleibt so der mindestens eine Temperatursensor bei einem Blick auf die Gebrauchsseite verborgen, und die Gebrauchsseite ist einfacher reinigbar. Die versenkte Bauweise erlaubt außerdem einen flacheren Aufbau. Die hohe Lebensdauer wird zudem noch dadurch verlängert, dass eine Temperatur an dem Substrat aufgrund einer Wärmespreizung und aufgrund einer Glättung von Temperaturschwankungen der Heizung (welche z.B. bei einem pulsartigen Betrieb der Heizung auftreten können) geringere Maximalwerte und Temperaturschwankungen aufweist als bei einem direkt an der Heizung befestigten Temperatursensor.
Das Substrat kann beispielsweise Metall, einschließlich emailliertes Metall, Glas oder Glaskeramik umfassen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Temperatursensor in einer rückwär- tigen Ausnehmung oder Vertiefung des Substrats befestigt ist. Dadurch wird ein Einfluss der Heizung auf eine Temperaturmessung noch weiter verringert. Auch wird so der mindestens eine Temperatursensor noch näher an die Gebrauchsseite herangeführt, was beispielsweise eine Messgenauigkeit und eine Ansprechzeit bezüglich einer Temperaturänderung an der Gebrauchsseite weiter verbessert. Es ist beispielsweise eine zur besseren Wärmeverteilung und/oder für eine erhöhte Stabilität bevorzugte Ausgestaltung, dass das Substrat mehrere Lagen oder Schichten aufweist und die rückwärtige Vertiefung durch mindestens eine Aussparung in mindestens einer der Schichten gebildet ist. Dabei ist zumindest in derjenigen Schicht, welche die Gebrauchsseite des Substrats bildet ("oberste Schicht"), keine solche Aussparung vorgesehen, um einen Durchbruch zu vermeiden. Es ist eine Weiterbildung, dass sämtliche Schichten bis auf die oberste Schicht eine Aussparung zur Erzeugung der jeweiligen Vertiefung aufweisen, um den mindestens einen Temperatursensor möglichst nahe an die Gebrauchsseite heranzubringen.
Die Schichten können insbesondere Metallschichten sein, wobei zumindest eine der Schichten insbesondere Edelstahl oder Aluminium aufweisen kann. Beispielsweise kann eine oberste Schicht, welche die Gebrauchsseite des Substrats bildet, aus beständigem Edelstahl bestehen, während eine darunterliegende Schicht, welche die Rückseite des Substrats bildet, aus hochgradig wärmeleitendem Aluminium besteht. Die Heizung ist dann an der Aluminiumschicht angebracht. In diesem Fall kann die Vertiefung z.B. durch eine Aussparung in der Aluminiumschicht gebildet sein. Der mindestens eine Temperatursensor kann dann an einer Rückseite der Edelstahlschicht angebracht sein.
Die Schichten weisen vorzugsweise mindestens eine eigenständig erzeugbare und/oder freistehende Lage oder Schicht auf.
Die Aussparungen in den Schichten können nach einem Aufbringen oder Zusammenfü- gen der Schichten eingebracht werden, z.B. durch Ätzen, Lasern usw. Alternativ können die Aussparungen in die entsprechenden Schichten vor einem Zusammenfügen der Schichten eingebracht werden und die Schichten dann zusammengefügt werden. Das Zusammenfügen kann bei eigenständig erzeugbaren Schichten z.B. durch Löten und/oder Aufschlagen erfolgen.
Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass das Substrat ein homogenes Material ist und die rückwärtige Vertiefung durch eine Materialabtragung des Substrats gebildet ist, beispielsweise durch Fräsen, Ätzen, Bohren oder Lasern. Die Vertiefung ist vorzugsweise möglichst nahe an die Gebrauchsseite herangebracht. Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Aussparung auf eine Fläche von max. ca. 400 mm2, insbesondere auf einen Durchmesser von ca. 20 mm, begrenzt ist, damit die gute Wärmeverteilung im Bereich der Heizung nicht unterbrochen wird.
Die Vertiefung ist in ihrer Form nicht beschränkt und kann beispielsweise eckig, rund, elliptisch oder mit einer Freiformkontur ausgestattet usw. sein, wobei eine kreisförmige oder zylinderförmige Vertiefung bevorzugt wird. Eine Befestigung eines Temperatursensors kann auf jede geeignete Weise erfolgen, z.B. mittels Lötens, Schweißens, Verklemmens, Einpressens, Klebens usw.
Die Heizung kann insbesondere eine Dünnschichtheizung oder eine Dickschichtheizung sein.
