DE19604306C2 - Strahlungsheizkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsheizkörper nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Solche Strahlungsheizkörper weisen im Regelfall einen Träger für eine elektrisch zu betreibende Beheizung auf, die aus Heizwiderständen besteht. Solche Heizwi­ derstände werden durch eine Glaskeramikplatte, Edelstahlplatte oder dergleichen Platte oder Scheibe abgedeckt, welche mit ihrer Oberseite als Kochplatte dient. Durch ihren Aufbau bilden solche Strahlungsheizkörper zusammen mit der Glaske­ ramikplatte einen nach außen im wesentlichen geschlossenen Trägerraum, in wel­ chem die Strahlheizwiderstände eingesetzt sind. Um eine Überhitzung der Glaske­ ramikplatte zu vermeiden, werden bei solchen Strahlungsheizkörpern Temperatur­ begrenzer bzw. Temperaturwächter eingesetzt.

Durch die DE 33 15 657 A1 ist ein Elektrokochgerät mit einer Glaskeramikplatte bekannt, welche eine zentrale Öffnung mit einer darin eingesetzten Hülse aufweist, in welcher ein Temperaturfühler angeordnet ist. Dabei ist der Temperaturfühler in der Hülse bis gegen einen oberen Anschlag durch Federkraft verschiebbar gehalten, wodurch der Temperaturfühler beim Anliegen an dem Anschlag etwas über der Oberfläche der Glaskeramikkochplatte übersteht.

Eine andere Bauanordnung und Bauart eines Temperaturbegrenzers für eine Glas­ keramikkocheinheit ist durch die EP 0 141 923 B1 bekannt. In diesem Fall verläuft der Temperaturfühler vorzugsweise etwa längs eines Durchmessers über die Kochstelle oder aber etwas seitlich versetzt zur Kochstelle. Der Temperaturfühler selbst besteht aus mehreren Teilstäben, die in einem einheitlichen, langgestreckten Außenrohr untergebracht sind. Durch diese Ausgestaltung des Temperaturfühlers wird es möglich, die aus den mindestens zwei Heizflächen resultierenden, unter­ schiedlichen Temperatureinflüsse dem Temperaturfühler so mitzuteilen, daß die Ansprechtemperatur des Temperaturfühlers tatsächlich unabhängig davon ist, ob eine oder zwei Heizflächen in Betrieb sind.

Durch die DE-GM 73 15 318 ist eine Glaskeramik-Kochplatte offenbart, deren Kochstellen mit einer Temperaturbegrenzungseinrichtung versehen sind. Die Tem­ peraturbegrenzungseinrichtung besteht aus zumindest drei Temperaturfühlern, die an der Unterseite der Glaskeramik-Kochplatte vorgesehen sind, wobei die Tempe­ raturfühler jeweils am Rand der durch den Heizkörper beheizten Kochstelle ange­ ordnet werden. Zusätzlich wird noch ein weiterer Temperaturfühler im Zentrum der Kochstelle angebracht. Der Heizstromkreis des Heizkörpers wird über den die eingestellte maximale Temperatur zuerst erreichenden Temperaturfühler geregelt. Durch diese Druckschrift wird demzufolge der Versuch unternommen, durch ins­ gesamt mindestens vier Temperaturfühler eine voreingestellte maximale Tempera­ tur an einer willkürlichen Stelle der Kochplatte zu erfassen.

Bei Strahlungsheizkörpern bzw. Strahlungsbeheizungen ist es grundsätzlich wichtig und durch Sicherheitsvorschriften auch vorgeschrieben, daß die Temperatur an der Unterseite der Glaskeramikplatte einen Maximalwert nicht überschreitet, um eine Schädigung der Glaskeramikplatte zu vermeiden. Aus diesem Grunde werden Temperaturbegrenzer eingesetzt, die den eingestellten Maximalwert an der Unter­ seite der Glaskeramikplatte überwachen und gewährleisten, daß die maximale Temperatur von beispielsweise 600°C oder 700°C an der Unterseite der Glaske­ ramikplatte nicht überschritten wird.

