WO2010037802A1

WO2010037802A1 - Glaskeramikplatte und verfahren zum herstellen einer glaskeramikplatte

Info

Publication number: WO2010037802A1
Application number: PCT/EP2009/062726
Authority: WO
Inventors: Georg Brandl; Bernd Stitzl
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2010-04-08
Also published as: DE102009000304B4; DE102009000304A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Glaskeramikplatte mit wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilstücken (10, 12) aus unterschiedlichen Glaskeramikmaterialien. Um eine Flexibilität bei der Gestaltung und Konstruktion einer solchen Glaskeramikplatte zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die wenigstens zwei Teilstücke (10, 12) durch eine Schweißnaht (14) miteinander verbunden sind.

Description

Glaskeramikplatte und Verfahren zum Herstellen einer Glaskeramikplatte

Die Erfindung geht aus von einer Glaskeramikplatte mit wenigstens zwei miteinander ver- bundenen Teilstücken aus unterschiedlichen Glaskeramikmaterialien und von einem Verfahren zum Herstellen einer solchen Glaskeramikplatte.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Glaskeramikplatten für Kochfelder aus zwei miteinander verbundenen Teilstücken aus unterschiedlichen Glaskeramikmaterialien her- zustellen. Im Bereich der Strahlungskochfelder wurden Versuche durchgeführt, in welchen schwarze Glaskeramik im Bereich eines Displays mit einer Öffnung ausgestattet ist. In die Öffnung wurden transparente Teilstücke aus Hartglas oder Glaskeramik eingeklebt. Die an den Übergangsstellen entstehenden Klebefugen werden in solchen Kochfeldern durch Rahmenelemente abgedeckt, die wiederum Kanten und Spalten erzeugen. Insbesondere die Reinigungseigenschaften solcher Glaskeramikplatten sind daher im Vergleich zu einstückigen Glaskeramikplatten schlechter.

Insbesondere im Bereich der Induktionskochfelder werden einstückige, transparente Glaskeramikplatten mit Beschichtungen an der Ober- und Unterseite eingesetzt. In dem bei Induktionskochstellen auftretenden Temperaturbereich sind solche transparenten

Glaskeramikplatten hinreichend stabil. Da transparente Glaskeramik auch an ihrer Rückseite frei von Noppen gestaltet werden kann, können unterhalb der Glaskeramikplatte Displays, insbesondere LCD-Displays und/oder berührungsempfindliche Displays, vorteilhaft angeordnet werden. Der Bereich des Displays kann durch einen einfachen Sperr- druck begrenzt werden, der die Einsicht auf die Elektronikplatine verhindert. Die transparente Glaskeramik ermöglicht insbesondere die Realisierung von verschiedenen Displayfarben, während bei der schwarzen Glaskeramik nur Rot- und Gelbtöne möglich sind.

Der Einsatz solcher transparenter Glaskeramikplatten für Strahlungskochfelder ist bisher nicht möglich, da keine Beschichtungen zur Verfügung stehen, die hinreichend temperaturbeständig sind. Andererseits ist auch im Bereich der Induktionskochfelder die Verwendung von transparenter Glaskeramik auf der gesamten Fläche der Glaskeramikplatte sehr kostenintensiv, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass die Transparenz nur in einem kleinen Ausschnitt der Glaskeramikplatte tatsächlich benötigt wird.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Glaske- ramikplatte aus zwei Teilstücken besonders robust zu gestalten und mit günstigen Reinigungseigenschaften auszustatten und ein Verfahren zum Herstellen einer solche Glaskeramikplatte bereitzustellen.

Dazu geht die Erfindung insbesondere aus von einer Glaskeramikplatte für ein Kochfeld mit wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilstücken aus unterschiedlichen Glaskeramikmaterialien.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die wenigstens zwei Teilstücke durch eine Schweißnaht miteinander verbunden sind. Im Vergleich zu Klebeverbin- düngen sind Schweißnähte robust, fugenfrei und temperaturresistent herstellbar. Durch das Fehlen eines unter Umständen im Vergleich zu den Glaskeramikmaterialien weniger temperaturresistenten Klebstoffs kann die Temperaturresistenz im Vergleich zu verklebten Glaskeramikplatten erhöht werden. Dadurch können ohne nennenswerte Verluste im Hinblick auf die Temperaturbeständigkeit und die Robustheit verschiedene Teilbereiche der Glaskeramikplatte aus unterschiedlichen Glaskeramikmaterialien hergestellt werden, die den im Bereich des jeweiligen Teilstücks auftretenden Anforderungen genügen. Glaskeramikmaterialien, die speziellen Anforderungen beispielsweise an die Transparenz oder an die Temperaturbeständigkeit genügen, müssen nur in solchen Bereichen eingesetzt werden, in denen dies nötig ist. Andere Bereiche der Glaskeramikplatte können aus kos- tengünstigeren Glaskeramikmaterialien hergestellt werden.

