DE2339768A1 - Kochplatte - Google Patents

Description

J0S3PH JUiTHOHY McWILLIAMS und JOHl THOMAS HUGHES Kidderminster, Worcestershire, Großbritannien

Kochplatte

Priorität: 5. August 1972 / Großbritannien

Anmelde-Hr.: 36682/72

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kochplatte für einen Herd oder dergleichen, bei dem eine Glaskeramikplatte die eigentliche Heizfläche bildet, auf die beispielsweise ein Kochtopf aufgesetzt wird, und die Kochplatte bzw. Heizeinrichtung als solche ein elektrisches Heizelement aufweist, das unterhalb der Glasplatte angeordnet ist.

Die Kochplatte selbst weist eine stützende Schale aus Metall auf, deren Innenseite am Boden und an den Seitenwänden mit einem Wärmeisoliermaterial ausgekleidet ist, und bei der das elektrische Heizelement auf dem Boden des Wärmeisoliermaterials abgestützt ist. Sin kompletter elektrischer Herd kann eine solche Kochplatte oder mehrere aufweisen, und die Glas-

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keramikplatte ("bzw. -platten) ist so angeordnet, daß sie mit den Oberkanten des Wärmeisoliermaterials an den Seitenwänden In Eingriff steht, so daß die Unterseite der Glaskeramikplatte einen Abstand vom elektrischen Heizelement hat.

Die bisher zur Verfügung stehenden elektrischen"Kochplatten mit Glaskeramikplatte haben eine schwache Leistung im Vergleich mit den üblicheren Kochplatten, bei denen das elektrische Heizelement nicht bedeckt ist und ein Kochtopf durch direkte Strahlung bzw. direkte Berührung mit dem Heizelement aufgeheizt wird. Im Vergleich dazu arbeiten die bisher bekannten Kochplatten mit Glaskeramikplatte langsamer und sprechen weniger auf Temperatursteuerungen an.

Ein in einer Schutzhülle untergebrachtes elektrisches Heizelement hat, wenn es mit Abdeckung durch eine Glaskeramikplatte verwendet wird, eine sehr schlechte Leistung, und deshalb hat man bisher immer lieber ein Heizelement in Form eines freiliegenden Drahtes verwendet, dessen Heizleistung allein auf

direkter Strahlung beruht. Sin solches Heizelement in Form

eines bloßen Drahtes hat bei Anwendung in Kochplatten mit Glaskeramikplatte aberIeine zufriedenstellende Heizleistung im Vergleich mit den üblicheren Kochplatten geben können, in denen nicht bedeckte Heizelemente verwendet sind. Bs hat sich herausgestellt, daß dies auf der Art und Weise der Abstützung des drahtförmigen Heizelements auf der Schicht aus Wärmeisoliermaterial am Boden der stützenden Schale beruht.

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So wie das Heizelement als "bloßer Draht "bisher verwendet wird, weist er eine schraubenlinienförmig gewundene Spule auf, die in einer Nut in der Schicht aus Isoliermaterial am Boden der Schale verlegt ist. Im allgemeinen ist die Drahtspule in Form einer flachen Spirale verlegt, und die stützende Schale hat zylindrische Gestalt. Die Nut in der Schicht aus Isoliermaterial ist teilkreisförmig, und bei einer bisher angewendeten Ausführungsform ist die Drahtspule im Boden der Hut mit einem Bindemittel bzw. Zement befestigt, so daß nur ein Teil der Drahtoberfläche oberhalb der Oberkante bzw. Oberseite des Isoliermaterials freiliegt, während der Teil des Drahtes am Boden der Hut in dem Bindemittel bzw. Zement eingebettet ist. In diesem Fall entsteht durch das Bindemittel und die umgebende Isolierung in der Nut eine große thermische Masse, und es wird ziemlich viel der vom Draht abgegebenen Wärme zum Aufheizen dieser Masse verschwendet. In anderen Ausführungsformen ist die Drahtspule in einer teilkreisförmigen Nut ohne Befestigung durch ein Bindemittel verlegt; aber hierbei tritt auch ein beträchtlicher Wärmeverlust durch direkte Strahlung vom Draht in die Wände der Nut ein, und ziemlich viel nützliche· Wärme geht durch das Aufheizen der von den Wänden der Nut gebildeten ziemlich großen thermischen Masse verloren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Kochplatte zur Verwendung beispielsweise in Elektroherden mit Glaskeramikplatten zu schaffen, bei der die obengenannten' Nachteile nach 'Möglichkeit umgangen sind und eine elektrische Kochplatte mit.

