Vorrichtung zum Erwärmen des Inhaltes von aus elektrisch bzw. magnetisch gut leitendem Werkstoff bestehenden Behältern unter Verwendung des Wirbelstrom- bzw. Hysterese-Effektes Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erwärmen des Inhaltes von aus elektrisch bzw. magnetisch gut leitendem Werksitoff bestehenden Be hältern mittels eines umlaufenden, mehrpoligen Ma gnetsystems mit von Pol zu Pol wechselnder Polari tät unter Verwendung des Wirbelstrom- bzw. Hy- sterese-Effektes.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Behälter zur Erwärmung von Speisen oder auch das zu erwär mende Gut in schnell wechselnde Magnetfelder ein zubringen, so dass sich in den metallisch leitenden Behältern bzw. im zu erwärmenden Gut Wirbelströme ausbilden. Dieses Verfahren setzt jedoch einen be trächtlichen apparativen Aufwand voraus, da es not wendig ist, die Frequenz der Wechselfelder hoch zu wählen, um in kürzester Zweit eine ausreichende Er wärmung zu erzielen. Man hat auch schon Geräte gebaut, bei welchen die dielektrischen Verluste im elektrischen<B>Feld</B> zur unmittelbaren Erwärmung der Speisen ausgenutzt werden.
Hierbei ist der Behälter aus elektrisch nicht leitenden Werk stoffen hergestellt und bleibt unbeheizt. Bei diesem letzteren Verfahren müssen besondere Wärmestrahler oder ähnliche Vorrichtungen vorge sehen sein, wenn eine überhitzung der Speise an der Oberfläche aus geschmacklichen oder sonstigen Grün den gewünscht ist.
Die erwähnten Nachteile bei den bekannten Vorrichtungen werden gemäss der Erfin- #dung dadurch vermieden, dass im Abstand zu dem zu erwärmenden, feststehenden Behälter ein mechanisch angetriebener, rotierender Körper aus ferromagneti- schem Werkstoff angeordnet ist, auf dem dicht ne- beneinanderliegend in Umlaufrichtung eine Vielzahl von Dauermagneten mit wechselnder Polfolge so b#e- festigt ist, dass deren Magnetfeld senkrecht zur Behäl terwandung gerichtet ist.
Auf diese Weise wird bewirkt, dass in dem elek trisch leitenden Behälter ein Wechselfeld sehr hoher Frequenz entsteht, das die Bildung von WirbeIströ- men in hohem Grade begünstigt. Dieses Wechsel feld hoher Frequenz wird durch die erfindungsgemässe Anordnung einer Vielzahl von Magneten mit abwech selnder Polarität auf geringem Raum erreicht, so dass besondere Einrichtungen zur Erzeugung einer hohen Frequenz nicht erforderlich sind. Hieraus ergibt sich eine wesentliche Leistungssteigerung gegenüber den bekannten Geräten bei gleichzeitiger Senkung der Herstellungskosten, da für die apparative Ausführung standardmässige, im Handel leicht beziehbare Ausfüh rungen verwendet werden können.
Da bei dieser Art der Erwärmung des Inhaltes von Töpfen, Pfannen und dergleichen von dem um laufenden Magnetfeld ponderomotorische Kräfte auf den zu erwärmenden Körper wirksam we.rden, kann man zum Festhalten der Körper gegebenenfalls ab schaltbare Dauer- oder Elektromagnete derart an ordnen, dass die Körper von ihnen gegenüber dem unilaufenden<B>Feld</B> festgehalten werden. Diese Ma gnete können an der Platte über dem umlaufenden Feldmagneten, auf welche die zu erwärmenden Töpfe usw. aufgesetzt werden, angebracht sein.
Dabei ist vorteilhaft die Einschaltvorrichtung der Halternagnete mit der Einschaltvorrichtung des Antriebsaggregates der bewegten Magnete derart gekuppelt, dass die Haltemagnete vor Einschalten des Antriebsaggregates in Tätigkeit treten, während die Ausschaltung der Haltemagnete gegebenenfalls über besondere Schalt mittel bewirkt wird.
Auf diese Weise wird verhindert, dass die ponderomotorischen Kräfte zur Wirkung kommen können, bevor die Fixierung der Kochgeräte stattgefunden hat bzw. dass zwangläufig beim Auslau fen der umlaufenden Magnete nach Abschaltung ihres Antriebsaggregates die zu erwärmenden Töpfe, Pfan nen und dergleichen einer ungewollten Bewegung unterworfen werden können.