Als Glaskeramikmaterialien kommen hier insbesondere Werkstoffe in Betracht, die aus Glasschmelzen durch gesteuerte Kristallisation hergestellt werden. Glaskeramikmaterialien haben typischerweise eine teils glasige, teils polykristalline keramische Mikrostruktur.

Hauptbestandteile des Glaskeramikmaterials können Lithiumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumoxid sein. Zusätzlich können als Keimbildner Zirconiumoxid und Titanoxid zugesetzt werden. Glaskeramiken zeichnen sich durch einen besonders geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,1 • 10^"6 pro Kelvin im Bereich von 20 bis 700 ⁰C und durch eine sehr gute Thermoschockbeständigkeit aus. Dadurch können Brüche durch Temperaturschocks, wie sie in Glaskeramikkochfeldern auftreten können, vermieden werden.

Wegen der besonders stark unterschiedlichen Anforderungen in diesen Bereichen wird vorgeschlagen, dass ein erstes Teilstück der Glaskeramikplatte zur Abdeckung von Heizelementen des Kochfelds ausgelegt ist und dass ein zweites Teilstück zur Abdeckung eines Display- oder Bedienbereichs des Kochfelds ausgelegt ist. Als Heizelemente können Strahlungsheizkörper und Induktionsheizkörper eingesetzt werden. Die Glaskeramikplatte kann auch im Zusammenhang mit kombinierten Kochfeldern eingesetzt werden, die sowohl Strahlungsheizkörper als auch Induktionsheizkörper umfassen.

Wenn das zweite Teilstück, das zur Abdeckung eines Display- und/oder Bedienbereichs des Kochfelds ausgelegt ist, aus einem transparenten Glaskeramikmaterial gebildet ist, können unterhalb dieses Teilstücks vorteilhaft Displays, insbesondere auch LCD- und/oder Farbdisplays angeordnet werden. Dazu ist das zweite Teilstück vorteilhaft aus einem noppenfreien Glaskeramikmaterial gebildet, während das erste Teilstück zur Abdeckung von Heizelementen ein kostengünstigeres Glaskeramikmaterial mit Noppen oder einer anderen Struktur an seiner Unterseite sein kann.

In einer besonders kostengünstigen Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Teilstück, das die Heizelemente eines Kochfelds abdeckt, aus einem schwarzen Glaskeramikmaterial gebildet. Dadurch können zudem Sperrdrucke vermieden werden.

Wenn die Oberfläche des zweiten Teilstücks, welches den Display- und/oder Bedienbe- reich des Kochfelds abdecken kann, gegenüber einer Oberfläche des ersten Teilstücks, welches die Heizelemente des Kochfelds abdecken kann, versetzt ist, können weitere technische Vorteile erzielt werden. Insbesondere kann das zweite Teilstück gegenüber dem ersten Teilstück nach unten versetzt sein, wodurch ein direkter Kontakt von Kochgeschirr mit dem zweiten Teilstück vermieden werden kann. Wenn der Boden des Kochge- schirrelements flach und parallel zur Oberfläche des ersten Teilstücks ausgerichtet ist, kann ein Luftspalt von der Breite des Versatzes zwischen dem ersten und dem zweiten Teilstück sichergestellt werden, der einen direkten wärmeleitenden Kontakt zwischen dem Kochgeschirrboden und dem zweiten Teilstück verhindert. Dadurch können die unter dem zweiten Teilstück angeordneten Bedien- und/oder Displayelemente vor Hitze geschützt werden.

Andererseits kann der zweite Teilbereich gegenüber dem ersten Teilbereich erhöht sein, wodurch im Falle eines Überlaufens von Kochflüssigkeit vermieden werden kann, dass diese in den Display- und/oder Bedienbereich fließt und die Bedienung des Kochfelds stört.