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Glaskeramikplatte geschaffen wird, deren Heizleistung der der üblicheren elektrischen Kochplatten mit freiliegenden Heizelementen vergleichbar ist.

Gemäß der Erfindung wird eine elektrische Kochplatte zum Beispiel für einen Elektroherd mit Glaskeramikplatte geschaffen, die eine Grundschicht aus einem thermisch und elektrisch isolierenden Material mit einer ebenen Stützfläche für das elektrische Heizelement, das in Form eines schraubenlinienförmig gewundenen, unbedeckten Drahtes vorgesehen und an der Stützfläche durch Klammern aus Metall befestigt ist, die über Teile der Drahtwindungen greifen, an denen diese mit der Stützfläche in Singriff stehen, und die sich in die Grundschicht hinein aber nicht ganz hindurch erstrecken, aufweist, wobei die Zusammensetzung des Materials der Grundschieht so gewählt ist, daß das Heizelement allein aufgrund des Eeibungseingriffs des Materials, mit den Klammern in seiner Lage gehalten ist.

Eine Kochplatte gemäß der Erfindung hat folgende wichtige technische Vorteile im Vergleich zu bisher bekannten und oben genannten Kochplatten.

Da der das Heizelement bildende Draht von einer ebenen Fläche abgestützt ist, ergibt sich nur ein minimaler Verlust der zur Verfugung stehenden Wärme an das Wärmeisoliermaterial, und es steht im wesentlichen die ganze Strahlungswärme als nützliche Energie zur Verfügung.

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Nur eine unbedeutende Wärmemenge geht durch Ableitung durch die Klammern in die Grundschicht aus Wärmeisoliermaterial verloren, da die Klammern eine geringe Masse haben und jede einzelne Klammer mit dem drahtförmigen Heizelement nur in einem außerordentlich beschränkten Oberflächenbereich in Berührung steht.

Da die Metallklammern elektrisch leitfähig sind, dürfen sie nicht mit dem Metall der stützenden Schale in Berührung gelangen und müssen deshalb in sicherem Abstand vor dem Boden der Schale enden. Ihre Haltekraft erhalten die I-lötallklammern deshalb allein durch den Reibungseingriff des Wärmeisoliermaterials, in das die Klammern eingebettet sind, und deshalb muß der zur thermischen Isolierung verwendete Werkstoff sorgfältig ausgepfählt werden um sicherzustellen, daß die Zusammensetzung den nötigen Reibungseingriff erzeugt. Ein bevorzugter Werkstoff für die Grundschicht aus Wärmeisoliermaterial ist ein teilchenförmigen mikroporöser Wärmeisolierstoff (beispielsweise mikroporöses Kieselsäure-Aerogel), der unter Druck zu einem Block oder Stab zusammengepreßt worden ist, wobei der Druck die Teilchen aus mikroporösem Stoff aneinander gebunden hat. Andere geeignete Werkstoffe sind Oalciumsilicat und verschiedene Keramik-Paser-Wärmeisolierstoffe.

Wenn, was meistens der ]?all ist, die das Heizelement bildende Drahtspule in Form einer flachen Spirale verlegt ist, sind die Klammern in einander benachbarten Windungen der Spirale vorzugsweise im Verhältnis zueinander versetzt, so daß die Mög-

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lichkeit umgangen ist, daß die Schenkel- einer Klammer mit den Schenkeln einer benachbarten Klammer in Berührung geraten.

Vorzugsweise haben die Klammern die Gestalt eines umgekehrten "TT', bzw. Haarnadelgestalt und sind aus einem hochtemperaturbeständigen Metall wie einer Nickel-Ohrom-Legierung hergestellt, die Temperaturen bis zu 900° 0 und darüber standhält.

