WO2004080127A1 - Elektrische heizung mit kontaktkochplatte - Google Patents

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WO2004080127A1
WO2004080127A1 PCT/EP2004/002125 EP2004002125W WO2004080127A1 WO 2004080127 A1 WO2004080127 A1 WO 2004080127A1 EP 2004002125 W EP2004002125 W EP 2004002125W WO 2004080127 A1 WO2004080127 A1 WO 2004080127A1
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hotplate
heating
iron
contact
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PCT/EP2004/002125
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Inventor
Wolfgang Thimm
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E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH
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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
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • 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
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    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/02—Heaters using heating elements having a positive temperature coefficient

Definitions

  • the invention relates to an electric heater with a contact hotplate with the features of the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to provide a heater mentioned at the outset with which the disadvantages of the prior art can be avoided and in particular an additional temperature limiter with opening electrical contacts can be dispensed with.
  • the heater with the contact hotplate has at least one wire-shaped or wire-like heater for heating the contact hotplate.
  • the heater consists of a metallic material with PTC properties.
  • the advantage of a heater made of PTC material for a contact hotplate is that above a certain temperature, which roughly corresponds to a limit temperature that should not be exceeded in normal operation, the electrical resistance of the heater increases sharply. This reduces the current flow accordingly and the heating output drops. The lowering of the heating power in turn causes a return to the operating temperature range.
  • the use of a heater made of such a PTC material has the advantage that it is not just a pure securing element.
  • the heater is self-limiting in addition to its property as a heating element, so it combines two properties.
  • the heater can either consist of a so-called iron-based alloy, which maintains a cubic, inner-centered crystal structure during all operating states of the heater. All operating states of the heater are understood to mean different temperatures at which the heater is operated as intended. In the case of contact hotplates, these are usually temperatures up to a few hundred degrees, for example up to 300 ° C or 400 ° C.
  • the maintaining The special crystal structure has the advantage that a phase transition from ⁇ -iron to ⁇ -iron is avoided during normal operation. This way the heater has a better durability. Above all, however, it is possible to obtain PTC properties in addition to raising a Curie temperature of the material, which can be set relatively precisely in a desired range. Such a material is described for example in EP 1213540 A2, to which reference is expressly made here.
  • the heater can consist of a cobalt-iron alloy as a metallic material with PTC properties, which contains, for example, approximately 70% cobalt-iron.
  • a cobalt-iron alloy as a metallic material with PTC properties, which contains, for example, approximately 70% cobalt-iron.
  • Such a material is available, for example, under the name CF25 from Vacuumschmelze.
  • the heater can also be made of a tungsten alloy or a molybdenum alloy. Such alloys are known for use in halogen lamps or light bulbs.
  • a temperature-resistance coefficient greater than 6 is preferably provided, so that the temperature rise is relatively strong from the desired temperature limit range. Larger values above 8 can also be selected, for example 10.
  • an iron-based alloy can be characterized in that it contains vanadium.
  • the vanadium content can be 1 to 3 or 4% by weight, for example approx. 1.5% by weight.
  • Other alloys can contain a small proportion of molybdenum, for example up to 4% by weight. It can also contain 1 to 4% by weight of titanium.
  • the arrangement of the heater on the contact hotplate can be such that it is arranged on its underside for heating it.
  • a con- tact should be as flat as possible or ensure the best possible heat transfer.
  • a heater according to the invention in a tube, for example in a coiled form. It should be covered with insulation, for example quartz sand, ceramic or the like.
  • This tube in turn can be placed on the underside of the contact hotplate, for which purpose it is advantageously flattened to increase the contact area.
  • the heater may be surrounded by insulation in an airtight manner.
  • insulation can be based on glass or ceramic and should accordingly be temperature-stable. It can also be polymer ceramics.
  • the insulation is arranged here with the heater on the underside of the contact hotplate. It is also conceivable to provide an evacuated insulation within which the heater runs.
  • a heater or a contact hotplate can have several wire-shaped heaters, for example two or three. At least one of the heaters, in particular exactly one heater, advantageously consists of an iron-based alloy mentioned above. So part of the available heating power is self-regulating, which can either have a direct effect on the other heaters or over the entire heat input onto the contact hotplate.
  • a heater made of the aforementioned iron-based alloy with at least one conventional heater, which can also consist of wire made of conventional resistance material, in series. Overheating the heater with the PTC effect then causes the entire branch to be throttled or switched off, and thus also the conventional one Heater.
  • a conventional heater or the like can be, for example, an FeCrAI alloy. exhibit. Such a heating conductor is described in EP 542128 A1, to which reference is expressly made here.
  • a parallel connection of a heater with an aforementioned iron-based alloy and a conventional heater there can be a parallel connection of a heater with an aforementioned iron-based alloy and a conventional heater.
  • the heater regulates itself or only its own branch.
  • the heaters in particular in the aforementioned possible wirings, can be provided in several separate branches.
  • a heater made of an iron base alloy mentioned above should be provided in at least one of the branches. It is possible to apply electrical energy to all branches together.
