DE2505341C2 - Einrichtung zur Erwärmung eines Behälters, insbesondere eines Geschirrteiles - Google Patents

Description

a) Die Spule ist als Flachspule (7) mit mehreren Windungen ausgeführt;

b) im Abstand von der Flachspule (7) ist am Boden des Behälters (5) eine von dieser isoliert angeordnete Leiterfläche (10) vorgesehen;

c) die Enden (8,9) der Flachspule (7) sind mit der Leiterfläche (10) verbunden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen der Flachspule (7) durch einen in einer Dicke in der Größenordnung von μΐη und in der Breite von mm auf den Boden des Behälters (5) aufgetragenen Leitlack gebildet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterfläche (10) durch einen in einer Dicke von der Größenordnung von μπι auf den Behälter (5) aufgetragenen Leitlack geringer magnetischer Permeabilität gebildet ist.

Die Erfindung bezieht sich a«if eine Einrichtung zur induktiven Erwärmung eines tür die Aufnahme von Speisen, Getränken und dgl. eignenden Behälters, insbesondere eines Geschirrteiles, mit einer Spule im Behälterboden, in der ein Strom induzierbar ist, herrührend von einer an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Induktionsspule.

Es ist bereits aus der deutschen Auslegeschrift 1181841 bekannt, eine flache Kopplungsspule zum Induzieren von Wirbelströmen in einer zu erhitzenden Fläche, z. B. im Boden eines Topfes, der zum Kochen erhitzt werden soll, zu verwenden. Der in der betreffenden Kopplungsspule fließende Strom ist dabei davon abhängig, daß die betreffende Kopplungsspule magnetisch mit dem Boden des Topfes gekoppelt ist, der als kurzgeschlossene Transformatorwicklung wirkt. Aufgrund dieser Induktionswirkung fließt zwar im Topfboden ein gewisser Strom, die Hauptwärmewirkung geht jedoch auf die auftretenden Wirbelströme zurück.

Eine Flachspule ist weiterhin prinzipiell aus der deutschen Patentschrift 6 38 215 bekannt, bei welcher diese Flachspule aus im Topfboden parallel zueinander angeordneten Kupferstäben besteht, wobei sämtliche Kupferstäbe in ihren Endbereichen durch einen gemeinsamen Ring leitend miteinander verbunden sind. Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 8 68 642 eine Kaffeekanne bekannt, bei welcher durch ein oder rwei massive Kohleringe eine Vorheizung erzielt werden kann, die zusammen mit dem später heiß hinzugefügten Wasser bewirkt, daß ohne weitere elektrische Energiezufuhr dessen Temperatur über einen längeren Zeitraum nur geringfügig absinkt. Schließlich ist aus der US-Patentschrift 36 84 853 ein Kochtopf bekannt, der eine sehr große Ausdehnung aufweist und von einem im Querschnitt gleichmäßig und stark ausgeführten Kern aus Kupfer, Aluminium oder Silber besteht, welcher rundherum, also von beiden Seiten des Materials her, von einer dünnen Schicht aus s ferromagnetischem Material umschlossen ist, in welchem durch Wirbelströme die Wärme erzeugt wird, die sich dann im Kern relativ gleichmäßig nach außen verteilen kann.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen

ίο Weg zu zeigen, wie bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art die Erwärmung eines Behälters durch einen aufgrund einer in einer Leiterschicht des Behälters induzierten Wechselspannung fließenden Stromes gesteigert werden kann.

ι. Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß

a) die Spule als Flachspule mit mehreren Windungen ausgeführt ist;
b) im Abstand von der Flachspule am Boden des Behälters eine von dieser isoliert angeordnete

Leiterfläche vorgesehen ist und
c) die Enden der Flachspule mit der Leiterfiäche verbunden sind.

Aus einer solchen Anordnung lassen sich die nachfolgend aufgeführten Vorteile ableiten. Durch die Ausbildung der Soule als Flachspule mit mehreren Windungen und die elektrische Verbindung der Enden jo dieser Flachspule miteinander entstehen nicht nur Wirbelströme in den einzelnen Leiterspulen-Windungen, sondern auch insgesamt durch die induzierte Spannung ein Strom, der an jeder Stelle der Spule gleich groß ist und so im Bereich dieser Flachspule für eine relativ gleichmäßige und besonders starke Erwärmung sorgt Durch die im Abstand von der Flachspule am Boden des Behälters und von dieser isoliert angeordnete Leiterfläche kann die Erwärmung des Behälters durch zusätzliches Ausnutzen von Wirbelströmen gesteigert werden. Dabei dient in vorteilhafter Weise diese Leiterfläche gleichzeitig der elektrischen Verbindung der Enden der Flachspule, so daß mit einem Bauteil eine doppelte Funktion erzielt werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den beiden Unteransprüchen. Sowohl die Leiterbahnen der Spule als auch die Leiterfläche selbst können dabei aus einem Leitlack hergestellt sein, wobei die Dicke dieser Schicht in der Größenordnung von μπι und die Breite der einzelnen Spulenwindungen in der Größenordnung von mm gehalten werden.