Sin bevorzugter thermisch und elektrisch isolierender Werkstoff für die GrundscHicht und zum Auskleiden der Seiten-■Hände der Schale hat mikroporöse Struktur und ist durch die gegenseitige Bindung eines innigen Gemisches aus einem mikroporösen Pulver mit einem Trübungsmittel und einer Verstärkungsfaser hergestellt.

Das mikroporöse Pulver ist vorzugsweise fein verteiltes Silieiumdioxyd, z.B. mikroporöses Kieselsäure-Aerogel, d.h. ein Gel bei dem die flüssige Phase durch eine gasförmige Phase ersetzt ist, wenn das Gel unmittelbar aus einer Flüssigkeit getrocknet worden ist. Eine im wesentlichen identische mikroporöse Silica-Struktur ist erreichbar durch eine gesteuerte Ausfällung aus einer Siliciumdioxydlösung, wobei Temperatur und pH-Wert beim Ausfällen gesteuert werden, um ein Ausfällprodukt mit offener Struktur zu erhalten. Ähnliche Erzeugnisse erhält man durch pyrogene oder elektrothermische Vorgänge, und diese sind zur Verwendung geeignet, wenn die durchschnittliche end-

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gültige Teilchengröße weniger als 100 Millimikron beträgt.

Bas im bevorzugten Isolierstoff verwendete Trübungsmittel kann Titandioxyd, Aluminiumoxyd, Ohromoxyd; Zirkonoxyd, Sisenoxyd, Mangandioxyd oder Ruß aufweisen.

Ils Verstärkungsfaser im bevorzugten Isolierstoff eignen sich Glas- _f Mineralwolle- oder Aluminiumsilicat-P-asern.

Ber bevorzugte mikroporöse Isolierstoff kann zu einer massiven, kompakten Form mit einer Dichte von 0,12816 0,48060 g/cm⁵ (8-30 Pounds pro Kubikfuß) gestaltet sein. ·

Die Erfindung wird nachfolgend mit vorteilhaften Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es geigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Kochplatte; Pig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig.-1, bei dem die Glaskeramikplatte strichpunktiert dargestellt ist.

Wie in den Zeichnungen erkennbar, ist das flache Metallgehäuse der Vorrichtung schalenförmig und hat einen Boden 10 und eine Seitenwand 11, und das elektrische Heizelement 13 ruht auf einer dünnen Scheibe 14 aus Viärmeisoliermaterial, die ihrerseits auf einer Grundschicht 15 aus mikroporösem Isoliermaterial abgestützt ist. Die Scheibe 14 besteht vorzugsweise aus einem untereinander verbundenen Gemisch aus Keramik und Pasern und

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bietet eine gute ebene Stützfläche für das Heizelement 13.

Die Grundschicht 15 weist den Boden eines schalenförmigen Teils aus Wärmeisoliermaterial auf, das aus einem mikroporösen Isolierstoff gebildet ist, und hat eine aufrechte Seitenwand 16, die mit der Innenfläche der Seitenwand 11 der äußeren Schale in Berührung steht.

Vorzugsweise ist die mikroporöse Isolierung 15, 16 in die äußere Schale gegossen und durch Reibung zwischen ihrer eigenen Oberfläche und der Innenfläche der Schale in geeigneter Weise an Ort und Stelle gehalten. Andererseits kann die Isolierung aber auch aus einem Block aus mikroporösem Isoliermaterial ausgearbeitet sein, dessen Außenabmessungen geringes Übermaß haben, so daß die Isoliereialieit in die äußere Schale gepreßt und durch den Reibungseingriff zwischen ihrer Außenfläche und der Innenfläche der Schale gehalten werden kann.

Auf der Oberkante der Seitenwand 16 ruht ein Ring 17 mit dünnem Querschnitt aus Wärmeisoliermaterial von gleicher Zusammensetzung wie die Scheibe 14 und ist an der Wand 16 in geeigneter Weise, beispielsweise durch eine hier nicht gezeigte Anzahl von Stiften oder Klammern befestigt. Unmittelbar auf dem Ring 17 ist ein Deckel 18 aus Glaskeramik angebracht.