  • the individual branches can run in so-called defined surface areas, which can surround and adjoin one another, but essentially do not overlap or penetrate. The surface areas are advantageously adapted to the shape of the contact hotplate, for example round and concentric with one another.
  • any switching device which can produce different circuits can be used to connect such branches to several heaters. These can be serial and / or parallel, wherein several branches can be interconnected in completely free wiring and supplied with electrical energy. Different branches can be interconnected in different ways. Depending on the type of wiring, they can be supplied with different amounts of energy. This is especially true when such a contact plate according to the invention is similar to a conventional hotplate with several heating circuits on a voltage source is connected and either clocked or the power can be set by the type of connection.
  • a contact hotplate can be a so-called cast hotplate, as is common.
  • the heater or heaters can run between ribs which are molded onto the underside of the cast-iron hotplate. As described above, the heaters can run in an insulation and, under certain circumstances, also in the form of a tubular heater.
  • the heater has a flat wire shape and is attached to the underside of the ceramic with good heat conduction, preferably flat.
  • a flat wire shape can extend up to a wide foil shape in order to create a balanced relationship between heater area, heater cross-section and heater output.
  • FIG. 1 is a side view of a ceramic plate with flat heaters
  • FIG. 2 is a plan view of the underside of the ceramic plate from FIG. 1,
  • FIGS. 5 and 6 wiring examples for several heating conductors.
  • a heater 11 is shown from the side.
  • This has a contact hotplate 12, which can consist, for example, of a ceramic material.
  • a ceramic hotplate is known for example from EP 069 298 A1.
  • Heating conductors 14 are arranged on the underside of the hotplate 12. The course of the heating conductor 14 is particularly clear from Figure 2. It can be seen here how, starting from connections 15, a heating conductor 14 is applied as a continuous band in double spiral shape to the underside of the hotplate 12.
  • the heating conductor 14 is divided into several different areas, which can basically be divided into two types.
  • the heating conductor regions 14a are formed from so-called normal or conventional heating conductor material, for example a FeCrAI alloy.
  • Heater regions 14b which together as the heater regions 14a form the entire, continuous heat conductor 14 as short pieces, are made of the metallic material according to the invention with PTC
  • the heating conductor regions 14a and 14b are connected to one another in such a way that there are no disturbing contact resistances and also no other boundary layer problems.
  • heating conductor 14 There are various options for applying the heating conductor 14. On the one hand, it is possible to produce a continuous band, for example in the form of flat wire, from the heating conductor regions 14a and 14b by joining them together. This can be attached to the underside of the hotplate 12 in almost any manner, for example by gluing or embedding using ceramic adhesive. Alternatively, it is conceivable to produce so-called thick-film pastes from the respective materials and to melt them onto the hotplate 12.
  • a heater 111 is shown in section with a cast hotplate 112 on which a cooking vessel stands.
  • the cast hotplate 112 has, according to known designs, concentric projecting ribs 118 on the underside. In each of the spaces formed by these ribs 118, a heating conductor 114 is embedded in a spiral shape by means of the insulating embedding 117.
  • a further heater 211 is shown in FIG.
  • a heating conductor 214 is also provided there in a coiled form. However, here the heating conductor 214 is embedded in a tube 216 together with an insulating embedding 217. Tube 216 and heating conductor 214 form a so-called tubular heating element and are approximately triangular in cross section here. This makes it possible to ensure a larger direct contact surface for heat transfer to a hotplate 212 located above. Methods for deforming a tube 216 into such a triangular shape are known to the person skilled in the art.
  • the tube 216 is advantageously surrounded on the underside of the hotplate 212 with a thermal insulation or the like, which particularly preferably has a certain reflective effect upwards. As a result, a large part of the heat generated by the tube 216 or the hot conductor 214 can be directed upwards to the hotplate 212.
  • the tube 216 can either be attached to the underside of the hotplate 212 by means of glue or the like, for example as described above, it advantageously also providing good heat transfer here.
  • glue or the like for example as described above
  • Further possibilities can, for example, be to solder or bond the tube 216 to the underside of the hotplate 212, since the heating conductor 214 is electrically insulated from it. Such metallic transitions would additionally improve the heat transfer if the hotplate 212 were made metallic.
  • FIGS. 5 and 6 show possible types of interconnection of heating conductors 314a and 414a made from conventional heating conductor material and heating conductors 314b and 414b made from an iron-based alloy according to the invention. As can be seen, these can be connected in parallel, in series or in a mixed manner with one another in various ways.
  • the heat conductors made of an iron-based alloy according to the invention have a PTC characteristic. This means that their specific electrical resistance increases sharply from a temperature of approx. 300 ° C and can more than double, for example up to 600 ° C. As described at the beginning, the increase in the electrical see resistance of a heating conductor the current flow through it is lower. This reduces the heat output, which in turn causes the resistance to drop due to the decreasing temperature.
  • heating conductors so to speak, can be used in various ways.
  • the heating conductors described here should primarily be used as heating conductors and not only as overtemperature protection devices.
  • FIG. 5 shows a parallel connection of two, so to speak, conventional heating conductors 314a.
  • a heating conductor 314b made of an iron-based alloy is connected upstream of these.