Die Temperatur der zu erwärmenden<B>Töpfe,</B> Pfannen und dergleichen kann durch Regelung der Rotationsgeschwindigkeit der Magnete oder dadurch geregelt werden, dass der Abstand zwischen den Ma gneten und den zu erwärmenden Töpfen usw. ge gebenenfalls automatisch mittels Bimetall-, Expan- sions- oder ähnlichen Körpern verändert wird. Bei dieser Art der Regelung kann es sich als zweckmässig erweisen, zu der bereits erwähnten magnetischen Fi xierung mechanische Hilfsmittel hinzuzufügen, wie beispielsweise Nasen, Stiftführungen oder dergleichen, die der Abstandsänderung stattgeben, ohne jedoch <U>eine</U> räumliche Verschiebung in der Ebene der Auf nahmeplatte zu gestatten.
Vorteilhaft sind die umlaufenden Magnete in zwei oder mehr konzentrisch oder mit parallelen<B>Ach-</B> sen angeordnete Magnetgruppen aufgeteilt, die so an getrieben werden, dass sie gleiche, aber entgegen gesetzt gerichtete Bewegungen ausführen. So kann man z. B. die umlaufenden Magnete aus zwei kon zentrisch ineinanderlaufenden Ringen herstellen, die in entgegengesetzter Richtung umlaufen. Die durch diese beiden Magnetringe auf das zu erwärmende Ge rät übertragenen Bewegungsmomente sind demnach auch entgegengesetzt gerichtet, so dass die zur Fixie rung des Kochgerätes erforderlichen Kräfte beträcht- lieh kleiner werden.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung kann ausser zum Kochen von Nahrungsmitteln eine weiter gehende Anwendung finden, so z. B. zum Zwecke der Dampferzeuggung in Kesseln. In diesem Falle wir ken die umlaufenden Magnete auf scheiben- oder zylinderfönni.o"e Teile aus geeignetem Werkstoff ein, die entweder ganz oder teilweise Bestandteile des Kessels sind.
Der Antrieb der umlaufenden Magn,2te kann opInz beliebig erfolgen, so z. B. durch bekannte Verbren- nungs-, Wasser-, Wind- usw. Kraftmaschinen. Hierbei trittder hohe Wirkungsgrad einer solchen Anlage ne ben seiner Einfachheit und Billigkeit besonders in Erscheinung. Wenn elektrische Energie zur Ver fügung steht, wird man vorzugsweise Elektromotoren wegen der Einfachheit des Betriebes benutzen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäss der Erfindung in verschiedenen Anwendungen veranschaulicht, und zwar zeigen: Fig. <B>1</B> einen senkrechten Längsschnitt durch die Kochvorrichtung zum Bereiten von Speisen, bei der der rotierende Körper als Kreisscheibe ausgebildet ist, Fig. 2 eine Ansicht auf das Polrad gemäss Fig. <B>1,</B> Fig. <B>3</B> einen vergrösserten Teilschnitt gemäss der Fig. <B>1</B> mit einer anderen Ausbildung der Dauer magnete, Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung,
bei der der rotierende Körper als zylindrischer Hol21- körper ausgebildet ist.
Die Kochvorrichtung besteht aus dem Gehäuse<B>1,</B> ,dem Boden 2, dem auf dem Boden angeordneten Sok- kel <B>3,</B> auf welchem der Elektromotor 4 angeschraubt ist. Die Welle<B>5</B> dieses Motors trägt eine Kreisscheibe <B>6</B> aus ferromagnetischem Werkstoff, auf welcher kreisringförmig Dauermagnete<B>7</B> senkrecht zur Schei benfläche befestigt sind. Diese Dauermagnete haben prismatischen Querschnitt, wobei die längeren Seiten flächen in radialer Richtung liegen.
Sie sind senkrecht zur Scheibenebene magnetisiert, derait, dass abwech selnd Nord- und Südpole nebeneinanderliegen. über ,dieser Magnetscheibe ist eine das Gehäuse abdek- kende Platte<B>8</B> aus nichtmetallischem Werkstoff, wie z. B. Kunststoff, befestigt. In dieser Kunststoffplatte ist auf der der Kreisscheibe <B>6</B> zugewandten Seite eine Ringnut<B>9</B> ausgespart, in welche die Dauermagnete mit Luftspalt hineinragen. In dieser Abdeckplatte sind an beliebigen Stellen und beiderseits der Ring nut<B>9</B> mit Polschuhen<B>10</B> versehene Dauermagnete<B>11</B> eingelassen.
Diese Haftmagnete haben die Aufgabe, eine an dieser Stelle auf die Abdeckplatte aufgesetzte Pfanne 12, die aus elektrisch gut leitendem Werk stoff, wie z. B. Kupfer, besteht, in ihrer Lage fest zuhalten. Zu diesem Zweck ist auf dem Boden der Pfanne eine Platte<B>13</B> entsprechender Grösse aus ferromagnetischem Werkstoff festgelötet. Wird nun der Motor 4 in Gang gesetzt, dann rotiert die Scheibe <B>6</B> mitden Dauermagneten<B>7</B> in der Nut<B>9</B> und gegen über der in diesem Bereich über der Platte<B>8</B> auf gesetzten Pfanne.
Da wegen der wechselnden Polari tät der Scheibenmagnete die Kraftflüsse zwischen be- nachb#arten Magneten in wechselnder Richtung und in schneller Folge durch den Boden der Pfanne hin- durchtreten, erhitzt sich der aus elektrisch gut leiten dem Werkstoff bestehende Teil der Pfanne 12 durch die entstehenden Wirbelströme, während der aus ferro- magnetischem Werkstoff bestehende Bodeneinsatz durch Hysterese-Verluste erhitzt wird. Beide physi kalischen Merkmale summieren sich also zu einer erhöhten und sehr schnellen Erhitzung der Pfanne oder eines anderen beliebigen, zur Zubereitung von Speisen dienenden Behälters.
Um eine gleichmässige Erwärmung des Behälter bodens zu erreichen, ist in Fig. <B>3</B> eine besondere Aus bildung der Dauermagnete vergrössert dargestellt. Die auf der Kreisseheibe <B>6</B> befestigten Dauermagnete<B>7</B> sind auf ihrer Poloberfläche 21 derart abgeschrägt, dass sie nach dem Umfang der Kreisscheibe hin eine abnehmende Dicke besitzen, so dass mit zunehmender Umfangsgeschwindigkeit eine lineare Verbreiterung des Luftspaltes eintritt. Die mit zunehmender Entfer nung vom Mittelpunkt der Kreisscheibe eintretende Vergrösserung der Schnittgeschwindigkeit wird durch eine entsprechende Abnahme der Durchflutung wie der ausgeglichen.
Zur Erzielung der gleichen Wirkung kann man auch die Polfläche nach dem Umfang der Kreisscheibe hin verkleinern. Da durch die schnell wechselnden Magnetfelder ponderomotorische Kräfte auf den zu erhitzenden Behälter einwirken, die das Bestreben haben, diese Behälter abzuheben bzw. wegzudrücken, sind die be reits erwähnten, in die Platte eingelassenen Haft magnete so stark bemessen, dass sie den ponderomoto- rischen Kräften das Gleichgewicht halten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 handelt es sich um einen der Dampferzeugung dienenden, mit Wasser gefüllten Kessel 14, dessen Boden<B>15</B> zylin drisch eingewölbt ist und der aus elektrisch gut leiten dem Werkstoff, z. B. Kupfer, besteht. In dieser zy lindrischen Einwölbung 15a rotiert ein zylindrischer Hohlkörper<B>16</B> aus ferromagnetischem Werkstoff, auf dessen Mantelfläche kreisförmig in radialer Richtung magnetisierte Dauermagnete<B>17</B> in wechselnder Pol folge so angeordnet sind, dass deren Magnetfeld nahezu senkrecht zur eingewölbten Behälterwand ge-. richtet ist und zwischen den Polflächen und der Wand der Einwölbung ein geringer Luftspalt verbleibt.
Auf der gegenüberliegenden bzw. der dem Wasserraum zugewandten Seite ist auf dieser Einwölbung 15a ein Ring<B>18</B> aus ferromagnetischem Werkstoff befestigt. Die Wirkung ist die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig. <B>1.</B> Beim Antrieb der bei<B>19</B> gelagerten und mit einem nicht dargestellten Elektromotor gekuppel ten Antriebswelle 20 rotiert der Hohlkörper<B>16,
</B> wo bei die Magnetflüsse der Magnete<B>17</B> in schneller Folge und abwechselnder Richtung sowohl die Man telfläche der aus Kupfer bestehenden Einwölbung 15a als auch den Weicheisenring <B>18</B> durchfluten und hier bei eine Erwärmung dieser Teile durch Wirbelstrom- bzw. Hysterese-Effekt h--rbeiführen. Diese Wärme wird dann auf das Wasser übertragen.
Device for heating the contents of containers made of electrically or magnetically highly conductive material using the eddy current or hysteresis effect The invention relates to a device for heating the contents of containers consisting of electrically or magnetically highly conductive Werksitoff by means of a rotating, multipole magnet system with polarity changing from pole to pole using the eddy current or hysteresis effect.
It has already been proposed to bring the containers for heating food or the goods to be heated into rapidly changing magnetic fields, so that eddy currents are formed in the metallic conductive containers or in the goods to be heated. However, this method requires a considerable outlay in terms of equipment, since it is necessary to select the frequency of the alternating fields high in order to achieve sufficient heating in the shortest possible time. Devices have also already been built in which the dielectric losses in the electrical field are used to directly heat the food.
The container is made of electrically non-conductive materials and remains unheated. In this latter method, special radiant heaters or similar devices must be provided if overheating of the food on the surface for taste or other green is desired.
The disadvantages mentioned in the known devices are avoided according to the invention in that a mechanically driven, rotating body made of ferromagnetic material is arranged at a distance from the stationary container to be heated, on which a A large number of permanent magnets with alternating pole sequences are fixed in such a way that their magnetic field is directed perpendicular to the wall of the container.
This has the effect that an alternating field of very high frequency is created in the electrically conductive container, which promotes the formation of eddy currents to a high degree. This alternating field of high frequency is achieved by the inventive arrangement of a plurality of magnets with alternating polarity in a small space, so that special devices for generating a high frequency are not required. This results in a significant increase in performance compared to the known devices with a simultaneous reduction in production costs, since standard, easily obtainable versions can be used for the device design.
Since in this type of heating the contents of pots, pans and the like from the surrounding magnetic field ponderomotor forces are effective on the body to be heated, you can optionally switch off permanent magnets or electromagnets to hold the body in such a way that the Bodies are held by them opposite the unrunning <B> field </B>. These magnets can be attached to the plate above the rotating field magnet on which the pots to be heated etc. are placed.
The switching device of the holding magnets is advantageously coupled to the switching device of the drive unit of the moving magnets in such a way that the holding magnets are activated before the drive unit is switched on, while the switching off of the holding magnets is possibly effected via special switching means.
In this way it is prevented that the ponderomotive forces can come into effect before the fixation of the cooking devices has taken place or that the pots, pans and the like to be heated are inevitably subjected to an undesired movement when the rotating magnets run out after their drive unit has been switched off can.
The temperature of the pots, pans and the like to be heated can be regulated by regulating the rotation speed of the magnets or by adjusting the distance between the magnets and the pots etc. to be heated, if necessary automatically by means of bimetallic, Expansion or similar bodies is changed. With this type of regulation, it can prove to be useful to add mechanical aids to the magnetic fixation already mentioned, such as lugs, pin guides or the like, which allow the change in distance without, however, a spatial shift in the Allow level of the recording plate.
The rotating magnets are advantageously divided into two or more magnet groups arranged concentrically or with parallel axes, which are driven in such a way that they carry out the same but oppositely directed movements. So you can z. B. produce the rotating magnets from two con centric rings running into each other, which rotate in the opposite direction. The moments of motion transmitted to the device to be heated by these two magnetic rings are accordingly also directed in opposite directions, so that the forces required to fix the cooking device are considerably smaller.
The device described above can find a broader application except for cooking food, such. B. for the purpose of steam generation in boilers. In this case the rotating magnets act on disk or cylinder blown parts made of suitable material, which are either wholly or partially components of the boiler.
The rotating Magn, 2nd can be driven as required, e.g. B. by known combustion, water, wind, etc. power machines. Here, the high efficiency of such a system is particularly evident, in addition to its simplicity and cheapness. If electrical energy is available, it will be preferred to use electric motors because of their ease of operation.