Abschließend sei noch bemerkt, daß es bei Ausgestaltung eines Behälters in erfindungsgemäßer Weise möglich ist, den eine Leiterspule und eine Leiterfläche ti agenden Bereich des betreffenden Behälters auf eine Temperatur von ca. 80⁰C bei einer Leistungsaufnahme von ca. 40 Watt zu erwärmen.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigt im einzelnen

Fig. 1 Schema einer Ausführungsform einer Leiterspule am Boden eines Behälters;

F i g. 2 Schnittansicht längs der in F i g. 1 eingetragenen Linie IMI;

F i g. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Leiterspule;

Fig.4 zeigt die Schnittansicht längs der in Fig. 3 eingetragenen Linie IV-IV;

Fig.5 zeigt ein Ersatzschaltbild der in Fig.3 und 4 dargestellten Einrichtung in Verbindung mit einer an

einer Wechselstromquelle angeschlossenen Induktionsspule.

In Fig. 1 ist schematisch eine Leiterspule 1 dargestellt, die eine Mehrzahl von spiralförmigen Windungen aufweist. Die Anzahl der Windungen der Leiterspule 1 ist in Anpassung an eine gewünschte Erwärmung eines Behälters 5 entsprechend gewählt. Die Leiterspule 1 möge sich auf dem Boden eines Behälters 5 befinden. Sie kann durch einen in einer Dicke in der Größenordnung von μίτι und in einer Breite in der Größenordnung von mm aufgetragenen Leitlack geringer magnetischer Permeabilität gebildet sein. Die beiden Enden 2 und 3 der hier als Flachspule ausgebildeten Leiterspule 1 sind über ein gesondertes Leiterelement 4 miteinander verbunden. Das Leiterelement 4 ist, wie dies aus der Schnittansicht gemäß F i g. 2 deutlich hervorgeht, von den einzelnen Windungen der Leiter- bzw. Flachspule 1 durch ein Dielektrikum getrennt. Dieses Dielektrikum möge dabei, wie dies aus Fig.2 hervorgeht, den Behälter, zumindest aber den Boden des Behälters 5 bilden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der betreffende Behälter 5 ein Geschirrte!' ist

Zu der in F i g. 2 dargestellten Schnittansicht iei noch bemerkt, daß durch den im rechten Teil dieser Figur, also gewissermaßen unterhalb der Leiterspule 2 des Behälters 5, liegenden Bereich 6, der durch eine Strichpunktlinie angedeutet ist, eine Isolationsschicht gebildet sein kann, die die betreffende Leiterspule 1 wirksam zu schützen gestattet.

Die in F i g. 3 und 4 dargestellte Einrichtung unterscheidet sich von der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Einrichtung in zweierlei Hinsicht. Zum einen ist bei der in Fig.3 und 4 dargestellten Einrichtung zusätzlich zu der ebenfalls als Flachspule ausgebildeten Leiterspule 7 eine flache Leiterfläche 10 vorgesehen, die im vorliegenden Fall kreisförmig ausgebildet sein mag. Die betreffende Leiterfläche 10 ist im Abstand von der Flachspule 7 isoliert im Boden des Behälters 5 untergebracht. Die beiden Enden 8 und 9 der Flachspule 7 sind an möglichst weit diametral gegenüberliege.iden Stellen der Leiterfläche 10 mit dieser verbunden.

Wie bei der in F i g. I und 2 dargestellten Einrichtung mag auch bei der in Fig.3 und 4 dargestellten Einrichtung die Leiter- bzw. Flachspule 7 dadurch gebildet sein, daß auf dem Behälter 5 ein Leitlack geringer magnetischer Permeabilität in einer Dicke in der Größenordnung von μπι und in einer Breite in der Größenordnung von mm aufgetragen ist. Die Leiterfläehe 10 kann ebenfalls durch einen derartigen Leitlack gebildet sein; ihre Dicke kann einige μηι betragen.

Neben den zuvor betrachteten Elementen kann, wie dies in F i g. 4 durch eine Strichpunktlinie angedeutet ist, am Boden des Behälters 5 wie bei der Einrichtung nach F i g. 1 und 2 eine Isolationsschicht 6 vorgesehen sein, die die am Behälterboden vorgesehenen Schichten zu schützen gestattet.