  • the heating conductors 314a and 314b are, for example, attached to a contact hotplate for heating in the manner described above.
  • heating conductors shown which are jointly supplied with voltage
  • further heating conductors can be attached to the same contact hotplate.
  • a separately switchable two-circuit radiator could be created.
  • the heating conductor 314b heats because of the relatively uniform temperature distribution in the hotplate. This increases its electrical resistance due to the properties of the iron-based alloy used, which in turn causes a reduction in the current flowing through it. This means that less current flows through the conventional heating conductor 314a. This reduces their heating output and overall the heating of the hotplate. The temperature drops until the current flow through the heating conductor 314b increases again and thus also the heating power. Thus, the heating conductor 314b does not regulate only itself, but also the conventional heating conductor 314a. Furthermore, he himself contributes to heating the hotplate.
  • the heating conductors in particular the hot conductor 314b, it is possible to achieve a so-called steady state.
  • the temperature and electrical resistance and thus the heating output remain approximately the same.
  • FIG. 6 shows a parallel connection of a conventional heating conductor 414a and a heating conductor 414b according to the invention with an iron-based alloy. Both heating conductors 414 are connected to the supply voltage. In the case of overtemperature, it is easy to see that only the heating conductor 414b reduces its output. The heating conductor 414a remains unaffected by this and continues to heat normally.
  • the heating conductor 414b according to the invention regulates itself only.
  • the total heat generation is reduced, but only by reducing the heat generation by the iron-based alloy heating conductor 414b according to the invention.
  • heating conductors according to the invention made of an iron-based alloy are arranged on a hotplate, which are in particular subjected to power together with a voltage, it is advantageous to arrange them over a hotplate in a surface-distributed manner. This makes it easier to detect local overheating and take this overheating into account. Furthermore, in certain types of hotplates, it is possible to replace conventional heating conductors with heating conductors according to the invention made of an iron-based alloy in usually particularly hot areas. The different heaters or heating conductors can have approximately the same output.
  • the hotplate has a normal heating conductor, the resistance of which increases from approx. 15 ohms at room temperature to approx. 20 ohms at 800 ° C.
  • the hotplate has a PTC heating conductor, the resistance of which increases from 5 ohms at room temperature to approx. 32 ohms at 800 ° C.
  • the two heating conductors should be connected in series and operated with a voltage of 230 V.
  • the temperature curve should be illustrated using the following table:
  • a pot with good heat extraction is heated at 300 ° C with an output of almost 2kW. If the pan is empty and the temperature of the hotplate rises sharply, the output is significantly reduced and you only get about half of it at the highest temperatures of almost 800 ° C Heating output of just over 1kW. This enables cooling or less intense heating again.

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Abstract

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine elektrische Heizung (11) mit einer Kontaktkochplatte (12) geschaffen werden, an der drahtförmige Heizer (14) angeordnet sind. Zumindest einer der Heizer (14b) besteht aus einem Material mit PTC-Effekt, beispielsweise einer Eisenbasislegierung. Diese behält während aller Betriebszustände des Heizers eine kubisch innen zentrierte Kristallstruktur bei und weist gleichzeitig den PTC-Effekt auf. Ein solcher Heizer (14) hat zusätzlich zu seiner Heizungsfunktion eine eigenständige Temperaturregelung zur Vermeidung von Übertemperatur, wodurch separate Temperaturbegrenzer mit Schaltkontakten eingespart werden können.

Description

Beschreibung Elektrische Heizung mit einer Kontaktkochplatte
Anwendungsgebiet und Stand des* Technik
Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizung mit einer Kontaktkochplatte mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, beispielsweise Gusskochplatten an ihrer Unterseite mit Heizern zu versehen, in welchen von Isoliermaterial umgebene Heizwendeln als Heizung arbeiten. Gegen Überhitzung weisen diese Gusskochplatten einen eingebauten Temperaturbegrenzer auf. Dieser ist in der Regel in der Mitte der Unterseite eingelassen und unterbricht die Energiezufuhr zur Gusskochplatte bei Überschreiten einer bestimmten festgelegten Temperatur, wobei er hierzu trennende elektrische Kontakte aufweist. Es wird als nachteilig angesehen, stets einen Temperaturbegrenzer als separates Bauteil an der Kochplatte anzuordnen.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Heizung zu schaffen, mit der die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere auf einen zusätzlichen Tem- peraturbegrenzer mit öffnenden elektrischen Kontakten verzichtet werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Heizung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfin- düng sind in den weiteren Ansprüchen angegeben und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
BESTATIGUNGSKOPIE Erfindungsgemäß weist die Heizung mit der Kontaktkochplatte wenigstens einen drahtförmigen oder drahtartigen Heizer auf zur Beheizung der Kontaktkochplatte. Der Heizer besteht dabei aus einem metallischen Material mit PTC-Eigenschaften.
Der Vorteil eines Heizers aus PTC-Material für eine Kontaktkochplatte besteht darin, dass oberhalb einer bestimmten Temperatur, welche in etwa einer Grenztemperatur entspricht, die im bestimmungsgemäßen Betrieb eigentlich nicht überschritten werden sollte, der elektrische Widerstand des Heizers stark zunimmt. Dadurch verringert sich der Strom- fluss entsprechend stark und die Heizleistung sinkt ab. Das Absinken der Heizleistung wiederum bewirkt die Rückkehr in den Betriebstemperaturbereich. Die Verwendung eines Heizers aus einem solchen PTC- Material hat den Vorteil, dass so nicht nur ein reines Sicherungselement vorhanden ist. Der Heizer ist selbstbegrenzend neben seiner Eigenschaft als Heizelement, er vereinigt also zwei Eigenschaften in sich.
Somit kann durch das Vorsehen eines PTC-Heizers auf übliche Tempe- raturbegrenzer verzichtet werden, welche vor allem mechanisch betätigte und elektrisch öffnende Kontakte aufweisen. Derartige Temperaturbegrenzer sind teuer, aufwendig in der Montage und schwierig an manchen Kontaktkochplatten anzuordnen, insbesondere wenn deren Außenflächen, die zur Anbringung zur Verfügung stehen, nicht eben sind.
Dabei kann der Heizer entweder aus einer sogenannten Eisenbasislegierung bestehen, welche während aller Betriebszustände des Heizers eine kubisch innenzentrierte Kristallstruktur beibehält. Unter allen Be- triebszuständen des Heizers sind dabei verschiedene Temperaturen zu verstehen, mit denen der Heizer bestimmungsgemäß betrieben wird. Bei Kontaktkochplatten sind dies in der Regel Temperaturen bis zu einigen hundert Grad, beispielsweise bis zu 300°C oder 400°C. Das Beibehalten der speziellen Kristallstruktur weist den Vorteil auf, dass ein Phasenübergang von α-Eisen zu γ-Eisen im bestimmungsgemäßen Betrieb vermieden wird. Auf diese Art und Weise hat der Heizer eine bessere Haltbarkeit. Vor allem aber auch ist es möglich, neben dem Anheben einer Curie-Temperatur des Materials PTC-Eigenschaften zu erhalten, welche relativ genau in einem gewünschten Bereich eingestellt werden können. Ein solches Material ist beispielsweise in der EP 1213540 A2 beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
Weiters kann der Heizer aus einer Kobalt-Eisen-Legierung als metallisches Material mit PTC-Eigenschaften bestehen, welches beispielsweise ca. 70% Kobalt-Eisen enthält. Ein solches Material ist beispielsweise unter der Bezeichnung CF25 von der Fa. Vacuumschmelze erhältlich.
Der Heizer kann auch aus einer Wolfram-Legierung oder einer Molybdän-Legierung bestehen. Solche Legierungen sind bekannt durch den Einsatz in Halogen-Lampen oder Glühbirnen.
Bevorzugt ist ein Temperatur-Widerstandskoeffizient größer als 6 vorge- sehen, so dass der Temperaturanstieg ab dem gewünschten Temperatur-Grenzbereich relativ stark ist. Es können auch größere Werte oberhalb von 8 gewählt gewählt werden, beispielsweise 10.
Des weiteren kann sich eine Eisenbasislegierung dadurch auszeichnen, dass sie Vanadium enthält. Der Vanadiumanteil kann bei 1 bis 3 oder 4 Gew.% liegen, beispielsweise bei ca. 1 ,5 Gew.%. Weitere Zulegierun- gen können einen geringen Anteil von Molybdän enthalten, beispielsweise bis zu 4 Gew.%. Ebenso können 1 bis 4 Gew.% Titan enthalten sein.
Die Anordnung des Heizers an der Kontaktkochplatte kann derart sein, dass er an ihrer Unterseite angeordnet ist zu ihrer Beheizung. Ein Kon- takt sollte dabei möglichst flächig sein bzw. für einen möglichst guten Wärmeübergang sorgen.
Beispielsweise ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Heizer in ei- nem Rohr anzuordnen, beispielsweise in gewendelter Form. Dabei sollte er von einer Isolierung umhüllt sein, beispielsweise Quarzsand, Keramik oder dergleichen. Dieses Rohr wiederum kann an die Unterseite der Kontaktkochplatte angelegt werden, wozu es vorteilhaft abgeflacht ist zur Erhöhung der Kontaktfläche.
Der Heizer kann alternativ auf luftdichte Weise von einer Isolierung umgeben sein. Eine solche Isolierung kann auf Basis von Glas oder Keramik beruhen und sollte entsprechend temperaturstabil sein. Es können auch Polymerkeramiken sein. Die Isolierung ist hier mit dem Heizer an der Unterseite der Kontaktkochplatte angeordnet. Ebenso ist es denkbar, eine evakuierte Isolierung vorzusehen, innerhalb welcher der Heizer verläuft.
Eine Heizung bzw. eine Kontaktkochplatte kann mehrere drahtförmige Heizer aufweisen, beispielsweise zwei oder drei. Mindestens einer der Heizer, insbesondere genau ein Heizer, besteht dabei aus einer oben genannten Eisenbasislegierung mit Vorteil. So ist ein Teil der zur Verfügung stehenden Heizleistung selbstregelnd, was sich entweder auch auf die anderen Heizer direkt auswirken kann oder über die gesamte Wär- meeinkopplung auf die Kontaktkochplatte.
Bei einer beispielhaften Ausführung der Erfindung ist es möglich, einen Heizer aus einer vorgenannten Eisenbasislegierung mit wenigstens einem konventionellen Heizer, der ebenfalls aus Draht aus konventionel- lem Widerstandsmaterial bestehen kann, in Serie zu schalten. Die Überhitzung des Heizers mit PTC-Effekt bewirkt dann das Drosseln oder Abschalten des gesamten Zweiges und somit auch des konventionellen Heizers. Ein konventioneller Heizer kann beispielsweise eine FeCrAI- Legierung odgl. aufweisen. Ein solcher Heizleiter ist in der EP 542128 A1 beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführung der Erfindung kann eine Parallelschaltung aus einem Heizer mit einer vorgenannten Eisenbasislegierung und einem konventionellen Heizer vorliegen. In diesem Fall regelt sich der Heizer nur selber bzw. nur seinen eigenen Zweig ab. Des weiteren ist es selbstverständlich möglich, auch Mischungen aus paral- lel- und seriellen Schaltungen vorzusehen.
Die Heizer, insbesondere in den vorgenannten möglichen Beschaltun- gen, können in mehreren getrennten Zweigen vorgesehen sein. In mindestens einem der Zweige sollte ein Heizer aus einer vorgenannten Ei- senbasislegierung vorgesehen sein. Dabei ist es möglich, sämtliche Zweige gemeinsam mit elektrischer Energie zu beaufschlagen. Die einzelnen Zweige können in sogenannten definierten Flächenbereichen verlaufen, welche sich zwar umgeben und aneinander angrenzen können, im wesentlichen jedoch nicht überlappen oder durchdringen. Die Flächenbereiche sind vorteilhaft an die Form der Kontaktkochplatte an- gepasst, beispielsweise rund und konzentrisch zueinander.
Zur Beschaltung solcher Zweige mit mehreren Heizern kann ein grundsätzlich beliebiges Schaltgerät verwendet werden, welches unterschied- liehe Beschaltungen herstellen kann. Diese können seriell und/oder parallel sein, wobei mehrere Zweige in völlig freier Beschaltung zusammengeschaltet und mit elektrischer Energie versorgt werden können. Dabei können verschiedene Zweige auf unterschiedliche Arten und Weisen zusammengeschaltet werden. Je nach Art der Beschaltung sind sie mit unterschiedlich großer Energie beaufschlagbar. Dies gilt vor allem dann, wenn eine solche erfindungsgemäße Kontaktplatte ähnlich einer üblichen Kochstelle mit mehreren Heizkreisen an einer Spannungsquelle angeschlossen ist und entweder getaktet wird oder die Leistung durch die Beschaltungsart einstellbar ist.
Einerseits kann eine Kontaktkochplatte eine sogenannte Gusskochplatte sein, wie sie verbreitet ist. Der oder die Heizer können dabei zwischen Rippen verlaufen, welche an die Unterseite der Gusskochplatte angeformt sind. Dabei können die Heizer, wie zuvor beschrieben, in einer Isolierung und unter Umständen auch einer Art Rohrheizkörper verlaufen.
Als Alternative zu einer Gusskochplatte ist es möglich, einen vorgenannten Heizer, vorteilhaft zusammen mit weiteren konventionellen Heizern, an einer Kontaktkochplatte aus Keramikmaterial zu verwenden und anzubringen. Hier ist es von Vorteil, wenn der Heizer Flachdrahtform aufweist und mit guter Wärmeleitung, bevorzugt flächig, an der Unterseite der Keramik befestigt ist. Eine Flachdrahtform kann hier bis zu einer breiten Folienform reichen, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Heizerfläche, Heizerquerschnitt und Heizerleistung zu schaffen.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Er- findung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstel- len können, für die hier Schutz beansprucht wird
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schema- tisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer Keramik-Platte mit flachen Heizern,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Unterseite der Keramik-Platte aus Fig. 1 ,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Gusskochplatte mit eingebetteten Heizern an der Unterseite,
Fig 4 einen weiteren Schnitt durch eine weitere Kochplatte mit Heizern, welche in einem Rohr verlaufen, das an die Unterseite einer Kochplatte angedrückt ist, Fig. 5 und 6 Verschaltungsbeispiele für mehrere Heizleiter.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist von der Seite eine Heizung 11 dargestellt. Diese weist eine Kontaktkochplatte 12 auf, welche beispielsweise aus einem Keramikmaterial bestehen kann. Eine derartige Keramikkochplatte ist beispielsweise aus der EP 069 298 A1 bekannt.
An der Unterseite der Kochplatte 12 sind Heizleiter 14 angeordnet. Der Verlauf der Heizleiter 14 wird vor allem aus Figur 2 deutlich. Hier ist zu erkennen, wie von Anschlüssen 15 ausgehend ein Heizleiter 14 als ein durchgängiges Band in Doppelspiralform auf die Unterseite der Kochplatte 12 aufgebracht ist.
Der Heizleiter 14 ist in mehrere verschiedene Bereiche aufgeteilt, welche sich grundsätzlich in zwei Arten unterteilen lassen. Die Heizleiterbereiche 14a sind aus sogenanntem normalem oder konventionellem Heizleitermaterial ausgebildet, beispielsweise einer FeCrAI-Legierung. Die
Heizle terbereiche 14b, welche als kurze Stücke zusammen mit den Heizle terbereichen 14a den gesamten, durchgängigen Heizleiter 14 bil- den, s nd aus dem erfindungsgemäßen metallischen Material mit PTC-
Eigenschaften gebildet, beispielsweise einer Eisenbasislegierung, wie sie vorstehend beschrieben ist. Die Verbindung der Heizleiterbereiche 14a und 14b miteinander erfolgt derart, dass keine störenden Übergangswiderstände und auch keine sonstigen Grenzschichtprobleme entstehen.
Zur Aufbringung des Heizleiters 14 gibt es verschiedene Möglichkeiten. Einerseits ist es möglich, aus den Heizleiterbereichen 14a und 14b durch Zusammenfügen ein durchgängiges Band, beispielsweise in Flachdrahtform, herzustellen. Dieses kann auf nahezu beliebiger Art und Weise an der Unterseite der Kochplatte 12 befestigt werden, beispielsweise durch Ankleben oder Einbetten mittels keramischen Klebers. Alternativ ist es denkbar, sogenannte Dickschichtpasten aus den jeweiligen Materialien herzustellen und auf die Kochplatte 12 aufzuschmelzen.
In Figur 3 ist im Schnitt eine Heizung 111 mit einer Gusskochplatte 112 dargestellt, auf welcher ein Kochgefäß steht. Die Gusskochplatte 112 weist entsprechend bekannten Ausbildungen an der Unterseite konzentrische abstehende Rippen 118 auf. In die von diesen Rippen 118 gebildeten Zwischenräume ist jeweils ein Heizleiter 114 in gewendelter Form mittels der Isoliereinbettung 117 eingebettet.
In Figur 4 ist eine weitere Heizung 211 dargestellt. Auch dort ist ein Heizleiter 214 in gewendelter Form vorgesehen. Allerdings ist hier der Heizleiter 214 in ein Rohr 216 eingebettet zusammen mit einer Isolier- einbettung 217. Rohr 216 und Heizleiter 214 bilden einen sogenannten Rohrheizkörper und sind hier im Querschnitt in etwa dreieckförmig. Dies ermöglicht es, eine größere direkte Kontaktfläche zur Wärmeübertragung an eine darüber befindliche Kochplatte 212 zu gewährleisten. Verfahren zur Verformung eines Rohrs 216 in eine solche Dreiecksform sind dem Fachmann bekannt. Vorteilhaft ist das Rohr 216 an der Unterseite der Kochplatte 212 mit einer thermischen Dämmung oder dergleichen umgeben, welche besonders bevorzugt eine gewisse Reflexionswirkung nach oben aufweist. Dadurch kann ein Großteil der von dem Rohr 216 bzw. dem Hei∑leiter 214 erzeugten Hitze nach oben an die Kochplatte 212 gerichtet werden.
Das Rohr 216 kann entweder mittels Klebers oder dergleichen, beispielsweise wie oben beschrieben, an der Unterseite der Kochplatte 212 befestigt sein, wobei hier vorteilhaft zusätzlich ein guter Wärmeübergang geschaffen wird. Alternativ dazu ist es möglich, Rohr 216 und Kochplatte 212 flächig gegeneinander zu drücken. Weitere Möglichkeiten können beispielsweise darin bestehen, das Rohr 216 an die Unterseite der Kochplatte 212 anzulöten oder anzubonden, da der Heizleiter 214 elektrisch isoliert ist gegenüber diesem. Derartige metallische Übergänge, würden bei einer metallischen Ausbildung der Kochplatte 212 den Wärmeübergang zusätzlich verbessern.
In den Figuren 5 und 6 sind mögliche Verschaltungsarten von Heizleitern 314a und 414a aus konventionellem Heizleitermaterial und Heizlei- tern 314b und 414b aus einer erfindungsgemäßen Eisenbasislegierung dargestellt. Wie zu erkennen ist, können diese auf verschiedene Art und Weise parallel, seriell oder gemischt miteinander verschaltet werden.
Funktion
Die Funktion soll im wesentlichen anhand der Figuren 5 und 6 beschrieben werden. Hierzu ist es eingangs von Bedeutung, dass die Heizleiter aus einer erfindungsgemäßen Eisenbasislegierung eine PTC- Charakteristik aufweisen. Dies bedeutet, dass ihr spezifischer elektri- scher Widerstand ab einer Temperatur von ca. 300°C verstärkt ansteigt, und sich beispielsweise bis 600°C mehr als verdoppeln kann. Wie eingangs beschrieben worden ist, wird durch das Ansteigen des elektri- sehen Widerstands eines Heizleiters der Stromdurchfluss durch ihn geringer. Damit sinkt die erzeugte Wärmeleistung, welche wiederum ein Absinken des Widerstands aufgrund abnehmender Temperatur bewirkt.
Derartige sozusagen selbst-temperaturregelnde Heizleiter können auf verschiedene Art und Weise eingesetzt werden. Im Gegensatz zu sonstige PTC-Fühlern oder PTC-EIementen sollen die hier beschriebenen Heizleiter vor allem als Heizleiter verwendet werden und nicht nur als Übertemperatursicherungen.
In Figur 5 ist eine Parallelschaltung zweier sozusagen konventioneller Heizleiter 314a dargestellt. Diesen ist seriell ein Heizleiter 314b aus einer Eisenbasislegierung vorgeschaltet. Die Heizleiter 314a und 314b sind beispielsweise auf vorbeschriebene Weise an einer Kontaktkoch- platte zur Beheizung angebracht.
Zusätzlich zu den dargestellten Heizleitern, welche gemeinsam span- nungsbeaufschlagt sind, können noch weitere Heizleiter an derselben Kontaktkochplatte befestigt sein. So könnte beispielsweise ein separat schaltbarer Zweikreis-Heizkörper geschaffen werden.
Es ist zu erkennen, dass bei Erreichen einer als kritisch anzusehenden Temperatur der Kochplatte wegen der relativ gleichmäßigen Temperaturverteilung in der Kochplatte der Heizleiter 314b erhitzt. Dadurch steigt aufgrund der Eigenschaften der verwendeten Eisenbasislegierung sein elektrischer Widerstand an, was wiederum eine Reduzierung des durch ihn fließenden Stroms bewirkt. Somit fließt auch weniger Strom durch die konventionellen Heizleiter 314a. Dadurch sinkt deren Heizleistung und insgesamt die Beheizung der Kochplatte. Die Temperatur sinkt so weit ab, bis der Stromfluss durch den Heizleiter 314b wieder zunimmt und somit auch die Heizleistung. Somit reguliert der Heizleiter 314b nicht nur sich selber, sondern auch noch die konventionellen Heizleiter 314a. Des weiteren trägt er selber zur Beheizung der Kochplatte bei.
Bei entsprechender Auslegung der Heizleiter, insbesondere des Hei∑lei- ters 314b, ist es möglich, einen sogenannten eingeschwungenen Zustand zu erreichen. Dabei bleiben Temperatur und elektrischer Widerstand und somit Heizleistung in etwa gleich.
Die Figur 6 zeigt eine Parallelschaltung eines konventionellen Heizleiters 414a und eines erfindungsgemäßen Heizleiters 414b mit einer Eisenbasislegierung. Beide Heizleiter 414 liegen an der Versorgungsspannung an. Im Fall von Übertemperatur reduziert hier, wie leicht zu erkennen ist, lediglich der Heizleiter 414b seine Leistung. Der Heizleiter 414a bleibt davon unberührt und heizt normal weiter.
Bei dieser Verschaltung der Heizleiter 414 regelt sich der erfindungsgemäße Heizleiter 414b mit der Eisenbasislegierung ausschließlich selber. Somit wird bei einer Kochplatte, an welcher die beiden Heizleiter 414a und 414b angeordnet sind, die gesamte Wärmeerzeugung zwar redu- ziert, allerdings ausschließlich durch Reduzierung der Wärmeerzeugung durch den erfindungsgemäßen Eisenbasislegierungs-Heizleiter 414b.
Sind an einer Kochplatte mehrere erfindungsgemäße Heizleiter aus einer Eisenbasislegierung angeordnet, welche insbesondere gemeinsam mit einer Spannung leistungsbeaufschlagt sind, so ist es von Vorteil, diese flächig verteilt über eine Kochplatte anzuordnen. So ist eine Entdeckung lokaler Überhitzungen und Berücksichtigung dieser Überhitzung besser möglich. Des weiteren ist es bei bestimmten Bauarten von Kochplatten möglich, in üblicherweise besonders heißen Bereichen kon- ventionelle Heizleiter durch solche erfindungsgemäße Heizleiter aus einer Eisenbasislegierung zu ersetzen. Die verschiedenen Heizer oder Heizleiter können in etwa die gleiche Leistung aufweisen.
Ein Ausführungsbeispiel in Zahlen
Die Funktionsweise einer vorbeschriebenen Kochplatte mit einer Serienschaltung eines normalen Heizleiterdrahts und eines PTC-Widerstands soll anhand eines Zahlenbeispiels im folgenden verdeutlicht werden.
Die Kochplatte weist einen normalen Heizleiter auf, dessen Widerstand von ca. 15 Ohm bei Raumtemperatur auf ca. 20 Ohm bei 800°C ansteigt. Zusätzlich weist die Kochplatte einen PTC- Heizleiter auf, dessen Widerstand von 5 Ohm bei Raumtemperatur auf ca. 32 Ohm bei 800°C ansteigt. Die beiden Heizleiter sollen in Reihe geschaltet sein und mit einer Spannung von 230 V betrieben werden.