Insbesondere wenn die Schweißnaht als Laserschweißnaht ausgebildet ist, kann eine präzise geformte Schweißnaht mit einem gleichmäßigen Profil erreicht werden.

Ein Fügewulst der Schweißnaht kann entweder an einer Unterseite der Glaskeramikplatte angeordnet werden, abgeschliffen oder anders abgetragen werden oder an der Oberseite der Glaskeramik angeordnet werden. Im letzteren Fall kann der Fügewulst vorteilhaft ei- nen Übertritt von Kochflüssigkeit zwischen den beiden Teilstücken der Glaskeramikplatte verhindern und gewissermaßen als Barriere dienen. Ferner kann der Fügewulst einen Spalt zwischen dem Boden eines Kochgeschirrelements und der Glaskeramikplatte erzeugen, wenn das Kochgeschirrelement im Bereich des Fügewulsts bzw. im Bereich der Anzeige- und Bedienelemente des Kochfelds aufgestellt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine Höhe des Fügewulsts wenigstens 1 mm, besonders vorteilhaft zwischen 1 und 1 ,5 mm, liegt.

Geradlinige Schweißnähte können erreicht werden, wenn die beiden Teilstücke als rechteckige Streifen mit gleicher Länge ausgebildet sind, die an ihren Längskanten miteinander verschweißt sind.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die wenigstens zwei Teilstücke eine unterschiedliche Dicke haben. Dadurch kann beispielsweise im Bereich des Kochfelds, in welchem berührungsempfindliche Sensoren angeordnet sind, ein dünneres Glaskeramikmaterial verwendet werden, um so die Empfindlichkeit der berührungsempfindlichen Sensoren zu erhöhen, während in anderen Bereichen der Glaskeramikplatte ein dickeres und stabileres Glaskeramikmaterial verwendet werden kann. Insgesamt können erfindungsgemäße Glaskeramikplatten insbesondere dann, wenn die Schweißnaht als Laserschweißnaht ausgebildet ist, in vielfältiger Gestalt hergestellt werden, die ein weites Spektrum von Möglichkeiten für das Design eröffnen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Glaskeramikplatte für ein Kochfeld der oben beschriebenen Art. Erfindungsgemäß werden die wenigstens zwei Teilstücke miteinander verschweißt, und zwar insbesondere durch Laserschweißen. Um eine Absorption des Laserstrahls insbesondere bei der Verwendung von transparenter Glaskeramik zu verbessern, wird ferner vorgeschlagen, vor dem Ver- schweißen der beiden Teilstücke im Bereich der Stoßkanten absorbierende Partikel, beispielsweise Rußpartikel, beizugeben.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschrei- bung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Kochfeld mit einer Glaskeramikplatte aus zwei miteinander verbundenen Teilstücken aus unterschiedlichen Glaskeramikmaterialien,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Glaskeramikplatte in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt der Glaskeramikplatte in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung,

Fig. 4 einen Schnitt der Glaskeramikplatte mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Schweißnaht,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer Glaskeramikplatte mit zwei Teilstücken, deren Oberflächen gegeneinander versetzt sind; Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer Glaskeramikplatte aus zwei miteinander verbundenen Teilstücken von unterschiedlicher Dicke;

Fig. 7 ein Kochfeld mit einer Glaskeramikplatte aus zwei Teilstücken mit einer bogenförmigen Schweißnaht,

Fig. 8 eine Draufsicht eines Kochfelds mit einer Glaskeramikplatte aus zwei

Teilstücken, wobei eines der Teilstücke trapezförmig ist,

Fig. 9 eine Draufsicht eines Kochfelds in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einem dreieckigen Teilstück, welches eine Ecke einer Glaskeramikplatte bildet, und

Fig. 10 eine Draufsicht eines Kochfelds mit einer Glaskeramikplatte aus zwei

Teilstücken, wobei eines der Teilstücke in eine rechteckige Öffnung des anderen Teilstücks eingesetzt ist.