Die Heizung kann eine elektrisch leitfähige Heizleiterschicht aufweisen. Die Heizleiterschicht kann direkt auf einem zu heizenden Substrat aufgebracht sein, insbesondere falls das Substrat ein elektrisch nichtleitendes Substrat ist, z.B. aus Glas, Glaskeramik oder Kunststoff. Die Heizleiterschicht kann alternativ indirekt über eine elektrisch isolierende Isolierungsschicht auf einem zu heizenden Substrat aufgebracht sein, insbesondere falls das Substrat ein elektrisch leitendes Substrat ist, z.B. aus Metall.
Die Heizleiterschicht kann insbesondere aus CrNi bestehen. Dabei wird eine Dicke der Heizleiterschicht zwischen einem und 300 Mikrometern, insbesondere zwischen 25 und 50 Mikrometern, bevorzugt.
Die Isolierungsschicht weist vorzugsweise ein dielektrisches Material, bevorzugt Aluminiumoxid, auf. Es wird eine Dicke der Isolierungsschicht zwischen 150 und 500 Mikrometern, insbesondere zwischen 250 und 300 Mikrometern, bevorzugt.
Zudem kann beispielsweise noch eine Schutzschicht ("Top Coat") auf die Heizung aufgebracht worden sein, welche z.B. verhindern kann, dass Feuchtigkeit in die hygroskopische Isolierschicht eindringt. Zur elektrischen Kontaktierung können, z.B. mittels einer Schablone, z.B. Bronzeflächen aufgespritzt werden, welche die Heizleiterschicht kontaktieren und an welche elektrische Leitungen angebracht, z.B. angeschweißt, werden können. Es ist noch eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Heizbahn mittels eines Plasmaverfahrens aufgebracht worden ist. Dabei ist insbesondere eine Verwendung eines thermischen Plasmaspritzens vorteilhaft.
Mittels des Plasmaspritzens können die Heizleiterschicht und ggf. die Isolierungsschicht auf das Substrat aufgebracht werden. Zum Plasmaspritzen kann beispielsweise ein Plasmabrenner verwendet werden. Das Plasmaspritzen weist den Vorteil auf, dass es einfach durchführbar ist und eine hohe Genauigkeit der erzeugten Lagen ermöglicht. Zudem können vielerlei Materialien plasmagespritzt werden. Das Substrat erwärmt sich bei der Be- schichtung kaum (bis maximal 200°C), was ebenfalls vorteilhaft ist.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Haushaltsgerät mit mindestens einer Heizvorrichtung wie oben beschrieben.
Das Haushaltsgerät kann insbesondere ein Gargerät sein. Es ist eine Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät ein Gargerät in Form eines Garraumeinschubs ist. Der Garraumein- schub kann insbesondere ein Gargutträger sein, z.B. ein aktiv beheizbares Backblech, Gargutschale oder Garraumteiler.
Insbesondere für den Fall eines Gargutträgers, dessen Gebrauchsseite typischerweise eine auch als Gargutablage dienende Oberseite ist, ist seine Decke oder Oberseite mittels der rückwärtig angebrachten Heizung direkt beheizbar.
Durch das nahe Heranbringen des mindestens einen Temperatursensors an die Oberseite des Gargutträgers, insbesondere mittels der Vertiefung(en), kann die Temperaturmes- sung so genau sein, dass auch eine Temperatur an einer Unterseite eines aufliegenden Garguts bestimmt werden kann. Sogar spätere Zugaben von kalten Speisen, Flüssigkeiten usw. (beispielsweise von Fischstäbchen oder Aufgüssen) können dann durch den mindestens einen Temperatursensor erkannt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, eine schnell ansprechende Temperaturregelung zu realisieren. Eine solche Temperatur- regelung kann vorteilhafterweise dazu genutzt werden, ein Anbrennen und Verbrennen zu verhindern (Leerkochschutz). Zudem ergeben sich so zusätzliche Möglichkeiten einer Gestaltung von Garprogrammen. Ferner wird eine Zubereitung von besonders empfindlichen Lebensmitteln erleichtert. Auch ein gelingsicheres Kochen für Anfänger kann so ver- einfacht werden.
Jedoch kann das Haushaltsgerät auch ein anderes Gargerät sein, z.B. ein Ofen (Backofen, Mikrowellenofen usw.) oder ein Kochfeld. Das Substrat des Kochfelds kann z.B. eine Glaskeramikplatte sein. Das zu beheizende Medium kann dann insbesondere ein Kochgeschirr (Topf, Pfanne usw.) sein.
Das Haushaltsgerät kann jedoch beispielsweise auch eine Waschmaschine (z.B. mit der Heizvorrichtung zum Erwärmen von Lauge), Wäschetrockner (z.B. mit der Heizvorrichtung zum Erwärmen von Prozessluft) oder eine Spülmaschine (z.B. mit der Heizvorrichtung zum Erwärmen von Spülwasser) umfassen.
In der folgenden Figur wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Die Fig. zeigt eine Heizvorrichtung 1 für ein Haushaltsgerät H, z.B. einen beheizbaren Gargutträger. Die Heizvorrichtung 1 weist ein zu erwärmendes Substrat 2 mit einer Gebrauchsseite 3 und einer der Gebrauchsseite 3 abgewandten Rückseite 4 auf. An der Rückseite 4 des Substrats 2 ist eine Flächenheizung 5 flächig angebracht. Die Heizvorrichtung 1 weist ferner zwei Temperatursensoren 6 auf, welche durch eine jeweils zuge- hörige Aussparung 7 in der Flächenheizung 5 durchgeführt und an dem Substrat 2 befestigt sind.
Genauer gesagt weist das Substrat 2 mehrere Lagen oder Schichten 2a, 2b auf, von denen eine erste oder oberste Substratschicht 2a aus Edelstahl die Gebrauchsseite 3 defi- niert. Eine zweite Substratschicht 2b besteht aus gut leitendem Aluminium und trägt die Flächenheizung 5.
Die Flächenheizung 5 wiederum weist eine auf der zweiten Substratschicht 2b flächig aufliegende, elektrisch isolierende Isolierungsschicht 5a aus Aluminiumoxid auf, auf wel- eher, von der zweiten Substratschicht 2b abgewandt, eine Heizleiterschicht 5b flächig aufgebracht ist. Die Heizleiterschicht 5b ist zur Wärmeerzeugung bestrombar. Die Aussparung 7 wird durch entsprechende deckungsgleiche Aussparungen in der Isolierungsschicht 5a und der Heizleiterschicht 5b erreicht.
Für eine verbesserte thermische Abschirmung von der Flächenheizung 5 und für eine besonders nahe Heranführung der Temperatursensoren 6 an die Gebrauchsseite 3 weist das Substrat 2 zwei rückwärtige Vertiefungen 8 auf. Die Vertiefungen 8 werden durch eine jeweilige Aussparung in der zweiten Substratschicht 2b gebildet, so dass die Temperatur- sensoren 6 in eine jeweilige Aussparung 7 und deckungsgleiche Vertiefung 8 eingeführt und an der Rückseite der obersten Substratschicht 2a befestigt sind. Die Temperatursensoren 6 können unmittelbar oder über ein thermisches Schnittstellenmaterial (TIM; "Thermal Interface Material") wie eine Wärmeleitpaste an der obersten Substratschicht 2a befestigt sein. Die Aussparung 7 und die Vertiefung 8 sind in Draufsicht jeweils kreisförmig mit einem Durchmesser von nicht mehr als ca. 20 mm ausgestaltet. Die Temperatursensoren 6 sind über entsprechende elektrische Leitungen 9 mit einer Auswerteeinheit, insbesondere einer Steuereinheit, verbunden. Die Steuereinheit kann im Falle eines Gargutträgers als dem Haushaltsgerät H z.B. eine Steuereinheit eines den Gargutträger aufnehmenden Gargeräts sein.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Bezugszeichenliste
1 Heizvorrichtung
2 Substrat
2a erste Substratschicht
2b zweite Substratschicht
3 Gebrauchsseite
4 Rückseite
5 Flächenheizung
5a Isolierungsschicht
5b Heizleiterschicht
6 Temperatursensor
7 Aussparung
8 Vertiefung
9 elektrische Leitung
H Haushaltsgerät

Claims

Patentansprüche
1. Heizvorrichtung (1) für ein Haushaltsgerät (H), aufweisend
ein zu erwärmendes Substrat (2) mit einer Gebrauchsseite (3) und einer der Gebrauchsseite (3) abgewandten Rückseite (4),
mindestens eine Flächenheizung (5), welche an der Rückseite (4) des Substrats (2) angeordnet ist, und
mindestens einen Temperatursensor (6),
dadurch gekennzeichnet, dass
der mindestens eine Temperatursensor (6) durch eine zugehörige Aussparung (7) in der Flächenheizung (5) durchgeführt und an dem Substrat befestigt (2) ist.
2. Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor (6) in einer rückwärtigen Vertiefung (8) des Substrats (2) befestigt ist.
3. Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) mehrere Schichten (2a; 2b) aufweist und die rückwärtige Vertiefung (8) durch eine Aussparung (7) in mindestens einer der Schichten (2b) gebildet ist.
4. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein homogenes Material ist und die rückwärtige Vertiefung durch eine Materialabtragung des Substrats gebildet ist.
5. Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (7) auf eine Fläche von ca. 400 mm2, insbesondere auf einen Durchmesser von ca. 20 mm, begrenzt ist.
6. Haushaltsgerät (H) mit mindestens einer Heizvorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (1) eine Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist. Haushaltsgerät (H) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Haus haltsgerät (H) ein Gargerät ist.
Haushaltsgerät (H) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Haus haltsgerät (H) ein Garraumeinschub ist.
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