In Fig.5 ist ein Ersatzschaltbild der in Fig.3 und 4 dargestellten Einrichtung in Verbindung mit einer an einer Wechselstromquelle 14 angeschlossenen Induktionsspule 13 gezeigt. Die Wechselstromquelle 14 möge dabei einen Wechselstrom relativ hoher Frequenz abgeben; zu diesem Zweck kann die Induktionsspule 13 z. B. mit Impulsen beaufschlagt sein, die zumindest < angenähert rechteckförmig ausgebildet sind. In typischer Weise mögen die von der Wechselstromquelle 14 abgegebenen Impulse mit einer Frequenz zwischen 16

ι >

und 2OkHz auftreten; in diesem Fall können sie Trapezform besitzen.

Unter der Annahme, daß die Wechselstromquelle 14 Impulse mit einer der vorstehend erwähnten Frequenz entsprechenden Frequenz abgibt, ergibt sich für die Leiter- bzw. Flachspule 7 und die Leiterfläche 10 das im rechten Teil der Fig.5 dargestellte Ersatzschaltbild. Dabei sind im rechten Teil der Fig. 5, soweit möglich, die in F i g. 3 benutzten Bezugszeichen wieder benutzt Mit 7 ist in Fig.5 schematisch die in Fig.3 dargestellte Flachspule 7 bezeichnet Mit 8, 9 sind die Enden der betreffenden Spule bezeichnet Mit II ist in Fig.5 eine Kapazität bezeichnet, deren Belegung 11.7 durch die Flachspule 7 gebildet ist und deren andere Belegung 11.10 durch die Leiterfläche 10 gebildet ist Dieser Kapazität 11 liegt jedoch ein ohmscher Widerstand 10.89 parallel. Dieser ohmsche Widerstand ist der zwischen den Enden 8 und 9 der Flachspule 7 vorhandene Widerstand der LeiterHäche 10. Damit stellt also die Flachspule 7 in Verbindung mit der Leiterfläche 10 einen verlustbehafteten Schwingkreis dar. Wird die Flachspule 7 mit ImpuJ ;:n beaufschlagt, die mit der Resonanzfrequenz des zu/rr erwähnten Schwingkreises auftreten, so tritt in dem Schwingkreis ein besonders hoher Stromfluß mit der Folge einer besonders starken Erwärmung des o. e. Behälters 5 auf. Dabei ist jedoch vorausgesetzt, daß der ohmsche Widerstand, der durch die Leiterfläche 10 und zum Teil auch durch die Flachspule 7 hervorgerufen ist wesentlich größer ist als der induktive Widerstand der Flachspule 7 bei der Betriebsfrequenz. Ist der betreffende ohmsche Widerstand nämlich nicht wesentlich größer als der induktive Widerstand der Flachspule 7, so werden die Enden 8 und 9 der Flachspule 7 lediglich an einer Stelle auf der Leiterfläche 10 verbunden. In diesem Fall trifft dann allerdings das in F i g. 5 dargestellte Ersatzschaltbild nicht mehr zu.

Neben der in Fig.5 durch eine gestrichelte Linie angedeuteten induktiven Kopplung zwischen der Induktionsspule 13 und der Leiter- bzw. Flachspule 7 ist noch eine kapazitive Kopplung zwischen der Wechselstromquelle 14 und dem zuvor betrachteten Schwingkreis gegebenenfalls vorhanden. Diese, in Form der Kapazität 15 in Fig.5 angedeutete kapazitive Kopplung ergibt sich durch die einander gegenüberiiegenden Flächen der Induktionsspulen-Windungen einerseits und der Leiterfläche 10 und/oder der Hachspule 7 andererseits. Schließlich sei noch bemerkt, daß zusätzlich zu der Induktionsspule 13 eine Kapazität 12 parallel liegen kann, wie dies in F i g. 5 angedeutet ist. Auf diese Weise bildet dann die Induktionsspule 13 mit der betreffenden Kapazität 12 einen eigenen Schwingkreis. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse hinsichtlich der Erwärmung des o.e. Behälters 5 wird auch dieser Schwinfk-eis bei seiner Resonanzfrequenz betrieben. Diese Resonanzfrequenz ist dann gleich der Resonanzfrequenz des die Fiz :hspule 7 und die Kapszität 11 umfassenden Schwingkreises.

Überdies sei noch festgestellt, daß die bei den oben erläuterten Ausführungsformen vorgesehene Induktionsspule in oder unterhalb einer vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Material, wie einem Kunststoff, bestehenden Tischplatte eines Tisches angeordnet sein kann; ein derartiger Tisch ist in den Fig. 2 und 4 durch die Strichpunktlinie 16 angedeutet. Eine solche Anordnung eignet sich besonders gut für das Vorwärmen von Speisen, Getränken und dergleichen in Behältern gemäß der Erfindung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur induktiven Erwärmung eines für die Aufnahme von Speisen, Getränken und dergleichen dienenden Behälters, insbesondere eines Geschirrteiles, mit einer Spule im Behälterboden, in der ein Strom induzierbar ist, herrührend von einer an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Induktionsspule, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: