DE10111734A1 - Keramisches Kochsystem mit Glaskeramikplatte, Isolationsschicht und Heizelementen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein keramisches Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte, die auf ihrer Unterseite über eine elektrische Isolationsschicht getrennt für die direkte Beheizung Heizelemente trägt. Ist dabei vorgesehen, dass die Kochzone in mehrere Teilzonen unterteilt ist, denen teilzonenindividuelle Heizelemente und teilzonenindividuelle Temperatorsensoren zugeordnet sind und dass mittels einer kochzonenindividuellen Steuerung die Heizelemente in Abhängigkeit der von den zugeordneten Temperaturen erfassten Temperaturen schalt- und/oder ihre Leistung regelbar sind, dann kann automatisch die durch das Kochgefäß verursachten Rückwirkungen auf das Kochsystem ausgeglichen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein keramisches Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte, die auf ihrer Unterseite über eine elektrische Isolationsschicht getrennt für die direkte Beheizung Heizelemente trägt.

Diese keramische Kochsysteme mit einer direkten Beheizung der Glas­ keramikplatte zeichnen sich durch hohe Ankochleistung aus und haben gegen­ über der Beheizung mittels Strahlungsheizkörper bezüglich Effizienz und Design­ möglichkeit Vorteile.

Keramische Kochsysteme bestehen aus einer ebenen Glaskeramikplatte, auf dessen Oberseite das zu beheizende Kochgefäß abgestellt wird. Die Glaskera­ mikplatte umfassen oxidische und nicht oxidische Keramiken, wie der WO 00/15005, der FR 2 744 116, der EP 0 861 014 A1 und der US 6,037,572 zu entnehmen ist.

Zur elektrischen Isolation wird zwischen der Glaskeramikplatte und den Heiz­ elementen eine Isolationsschicht für die elektrische Isolation aufgebracht. Als Material für diese Isolationsschicht eignen sich Stoffe mit hohem elektrischem Isolationswert, vor allem Stoffsysteme Al₂O₃-SiO₂-MgO mit Werkstoffen wie Ko­ rund, Mullit, Periklas, Spinell und Cordierit.

Auf der Isolationsschicht werden die Heizelemente aufgebracht. Als Heizele­ mente können dünne Schichten vollflächig durch Sputtern oder im CVD-Verfah­ ren vorgesehen werden, wobei insbesondere SnO₂ verwendet wird, wie die WO 00/18189 zeigt.

Eine weitere Möglichkeit in dem Aufbringen von Dickschicht-Leiterbahnen aus Silber-Palladium-Legierungen im Siebdruckverfahren, wie aus der EP 0 861 014 A1 und der EP 0 069 298 A1 zu entnehmen ist. Die Dickschicht-Leiterbahnen verlaufen dabei meist mäanderförmig und besitzen in der Regel eine PTC-Cha­ rakteristik, deren Widerstand mit zunehmender Temperatur zunimmt. An den Enden dieser Dickschicht-Leiterbahnen sind Kontaktierungsflächen für den An­ schluss von Anschlussleitungen angebracht. Bei der Bestromung der Heizele­ mente erhitzen sich diese metallischen Leiterbahnen bis auf Temperaturen um 450°C. Der Wärmetransport erfolgt nach dem Prinzip der Wärmeleitung durch die Isolationsschicht, die Glaskeramikplatte und das Kochgefäß in das Gargut, während bei einer Beheizung mittels Strahlungsheizkörper der Wärmeübertrag nicht alleine durch Wärmeleitung sondern auch über Strahlung erfolgt.

Befindet sich ein Kochgefäß mit verwölbtem Boden auf der Glaskeramikplatte, dann entsteht ein Luftspalt für den Wärmeübertrag. Dabei wird die Wärme­ übertragung durch die hohe Isolationswirkung der Luft stark eingeschränkt. Dieser Nachteil wird bei einer Beheizung mittels Strahlungsheizkörper durch den Anteil der Strahlung ausgeglichen. Bei den direkt beheizten Kochsystemen fin­ det aufgrund der niedrigen Temperaturen keine Heizung über Strahlung statt. Bei Verwendung von schlechtem Kochgefäß mit stark verwölbtem Boden steigt die Temperatur im Zentrum der Kochzone stärker an als an den Rändern, wo das Kochgefäß aufsteht. Um eine Überhitzung der Leiterbahnen zu vermeiden, muss der Heizstrom reduziert werden. Dadurch wird jedoch die Ankochleistung erheblich geschwächt. Die Attraktivität direkt beheizter Kochsysteme sinkt durch hohe Kochgefäß-Sensibilität. Zur vollen Leistungsentfaltung muss stets ein hochwertiges Kochgefäß verwendet werden. Ein weiterer Nachteil der direkt beheizten Kochsysteme liegt in der starken PTC-Charakteristik der metallischen Leiterbahnen. Am Anfang der Ankochphase werden durch den niedrigen Wider­ stand der Leiterbahnen hohe Anfangsleistungen auftreten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein direkt beheiztes keramisches Kochsystem der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das bei den Betriebstemperaturen um 450°C eine geringere Kochgefäß-Sensibilität aufweist und sich automatisch auf das verwendete Kochgefäß und seine Aufstellung auf der Kochzone einstellt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Kochzone in mehrere Teilzonen unterteilt ist, denen teilzonenindividuelle Heizelemente und teilzonenindividuelle Temperatursensoren zugeordnet sind und dass mittels einer kochzonenindividuellen Steuerung die Heizelemente in Abhängigkeit der von den zugeordneten Temperatursensoren erfassten Temperaturen schalt- und/oder ihre Leistung regelbar sind.

Mit der Aufteilung der Kochzone in mehrere Teilzonen und der Zuordnung von individuell aufgrund der in diesen Teilzonen erfassten Temperaturen schalt- und regelbaren Heizelementen wird eine teilzonenbezogene Beheizung erreicht, mit der die Verwendung von einem schlechten Kochgefäß und dessen Aufstellung in der Kochzone erkannt und die Beheizung (automatisch) optimal an die gege­ benen Bedingungen angepasst werden kann. Eine Überlastung von Heizelemen­ ten lässt sich ebenso vermeiden, wie eine hohe Anfangsleistung in der Ankoch­ phase.

Zur Realisierung können die Heizelemente nicht nur als Dickschicht-Leiterbah­ nen, sondern auch als vollflächige Heizfolien oder Dünnschichten auf die Isolationsschicht aufgebracht werden.

Ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Isolationsschicht entsprechend der Unterteilung der Kochzone in Teilzonen auch in Teil-Iso­ lationsschichten unterteilt ist, dann werden schon durch die Unterteilung der Isolationsschicht die Teilzonen der Kochzone vorgegeben. Außerdem wird auf­ grund der kleineren Flächen eine bessere Haftung der Teil-Isolationsschichten an der Unterseite der Glaskeramikplatte erreicht, da keine größeren mechanischen Spannungen bei der Aufheizung auftreten.

Die Aufbringung der Heizelemente kann nach einer Ausgestaltung so ausgeführt sein, dass die Dickschicht-Leiterbahnen der Heizelemente konzentrisch zueinander angeordnet und innerhalb der konzentrischen Teilzonen hintereinander ge­ schaltet sind.

Für die Anschaltung und Regelung der Heizelemente ist eine Ausgestaltung von Vorteil für die Steuerung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizele­ mente der Teilzonen hintereinander geschaltet sind und einen gemeinsamen An­ schluss aufweisen.

Ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass sich die konzentrischen Dickschicht-Leiterbahnen bis auf einen Anschluss-Sektor praktisch über den gesamten Winkelbereich von 360° der Isolationsschicht erstrecken, dann kön­ nen konzentrisch zueinander angeordnete Teilzonen-Heizelemente über diesen Anschluss-Sektor leicht angeschlossen und mit der Steuerung verbunden wer­ den.

Eine einfache Variation in der Anschaltung ergibt sich nach einer Ausgestaltung dadurch, dass auf der Isolationsschicht ein zentrisches Heizelement und ein um dieses angeordnetes kreisbogenförmiges Heizelement aufgebracht sind und dass diese Heizelemente über die Steuerung in der Ankochphase hintereinander schaltbar und im Betriebszustand parallel schaltbar sind.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiels näher erläutert.

In der Zeichnung ist eine Glaskeramikplatte 10, auf die Unterseite 11 gesehen, dargestellt. Eine runde Kochzone der Glaskeramikplatte 10 wird in bekannter Weise auf deren Oberseite gekennzeichnet. Auf der Unterseite der Glaskeramikplatte 10 ist deckungsgleich mit der Kochzone eine Isolationsschicht 12 mit hoher elektrischer Isolationswirkung, d. h. hohe Spannungsfestigkeit und hohe Isolationswiderstand, aufgebracht, wobei diese vorzugsweise als dünne Schicht mit kleinem Wärmeübergangswiderstand ausgebildet ist.

Auf der Isolationsschicht 12 sind zwei Heizelemente H1 und H2 aufgebracht, denen Teilzonen der Kochzone zugeordnet sind. Die Heizelemente H1 und H2 sind als Dickschicht-Leiterbahnen ausgebildet, die konzentrisch zueinander ver­ laufen und innerhalb der Teilzonen hintereinander geschaltet sind, wie die An­ schlüsse a0, a1 und a2 erkennen lassen. Dabei ist der Anschluss a0 beiden Heizelementen H1 und H2 gemeinsam. Eine der Kochzone zugeordnete Steue­ rung ST ist über Schalt- und/oder Steuerausgänge h0, h1 und h2 mit den An­ schlüssen a0, a1 und a2 der Heizelemente H1 und H2 verbunden.

Die Dickschicht-Leiterbahnen 15 der Heizelemente H1 und H2 erstrecken sich bis auf einen schmalen Anschluss-Sektor 16 nahezu über 360° und sind mäan­ derförmig elektrisch miteinander verbunden. Die Teilzone mit dem Heizelement H2 erstreckt sich über einen runden Zentralbereich der Isolationsschicht 12 und die Teilzone mit dem Heizelement H2 umschließt diesen Zentralbereich ringför­ mig.

Wie die Bezeichnungen S1, S2, S3 und S4 bzw. S0 andeuten, werden an ver­ schiedenen Stellen der Heizelemente H1 und H2 über Temperatursensoren teil­ zonenindividuelle Temperaturen erfasst und über Steuerleitungen S1, S2, S3 und S4 bzw. S0 an die Steuerung ST übertragen. In Abhängigkeit des Tempera­ turprofils schaltet und/oder regelt die Steuerung ST die Heizleistungen der Heiz­ elemente H1 und H2. Zudem kann darüber auch eine Überlastung der Heizelemente vermieden werden, wenn teilzonenindividuell die Temperaturen auf Höchstwerte begrenzt werden und die zugeordneten Heizelemente in der Heiz­ leistung reduziert oder abgeschaltet werden.

Anstelle von Dickschicht-Leiterbahnen 15 können die Heizelemente H1 und H2 auch als vollflächige, dünne Heizfolien oder Schichten ausgebildet sind und die Isolationsschicht 12 kann entsprechend der Größe und Anordnung der Heiz­ elemente in entsprechende Teil-Isolationsschichten unterteilt werden. Dadurch lassen sich größere mechanische Spannungen in der Isolationsschicht 12 verhindern, die durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Glaskeramikplatte 10 und Isolationsschicht 12 bedingt sind.

Die Steuerung ST kann über die Steuerausgänge h0, h1 und h2 die Heizeleme­ nte H1 und H2 in der Ankochphase elektrisch hintereinander schalten und für den Betrieb durch Umschaltung parallel schalten. Zudem kann die Heizleistung für die Heizelemente H1 und H2 in Abhängigkeit der erfassten teilzonenbezoge­ nen Temperaturen in den zugeordneten Heizkreisen geregelt oder geschaltet werden.

Claims (8)

1. Keramisches Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte, die auf ihrer Unter­ seite über eine elektrische Isolationsschicht getrennt für die direkte Beheizung Heizelemente trägt, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kochzone in mehrere Teilzonen unterteilt ist, denen teilzonen­ individuelle Heizelemente (H1, H2) und teilzonenindividuelle Tempera­ tursensoren (S1 bis 4, S0) zugeordnet sind und
dass mittels einer kochzonenindividuellen Steuerung (ST) die Heizele­ mente (H1, H2) in Abhängigkeit der von den zugeordneten Temperatur­ sensoren (S1 bis S4, S0) erfassten Temperaturen schalt- und/oder ihre Leistung regelbar sind.

2. Kochsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (H1, H2) aus auf die Isolationsschicht (12) aufge­ brachten Dickschicht-Leiterbahnen (15) gebildet sind.

3. Kochsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (H1, H2) als flächenförmige Heizfolien ausgebildet sind.

4. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (12) entsprechend der Unterteilung der Koch­ zone in Teilzonen auch in Teil-Isolationsschichten unterteilt ist.

5. Kochsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickschicht-Leiterbahnen (15) der Heizelemente (H1, H2) kon­ zentrisch zueinander angeordnet und innerhalb der konzentrischen Teil­ zonen hintereinander geschaltet sind.

6. Kochsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (H1, H2) der Teilzonen parallel hintereinander geschaltet sind und einen gemeinsamen Anschluss (a0) aufweisen.

7. Kochsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die konzentrischen Dickschicht-Leiterbahnen (15) bis auf einen Anschluss-Sektor (16) praktisch über den gesamten Winkelbereich von 360° der Isolationsschicht (12) erstrecken.

8. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Isolationsschicht (12) ein zentrisches Heizelement (H1) und ein um dieses angeordnetes kreisbogenförmiges Heizelement (H2) aufge­ bracht sind und
dass diese Heizelemente (H1, H2) über die Steuerung (ST) in der An­ kochphase hintereinander schaltbar und im Betriebszustand parallel schaltbar sind.