Es ist nun aber bekannt, daß die Temperatur an der Unterseite der Edelstahl- oder Glaskeramikplatte nicht an allen Punkten gleich ist, sondern im wesentlichen von dem Verlegungsbild des bzw. der Heizleiter und der Dimensionierung der Heizlei­ ter abhängt. Wird nun eine Temperaturverteilung der Edelstahl- oder Glaskera­ mikplatte in einem Diagramm aufgezeichnet, so ergeben sich sogenannte Heiß­ punkte, die nur selten im Erfassungsbereich des an sich bekannten Fühlerstabes des Temperaturbegrenzers liegen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Strahlungsheizkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Temperaturfühler eines Temperaturbegrenzers punkt­ weise oder nahezu punktweise die Temperatur Edelstahl- oder der Glaskeramik­ platte erfaßt und beispielsweise in Form von elektrischen Spannungsdifferenzen an die Regeleinrichtung des Strahlungsheizkörpers weitergibt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfinderische Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteran­ sprüchen 2 bis 12 genannt.

Der besondere Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß der Temperaturfühler bzw. Sensor eines Temperaturbegrenzers genau auf den heißesten Punkt der Plat­ tenunterseite ausgerichtet ist und damit die gestellte Aufgabe optimal erfüllt. Unter dieser Ausrichtung wird im Sinne der Erfindung verstanden, daß der zu erfassende heißeste Bereich als sogenannte Meßzone direkt auf der Platte oder auch zwischen der Platte aus Edelstahl oder Glaskeramik und der Strahlungsheizung liegen kann. Die Meßzone muß nicht zwangsläufig nur punktförmig sein, sondern kann auch zwischen der Strahlungsheizung und der Platte bzw. Abdeckung im Durchmesser von beispielsweise etwa 15 mm vorgesehen sein. Die Erfassung der Temperatur erfolgt dann im Regelfall punktförmig. Dadurch wird die Funktion eines Tempera­ turwächters erfüllt und es werden gebrauchstaugliche Kochvorgänge möglich, weil eine Temperaturbegrenzung und eine Reaktion auf den Temperaturanstieg sowie auf den Temperaturabfall geschaffen wird.

Obwohl das Problem an sich bekannt ist, daß die Beheizungen keine gleiche Tem­ peraturverteilung aufweisen, sondern eine ganz bestimmtes Temperaturprofil auf­ weisen, wurde bei den bekannten Temperaturbegrenzern der Sensor im Regelfall in die Mitte der Strahlungsbeheizung gesetzt, weil dies als die produktionstechnisch beste Lösung mit ausreichend viel Platz gilt. Um bei dieser Lösung zu einem gesi­ cherten Meßergebnis für die Temperatur zu kommen, müßte in der Auswerteelek­ tronik eine Zuordnung von Heizungstyp, Leistung und Temperaturdifferenz vom Meßpunkt zum heißesten Punkt der Glaskeramikplatte erfolgen. Dies ist technisch sehr aufwendig und kompliziert und verursacht außerdem hohe Kosten. Deshalb ist man in der Praxis dazu hergegangen, die Temperaturerfassung linear über die Be­ heizungsmitte durch einen Ausdehnungsstab indirekt zu vollziehen.

Gerade diese Nachteile werden durch die Merkmale der Erfindung vermieden, weil nun der Temperaturfühler, beispielsweise ein Thermoelement, bei jeder Bauart ei­ nes Strahlungsheizkörpers an den typspezifischen, heißesten Punkt gesetzt wird. Dies bedeutet eine direkte Temperaturmessung. Damit braucht unabhängig von der Beheizungsvarianten-Vielfalt in der Signalverarbeitung nur eine Grenztemperatur in Form von Spannung festgelegt zu werden. Diese Grenztemperatur wird so ge­ wählt, daß die Grenztemperatur der Glaskeramikplatte unter allen Betriebsbedin­ gungen eingehalten wird. Die Grenztemperatur kann vorteilhafterweise dennoch so hoch gewählt werden, daß die Gebrauchstauglichkeit des gesamten Systems wird, was u. a. zu kürzeren Ankochzeiten führt. Durch die direkte Temperaturmessung entfällt die reduzierte Grenztemperatur, die bei der indirekten Messung aufgrund von Toleranzen und der unterschiedlichen Wärmeverteilung erforderlich ist. Trotz­ dem wird mindestens die gleiche Sicherheit erzielt. Der Sensor des Temperaturbe­ grenzers wird möglichst nahe an die Unterseite der Glaskeramikplatte herange­ führt. Ein Optimum wird dann erreicht, wenn der Sensor die Unterseite der Glaske­ ramikplatte kontaktiert.

Die Ermittlung des heißesten Bereiches der Platte wird durch den Fachmann durch eine Oberflächenmessung durchgeführt. Diese Oberflächenmessung bezieht sich auf eine für einen bestimmten Typ einer Strahlungsbeheizung zutreffende Temperatur­ verteilung und wird für ein Muster festgestellt. Die an diesem Muster festgestellte Temperaturverteilung mit dem ermittelten heißesten Bereich gilt dann typspezifisch für die nach diesem Muster hergestellte gesamte Serie. Eine solche für jeden Typ einer Strahlungsbeheizung einmalige Ermittlung des heißesten Bereiches durch Temperaturmessung eines Musters hat den Vorteil für den Fachmann, daß er auch bei ihm fremden Strahlungsbeheizungen den heißesten Bereich problemlos feststel­ len kann, ohne dazu die konstruktiven Einzelheiten im Detail zu kennen.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Darin zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf einen Strahlungsheizkörper,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch den Strahlungsheizkörper gemäß der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 die Temperaturverteilungskurve eines Strahlungsheizkörpers nach Fig. 1,

Fig. 4 die Teilansicht des Strahlungsheizkörpers gemäß der Linie II-II in Fig. 1 mit anderem Thermoelement,

Fig. 5 die Schnittdarstellung des Thermoelementes,

Fig. 6 die Schnittdarstellung des Thermoelementes in anderer Ausführung,

Fig. 7 einen Teilschnitt durch einen Strahlungsheizkörper anderer Bauart,

Fig. 8 einen Teilschnitt durch einen Strahlungsheizkörper noch anderer Bau­ art,

Fig. 9 einen Teilschnitt durch einen Strahlungsheizkörper noch anderer Bau­ art,

Fig. 10 einen Teilschnitt durch einen Strahlungsheizkörper noch anderer Bau­ art.

Der Strahlungsheizkörper 1 besteht im wesentlichen aus einem schalenförmigen Träger 2, dessen Boden im wesentlichen parallel zur Glaskeramikplatte 3 angeord­ net ist. Der schalenförmige Träger 2 ist aus Metall gefertigt. In den Träger 2 ist der Isolationsträger 4 aus keramischen Isolierwerkstoffen eingesetzt, die beispielsweise durch Schüttung, Verpressung und Trocknung in eine strukturierte Form gebracht werden. Auf den Isolationsträger 4 ist ein Außenrand 5 aufgesetzt, der in dem ge­ zeigten Beispiel nach Fig. 2 aus einem zu dem Isolationsträger 4 unterschiedli­ chen Werkstoff gebildet ist. Der Außenrand 5 kann jedoch ebensogut auch einteilig mit dem Isolationsträger 4 hergestellt sein. In die der Glaskeramikplatte zugewen­ deten Oberseite des Isolationsträgers 4 befinden sich die spiralförmig oder wendel­ förmig angeordneten Rinnen oder Bahnen 6 für die Aufnahme des oder der Strahl­ heizwiderstände 7.

Die Glaskeramikplatte 3 liegt auf dem ringförmigen Außenrand 5 auf, wodurch sich zwischen den Strahlheizwiderständen 7 und der Unterseite der Glaskeramik­ platte 3 ein freier, geschlossener Raum 8 ergibt.

Für den Strahlungsheizkörper 1 nach Fig. 1 ergibt sich nun beispielsweise eine Temperaturverteilung nach dem Diagramm in Fig. 3. Aus diesem Diagramm ist erkennbar, daß die niedrigen Temperaturen der Glaskeramikplatte 3 in den Außen­ bereichen 20 auftreten, während der gesamte mittlere Bereich 9 die hohen Tempe­ raturen aufweist. Durch den Kurvenverlauf im Diagramm nach Fig. 3 zeigt sich für den Fachmann aber auch in dem mittleren Bereich 9 noch eine bemerkenswerte Temperaturschwankung, die im wesentlichen durch die Verlegung der Strahl­ heizwiderstände 7 verursacht wird. Aus dem Diagramm ist in mathematischer und geometrischer Beziehung der heißeste Punkt 10 auf der Unterseite der Glaskera­ mikplatte 3 zu ermitteln. Nach dem Beispiel in Fig. 3 wird der heißeste Punkt 10 an der eingezeichneten Stelle angenommen, welche im Diagramm der höchste Punkt ist und wie er dann auf den Strahlungsheizkörper nach den Fig. 1 und 2 übertragen ist.

Der Temperaturbegrenzer 11 besteht aus einem Temperaturfühler oder Sensor 12, der sich im Inneren eines Röhrchens 13 befindet. Nach Fig. 2 ist ein radial von außen zum heißesten Punkt 10 geführtes Quarzrohr 13 vorgesehen, welches in dem Isolationsträger 4 verlegt ist. Unterhalb des heißesten Punktes auf der Unterseite der Glaskeramikplatte 3 ist das Quarzrohr 13 im rechten Winkel abgebogen, wo­ durch die oben offene Stirnseite 14 des Quarzrohres 13 auf den heißesten Punkt 10 gerichtet ist. Der Temperaturfühler 12 befindet sich mit seinem äußeren Ende in einem geringen Abstand zur Unterseite der Glaskeramikplatte 3 und ist exakt auf den heißesten Punkt 10 ausgerichtet.

In Fig. 4 befindet sich das Thermoelement (Temperaturfühler 12) in einem radia­ len Kanal zwischen dem Boden des Trägers 2 und dem Isolationsträger 4. Unter­ halb des heißesten Punktes 10 ist das Thermoelement 12 rechtwinklig abgebogen und verläuft in einem aufrechtstehenden Keramikröhrchen 15, welches mit einem geringen Abstand unterhalb der Glaskeramikplatte 3 endet.

Wie Fig. 5 zeigt, ist in das Keramikröhrchen 15 als Außenhülse noch eine Innen­ hülse 16 eingesetzt, innerhalb der der Temperaturfühler 12 bis in Anlage an die Unterseite der Glaskeramikplatte 3 verläuft. Die Innenhülse 16 steht unter der Wirkung einer Feder 17, wodurch die Innenhülse kontinuierlich an die Unterseite der Glaskeramikplatte 3 gedrückt wird. Nach Fig. 6 befindet sich die Innenhülse 16 unter der Wirkung einer sogenannten Thermo-Bimetall-Feder 18, wodurch er­ reicht wird, daß sich die Innenhülse 16 im kalten Zustand des Strahlungsheizkör­ pers 1 bzw. der Glaskeramikplatte 3 in einem axialen Abstand zur Unterseite der Glaskeramikplatte 3 befindet. In dem heißen Betriebszustand der Glaskeramikplat­ te 3 wird die Innenhülse 16 durch die Bimetallfeder 18 gegen die Unterseite der Glaskeramikplatte 3 gedrückt. Der Temperaturfühler 12 ist mit seinem äußeren Ende in ein Isoliermaterial 19 innerhalb der Innenhülse 16 eingebettet und liegt punktförmig an der Unterseite der Glaskeramikplatte 3 an.

Wie die vorgenannten Beispiele zeigen, kann das Keramikrohr 15 bzw. die Innen­ hülse 16 mit dem zur Glaskeramikplatte 3 zugewandten Stirnende offen sein. Das Stirnende kann auch verschlossen sein, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Alternativ kann der Verschluß durch eine Klebe- oder andere Dichtungsmasse erfolgen. Dies hat den Vorteil, daß eine Oxydation und Alterung des Thermoelementes 12 verhin­ dert wird. In dem Beispiel nach Fig. 6 kontaktiert der Temperaturfühler 12 die Unterseite der Glaskeramikplatte 3 nur unter Temperatureinfluß.

In den weiteren Fig. 7 bis 10 sind weitere Ausführungsbeispiele eines waage­ rechten Einbaus des Temperaturfühlers 12 dargestellt. So ist in Fig. 7 zu erken­ nen, daß der Temperaturfühler 12 in einem Mantelrohr, welches beispielsweise ein Quarzrohr, ein Metallrohr oder ein Keramikrohr 13 sein kann, eingeführt ist. Der Sensorkopf 20 des Temperaturfühlers 12 ist durch eine auf das Außenrohr 13 auf­ setzbare Kappe 21 abgedeckt, wodurch eine Wärme- und Strahlungsisolierung hervorgerufen wird. Der Sensorkopf 20 befindet sich mit der Abdeckhaube 21 in dem heißesten Bereich 10, der sich zwischen der Platte 3 und der Strahlungshei­ zung 7 befindet und durch gestrichelte Linien hervorgehoben ist.

In Fig. 8 ist die nach Fig. 7 rundum geschlossene Abdeckkappe 21 mit einer Öffnung 22 in Richtung zur Platte 3 versehen.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 9 ist der Sensorkopf 20 des Temperaturfüh­ lers 12 hinter einer kleinen stirnseitigen Öffnung des Außenrohres 3 zurückgesetzt. Die kleine stirnseitige Öffnung des Außenrohres 13 ragt wiederum in den als Meß­ zone definierten heißesten Bereich ein.

In Fig. 10 ist das bis in die Meßzone bzw. den heißesten Bereich 10 geführte Au­ ßenrohr 13 mit innenliegendem Temperaturfühler 12 im rechten Winkel zur Glas­ keramikplatte 3 abgebogen und steht mit seiner offenen Stirnseite direkt an der Unterseite der Glaskeramikplatte 3 an. Der Sensorkopf 20 liegt in einem sehr klei­ nen Abstand unterhalb der Unterseite der Glaskeramikplatte 3. Die Abbiegung des Außenrohres 13 befindet sich wiederum in dem heißesten Bereich 10 als sogenann­ te Meßzone.

Im Sinne der Erfindung sind natürlich auch weitere Ausführungsbeispiele denkbar, so könnten beispielsweise auf der Unterseite der Glaskeramikplatte direkt Bahnen als Temperatursensor aufgebracht sein, die an einem Meßplatz mit einem Pt- Element verbunden sind.

Claims (12)

1. Strahlungsheizkörper (1) mit einem Träger (2) für mindestens einen Strahlheizwi­ derstand (7), mit einer den Strahlheizwiderstand (7) abdeckenden Platte (3) und ei­ nem Temperaturbegrenzer oder Temperaturwächter (11), dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturbegrenzer (11) oder Temperaturwächter einen Temperaturfühler (12) aufweist, der zur direkten Temperaturerfassung der Platte (3) auf deren typ­ spezifisch heißesten Bereich ausgerichtet ist.

2. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heißeste Bereich eine kleine bis punktförmige Flächenausdehnung hat.

3. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (12) im heißesten Bereich (10) die Unterseite der Platte (3) berührt oder nahezu berührt.

4. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (12) elektrisch isoliert ummantelt ist, wobei das stirnseiti­ ge Ende wahlweise zur Platte (3) hin geöffnet ist.

5. Strahlungsheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (12) wärmeisoliert ummantelt ist.

6. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (12) in eine Hülse oder Rohr (15) eingesetzt ist.

7. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (15) durch eine Feder (17) beaufschlagt ist und stirnseitig an der Un­ terseite der Platte (3) anliegt.

8. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (15) durch eine thermisch reagierende Bimetall-Feder (18) beauf­ schlagt ist und im heißen Zustand an der Unterseite der Platte (3) anliegt.

9. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (15) an ihrem der Platte (3) zugewandten Stirnende (14) geschlossen ist.

10. Strahlungsheizkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das der Platte (3) zugewandte Stirnende (14) der Hülse (15) mit der Platte (3) verklebt ist.

11. Strahlungsheizkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (15) ein Quarzrohr oder ein Keramikrohr ist.

12. Strahlungsheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (3) aus Keramik oder Edelstahl gebildet ist.