Das elektrische Heizelement 13 ist durch eine Anzahl von U-förmigen Klammern 19 an Ort und Stelle befestigt, die durch die Scheibe 14 in die Schicht ^5 aus mikroporösem Isolierstoff

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eingetrieben sind; der einen hohen Reibungskoeffizienten hat, so daß er dem Herausziehen der Klammer genügend Widerstand entgegensetzt. Das Isoliermaterial hat außerdem eine gute federnde Nachgiebigkeit, und wenn die Klammer durch das Isoliermaterial eingetrieben wird, werden darin örtliche Spannungen erzeugt, die sich dahin auswirken, daß sie auf die Schenkel der Klammer einen Druck ausüben und dadurch deren Herausnahme Widerstand leisten. Wie sich aus den Zeichnungen ergibt, enden die Klammern über dem Boden 10 der Metallschale.

ringsum entlang der/ Die Klammern sind / Spirale des Heizelements herum

in Abständen voneinander vorgesehen, wie aus den markierten Stellungen der Klammern 19 in Fig. 1 hervorgeht. Es zeigt sich, daß die Klammern in benachbarten Windungen jeweils versetzt zueinander vorgesehen sind.

Fig. 2 zeigt im Schnitt den Anschluß einer elektrischen Stromleitung an das innere Ende des draMförmigen Heizelements, und der Anschluß des äußeren Endes des Drahtes an eine elektrische Stromzufuhrleitung ist ebenso ausgebildet. Die zur Stromquelle führende Leitung verläuft durch eine Schutzhülle 21 aus elektrisch und thermisch isolierendem Werkstoff, die an der Stelle ihres Durchganges durch den Boden 10 der Schale in einer mit Flanschen versehenen Hülse 22 befestigt ist. Innerhalb der Schutzhülle 21 ist der vom Heizelement kommende Draht 20 mit einem oder mehreren anderen Drähten zusammengeflochten, z.B. an der Stelle 23, um den elektrischen Widerstand zu verringern ,An. der Stelle, an der der eine oder mehrere weitere Drähte mit dem Draht

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20 verbunden sind, ist die Ansammlung aus Drähten in einer flachen Metallhülse gekrimpft oder gepreßt. Diese Art von Anschluß wird für vorteilhafter gehalten als ein gelöteter oder geschweißter Anschluß, da bei ihr die Gefahr geringer ist, daß sie unter hohen Temperaturen durch Sprödigkeit versagt.

Es ist ferner zu erkennen, daß ^ede Klammer 19 mit dem Draht jeweils am Boden einer. Windung der Spule in Eingriff steht, d.h. an der Stelle, an der der Draht die Scheibe 14 berührt.

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Claims (4)

Ansprüche

1.J Elektrische Kochplatte für einen Herd oder dergleichen mit einer Glaskeramikplatte oberhalb der Heizelemente der Kochplatten, von denen 3ede ein elektrisches Heizelement aufweist, das auf einer Grundschicht aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Werkstoff mit einer aufrechten Seitenwand, auf der die Glaskeramikplatte ruht, abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Grundschicht (15) eine ebene Oberseite (14) hat, und daß das Heizelement ein schraubenlinienförmig gewundener, unbedeckter Draht (13) ist, der an der Grundschicht (15) nur durch Metallklammern (19) befestigt ist, die sich in die Grundschicht (15) hinein, aber nicht durch sie hindurch erstrecken,

2. Kochplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Grundschicht (15) aus einem mikroporösen Kieselsäure-Aerogel in einer festen, kompakten Form gebildet ist.

3. Kochplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine dünne Schicht aus einem Keramik-Faser-Gemisch (14;17) auf der Oberseite der Grundschicht (15) xnd auf dem oberen Rand der Seitenwand (16) vorgesehen ist.

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4. Kochplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch' gekennzeichnet , daß das Heizelement (13) in Form einer flachen Spirale auf der Stützfläche (14) verlegt ist, und daß die Klammern (I9) in einander benachbarten Windungen der Spirale im Verhältnis zueinander versetzt sind.

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