Fig. 1 zeigt ein Strahlungskochfeld mit einer Glaskeramikplatte, die aus zwei Teilstü- cken 10, 12 aus unterschiedlichen Glaskeramikmaterialien besteht. Das erste Teilstück 10 dient zur Abdeckung von Heizelementen 16a - 16d des Kochfelds und ist dazu besonders temperaturresistent ausgestaltet. Das zweite Teilstück 12 ist zur Abdeckung eines Display- und Bedienbereichs 18 des Kochfelds ausgelegt und ist dazu aus einem zumindest teilweise transparenten Glaskeramikmaterial ausgebildet. Das Glaskeramikmaterial des zweiten Teilstücks 12 kann beispielsweise aus weißer Glaskeramik, die Licht von Leuchtdioden-Anzeigeelementen durchscheinen lässt, oder aus transparenter Glaskeramik ausgebildet sein. Insbesondere im letzteren Fall kann unterhalb des zweiten Teilstücks 12 ein Display, insbesondere ein LCD-Display 40 angeordnet sein. Die beiden Teilstücke 10, 12 sind durch eine Schweißnaht 14 verbunden, die als Laserschweißnaht ausgebildet ist. Das erste Teilstück 10 ist aus einer kostengünstigen schwarzen Glaskeramik mit einer genoppten Rückseite 20 (Fig. 2) ausgebildet.

Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Glaskeramikplatte aus Fig. 1. Ein Fügewulst 22 der Schweißnaht 14 ist bogenförmig nach oben gewölbt und hat ein kreissegmentförmiges Profil, welches an seiner dicksten Stelle eine Oberfläche 24 der Glaskeramikplatte um ca. 1 mm überragt. Ein Touch-Control-Sensor 42 wird ebenso wie das Display 40 durch eine elastisch erzeugte Anpresskraft gegen eine ebene Rückseite 44 des zweiten Teilstücks 12 gepresst.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Erfindung, in welcher die Schweißnaht 14 derart ausgebildet ist, dass ihr Fügewulst 22 an einer Rückseite 20 der Glaskeramikplatte angeordnet ist.

Fig. 4 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung, in welcher ein Fügewulst 22 einer Schweißnaht 14, welche die Teilstücke 10, 12 der Glaskeramikplatte ver- bindet, an der Oberseite 24 der Glaskeramikplatte angeordnet ist und einen abgeflachten Bereich 26 aufweist, der parallel zu der Oberseite 24 der Glaskeramikplatte verläuft. Die Begriffe „Oberseite" und „Rückseite" beziehen sich hier und im Folgenden jeweils auf die Orientierung der Glaskeramikplatte im regulären Betrieb des Kochfelds im eingebauten Zustand.

Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines Kochfelds nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung, in welcher das zweite Teilstück 12 gegenüber dem ersten Teilstück 10 der Glaskeramikplatte nach unten versetzt ist, so dass zwischen einem Boden 28 eines Kochgeschirrelements und dem zweiten Teilstück 12, unter welchem die Anzeige- und Bedienelemente angeordnet sind, ein Spalt 30 entsteht.

Fig. 6 zeigt eine Schnittdarstellung einer Glaskeramikplatte nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung, in welcher die Glaskeramikplatte aus zwei Teilstücken 10, 12 zusammengesetzt ist, die eine unterschiedliche Dicke haben. Das zweite Teilstück 12 ist dünner als das erste Teilstück 10, so dass die in dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Spalt 30 zwischen einem Boden 28 eines Kochgeschirrelements und einer Oberfläche des zweiten Teilstücks 12 entsteht.

Fig. 7 zeigt ein Kochfeld mit einer Glaskeramikplatte aus zwei Teilstücken 10, 12, die durch eine bogenförmige Schweißnaht 14 miteinander verbunden sind. Während in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Teilstücke 10, 12 Rechtecke mit gleicher Länge sind, die an ihren Längskanten 32 miteinander verschweißt sind, hat das erste Teilstück 10 in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zwei rechtwinklig von einer Grundkante 34 abgewinkelte Seitenkanten 36, 38. Die Grundkante 34 und die Seitenkan- ten 36, 38 sind geradlinig. Eine vierte Kante 40 des ersten Teilstücks 10, die die beiden der Grundkante 34 abgewandten Enden der Seitenkanten 36, 38 verbindet, hat die Form eines konkav nach innen gewölbten Kreissegments. Das zweite Teilstück 12 hat eine dazu komplementäre Form und ergänzt das erste Teilstück 10 zu einem Quadrat oder nahezu quadratischem Rechteck.

Fig. 8 zeigt eine Glaskeramikplatte nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem das zweite Teilstück 12, das einen Display- und Bedienbereich 18 des Kochfelds bedeckt, trapezförmig ausgebildet ist, und mittig an einer vorderen Kante des ersten Teilstücks 10 in eine entsprechende komplementäre Ausnehmung eingesetzt ist.

Fig. 9 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel, in welchem ein zweites Teilstück 12 einer Glaskeramikplatte als rechtwinkliges Dreieck ausgebildet ist und eine Ecke der Glaskeramikplatte bildet.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welcher ein zweites Teilstück 12 einer Glaskeramikplatte die Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken hat, das in eine entsprechende Ausnehmung des ersten Teilstücks 10 der Glaskeramikplatte eingesetzt ist, wobei das erste Teilstück 10 das zweite Teilstück 12 vollständig umgibt. Die Ausnehmung kann beispielsweise mittels eines Lasers in das erste Teilstück 10 ein- gearbeitet bzw. aus dem Teilstück 10 ausgeschnitten sein.

In einem Verfahren zum Herstellen der Glaskeramikplatte werden die beiden Teilstücke 10, 12 Stoß an Stoß bzw. im Stumpfstoß aneinander gelegt und dann im Bereich der Stoßkante mittels eines Lasers so stark erhitzt, dass das Glaskeramikmaterial aufweicht. Die Teilstücke 10, 12 werden dann gegeneinander gepresst, bis die Schweißnaht 14 ausgehärtet ist. Dabei ist zu beachten, dass die Temperatur des Glaskeramikmaterials nicht in großen Bereichen soweit erhöht wird, dass das Material auskristallisiert, so dass die keramischen Eigenschaften des Glaskeramikmaterials auch im Bereich der Schweißnaht bzw. bis möglichst nah an die Scheißnaht heran erhalten bleiben.

Die verschiedenen, in den Fig. 2 bis 6 dargestellten Arten der Verbindung können beliebig kombiniert werden, und zwar sowohl untereinander als auch mit den in den Fig. 1 und 7 bis 10 dargestellten Aufteilungen. Die Glaskeramikplatte kann selbstverständlich auch aus drei oder mehr Teilstücken hergestellt werden. Bezugszeichen

10 Teilstück

12 Teilstück

14 Schweißnaht

16a - 16d Heizelement

18 Bedienbereich

20 Rückseite

22 Fügewulst

24 Oberfläche

26 Bereich

28 Boden

30 Spalt

32 Längskante

34 Grundkante

36 Seitenkante

38 Seitenkante

40 Display

42 Sensor

44 Rückseite

Claims

Patentansprüche

1. Glaskeramikplatte mit wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilstücken (10, 12) aus unterschiedlichen Glaskeramikmaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Teilstücke (10, 12) durch eine Schweißnaht (14) miteinander verbunden sind.

2. Glaskeramikplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Teilstück (10) zur Abdeckung von Heizelementen (16a - 16d) eines Kochfelds ausgelegt ist und dass ein zweites Teilstück (12) zur Abdeckung eines Display- und/oder Bedienbereichs (18) des Kochfelds ausgelegt ist.

3. Glaskeramikplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilstück (12) aus einem transparenten Glaskeramikmaterial gebildet ist.

4. Glaskeramikplatte nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilstück (10) aus einem schwarzen Glaskeramikmaterial gebildet ist.

5. Glaskeramikplatte nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des zweiten Teilstücks (12) gegenüber einer Oberfläche des ersten Teilstücks (10) versetzt ist.

6. Glaskeramikplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Schweißnaht (14) als Laserschweißnaht ausgebildet ist.

7. Glaskeramikplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Fügewulst (22) der Schweißnaht (14), der an einer Oberseite (24) der Glaskeramikplatte angeordnet ist.

8. Glaskeramikplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe des Fügewulsts (22) wenigstens einen Millimeter beträgt.

9. Glaskeramikplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilstücke (10, 12) als rechteckige Streifen mit gleicher Länge ausgebildet sind, die an ihren Längskanten miteinander verschweißt sind.

10. Glaskeramikplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Teilstücke (10, 12) eine unterschiedliche Dicke haben.

11. Verfahren zum Herstellen einer Glaskeramikplatte für ein Kochfeld mit wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilstücken (10, 12) aus unterschiedlichen Glaskeramikmaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Teilstücke (10, 12) miteinander verschweißt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Teilstücke (10, 12) durch Laserschweißen miteinander verschweißt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ver- schweißen der beiden Teilstücke (10, 12) im Bereich der Stoßkanten der Teilstücke (10, 12) absorbierende Partikel beigegeben werden.