Der Temperaturverlauf soll anhand der folgenden Tabelle veranschaulicht werden:
Figure imgf000013_0001
Ein Topf mit gutem Wärmeentzug wird bei 300°C mit einer Leistung von knapp 2kW beheizt. Ist der Topf leer und steigt die Temperatur der Kochplatte stark an, wird die Leistung deutlich reduziert und man erhält bei höchsten Temperaturen von knapp 800°C nur noch etwa die halbe Heizleistung von etwas mehr als 1kW. Dadurch ist wieder eine Abkühlung bzw. eine weniger starke Erhitzung möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Heizung (11 , 111 , 211) mit einer Kontaktkochplatte (12, 112, 212) und mit wenigstens einem drahtförmigen Heizer (14, 114, 214, 314, 414) an der Kontaktkochplatte, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer (14, 114, 214, 314, 414) aus einem metallischen Material mit PTC-Eigenschaften besteht.
2. Heizung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer (14, 114, 214, 314, 414) aus einer Eisenbasislegierung als metallisches Material mit PTC-Eigenschaften besteht, die während aller Betriebszustände des Heizers eine kubisch innenzentrierte Kristallstruktur beibehält.
3. Heizung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer (14, 114, 214, 314, 414) aus einer Kobalt-Eisen-Legierung als metallisches Material mit PTC-Eigenschaften besteht.
4. Heizung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer (14, 114, 214, 314, 414) aus einer Wolfram-Legierung oder Molybdän-Legierung als metallisches Material mit PTC-Eigenschaften besteht.
5. Heizung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das metallischen Material, insbesondere die Eisenbasislegierung, einen Widerstandskoeffizienten größer als 6 aufweist, vorzugsweise größer als 8 bis 10, wobei ein PTC-Effekt ab einer Temperatur von ca. 300°C stark ansteigt.
6. Heizung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenbasislegierung Vanadium, Molybdän oder Titan enthält, wobei vorzugsweise der Anteil zwischen 1% und 4% liegt.
7. Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer (14, 114, 214, 314, 414) an der Unterseite der Kontaktkochplatte (12, 112, 212) angeordnet und angelegt ist, vorzugsweise mit flächigem Kontakt, wobei er insbesondere von einer Isolierung (117, 217) umhüllt in einem Rohr (216) angeordnet ist und das Rohr an der Unterseite angelegt ist.
8. Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Heizer (14, 114, 214, 314, 414) von einer Isolierung luftdicht umgeben ist, insbesondere einer Isolierung auf Basis von Glas oder Keramik, vorzugsweise Polymer-Keramik, wobei insbesondere die Isolierung mit dem Heizer an der Unterseite der Kontaktkochplatte (12, 112, 212) angeordnet ist.
9. Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass sie mehrere drahtförmige Heizer (14, 114, 214, 314, 414) aufweist für eine einzige Kontaktkochplatte (12, 112, 212), vorzugsweise 2 oder 3, wobei insbesondere genau ein Heizer aus einer oben genannten Eisenbasislegierung besteht.
10. Heizung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer (14b, 314b, 414b) aus dem oben genannten metallischen Material mit PTC-Eigenschaften in Serie geschaltet ist mit wenigstens einem Heizer (14a, 314a, 414a) aus konventionellem Widerstandsmaterial.
11. Heizung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer (14b, 314b, 414b) aus dem oben genannten metallischen Material mit PTC-Eigenschaften parallel geschaltet ist mit wenigstens einem Heizer (14a, 314a, 414a) aus konventionellem Widerstandsmaterial.
12. Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkochplatte (12, 112, 212) Heizer (14, 114, 214, 314, 414) in mehreren getrennten Zweigen aufweist, wobei in mindestens einem Zweig mindestens ein Heizer (14b, 314b, 414b) aus einem oben genannten metallischen Material mit PTC-Eigenschaften geschaltet ist und wobei die Zweige gemeinsam mit elektrischer Energie beaufschlagbar sind.
13. Heizung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizer (14, 114, 214, 314, 414) der einzelnen Zweige in definierten Flächenbereichen verlaufen, vorzugsweise mit runder oder abgerundeter Form und insbesondere konzentrisch zueinander.
14. Heizung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Zweige mit Heizern (14, 114, 214, 314, 414) mit einem Schaltgerät in unterschiedlichen Beschaltungen zusammenschalt- bar sind, seriell und/oder parallel, und mit elektrischer Energie beaufschlagbar sind, vorzugsweise abhängig von der Beschaltung mit unterschiedlich viel Energie.
15. Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkochplatte (12, 112, 212) ohne Übertemperatur-Sicherungsmittel ausgebildet, welche trennende elektrische Kontakte aufweisen.
16. Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkochplatte eine Gusskochplatte (112, 212) ist, wobei vorzugsweise der oder die Heizer (114, 214, 314, 414) zwischen angeformten Rippen an der Unterseite der Gusskochplatte verlaufen.
7. Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkochplatte (12) aus Keramik besteht, wobei vorzugsweise die Heizer (14, 314, 414) in Flachdrahtform, insbesondere flächig, direkt an der Unterseite der Keramik befestigt sind.
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