In the drawing, exemplary embodiments of the device according to the invention are illustrated in various applications, namely: FIG. 1 shows a vertical longitudinal section through the cooking device for preparing food, in which the rotating body is designed as a circular disk, 2 shows a view of the pole wheel according to FIG. 1, and FIG. 3 shows an enlarged partial section according to FIG. 1 with a different embodiment of the Permanent magnets, Fig. 4 is a longitudinal section through the device,
in which the rotating body is designed as a cylindrical Hol21 body.
The cooking device consists of the housing <B> 1 </B>, the base 2, the base <B> 3, which is arranged on the base and on which the electric motor 4 is screwed. The shaft <B> 5 </B> of this motor carries a circular disc <B> 6 </B> made of ferromagnetic material, on which circular permanent magnets <B> 7 </B> are attached perpendicular to the disc surface. These permanent magnets have a prismatic cross-section, with the longer sides being in the radial direction.
They are magnetized perpendicular to the disk plane, so that alternating north and south poles lie next to each other. About this magnetic disk is a plate covering the housing 8 made of non-metallic material, such as. B. plastic attached. In this plastic plate, on the side facing the circular disk <B> 6 </B>, an annular groove <B> 9 </B> is recessed into which the permanent magnets with an air gap protrude. Permanent magnets <B> 11 </B> provided with pole shoes <B> 10 </B> are embedded in this cover plate at any point and on both sides of the ring groove <B> 9 </B>.
These holding magnets have the task of a pan 12 placed on the cover plate at this point, made of electrically conductive material, such as. B. copper, is to hold firmly in place. For this purpose, a plate <B> 13 </B> of a corresponding size made of ferromagnetic material is soldered to the bottom of the pan. If the motor 4 is now set in motion, the disk <B> 6 </B> with the permanent magnets <B> 7 </B> rotates in the groove <B> 9 </B> and in relation to the one in this area the plate <B> 8 </B> on the pan.
Since, due to the changing polarity of the disk magnets, the force flows between neighboring magnets pass through the bottom of the pan in alternating directions and in rapid succession, the part of pan 12 consisting of the material that is a good electrical conductor is heated by the resulting Eddy currents, while the bottom insert made of ferromagnetic material is heated by hysteresis losses. Both physical characteristics therefore add up to an increased and very rapid heating of the pan or any other container used for the preparation of food.
In order to achieve uniform heating of the container bottom, a special formation of the permanent magnets is shown enlarged in FIG. 3. The permanent magnets <B> 7 </B> fastened on the circular disk <B> 6 </B> are beveled on their pole surface 21 in such a way that they have a decreasing thickness towards the circumference of the circular disk, so that a linear thickness with increasing circumferential speed Widening of the air gap occurs. The increase in the cutting speed that occurs with increasing distance from the center of the circular disk is compensated for by a corresponding decrease in the flow.
To achieve the same effect, you can also reduce the pole face towards the circumference of the circular disk. Since the rapidly changing magnetic fields act on the container to be heated by ponderomotive forces, which tend to lift or push this container away, the already mentioned holding magnets embedded in the plate are so strong that they can withstand the ponderomotive forces keep your balance.
The embodiment according to FIG. 4 is a water-filled boiler 14 serving to generate steam, the bottom of which is cylin drically vaulted and which is made of electrically good conductors of the material, e.g. B. copper. A cylindrical hollow body <B> 16 </B> made of ferromagnetic material rotates in this cylindrical indentation 15a, on whose outer surface permanent magnets <B> 17 </B> magnetized in a circular manner in the radial direction are arranged in alternating pole succession so that their magnetic field almost perpendicular to the vaulted container wall. is aligned and a small air gap remains between the pole faces and the wall of the bulge.
On the opposite side or the side facing the water space, a ring <B> 18 </B> made of ferromagnetic material is fastened on this bulge 15a. The effect is the same as with the arrangement according to FIG. 1. When the drive shaft 20 mounted at 19 and coupled to an electric motor (not shown) is driven, the hollow body rotates 16,
</B> where in the case of the magnetic fluxes of the magnets <B> 17 </B> in rapid succession and in alternating directions, both the outer surface of the copper bulge 15a and the soft iron ring <B> 18 </B> flow through and here at heating of these parts due to eddy current or hysteresis effect. This heat is then transferred to the water.