DE2913820A1

DE2913820A1 - Vorrichtung zur waermeuebertragung

Info

Publication number: DE2913820A1
Application number: DE19792913820
Authority: DE
Inventors: Herbert Zulauf
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1979-02-22
Filing date: 1979-04-05
Publication date: 1980-08-28
Also published as: ATE3353T1; EP0015234A1; EP0015234B1; DK59280A; ES488463A1; DE3063005D1

Description

SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, 3965 Chippis

Vorrichtung zur Wärmeübertragung

19. Februar 1979

FPRS-Wie/Ri

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Vorrichtung zur Wärmeübertragung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch beheizte Vorrichtung zur Wärmeübertragung, insbesondere eine Kochplatte.

Bei bekannten, elektrisch beheizten Vorrichtungen zur Wärmeübertragung wie Kochplatten und dergleichen wird die durch elektrische Energie erzeugte Wärme zunächst auf einen im wesentlichen plattenförmigen Wärmeträger aus einem wärmeleitenden Werkstoff übertragen. Die Wärmeübertragung auf einen zu erwärmenden Gegenstand erfolgt über die sogenannte Heizfläche des Wärmeträgers, mit welcher der Gegenstand in direkte Berührung gebracht wird. Ueblicherweise bestehen derartige Wärmeträger aus Grauguss. Diese weisen jedoch einige Nachteile auf, die besonders bei Kochplatten augenfällig werden. Wegen der verhältnismässig hohen Wärmekapazität eines Wärmeträgers aus Grauguss und der damit verbundenen Trägheit der Kochplatte in bezug auf die Wärmeübertragung ist eine Schnell- bzw. Feinregulierung der auf den zu erwärmenden Gegenstand zu übertragenden Wärmemenge nicht möglich. Zudem führt dx= uone wärmekapazität eines Wärmeträgers aus Grauguss zu einem beträchtlichen Energieverlust, da die in den Wärmeträger eingebrachte Wärmemenge im allgemeinen nicht vollständig genutzt werden kann. Wärmeträger aus Graugusss haben überdies die unangenehme Eigenschaft, dass sie beim Kontakt mit gewissen Flüssigkeiten oberflächlich ankorrodieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt de^shalb die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch beheizte Vorrichtung zur Wärmeübertragung insbesondere eine Kochplatte - zu schaffen, bei welcher der Wärmeträger im Vergleich zu konventionellen, aus Grauguss gefertigten Wärmeträgern eine kleinere Wärmekapazität aufweist und dessen Heizfläche hart, verschleissfest, hitzebeständig und korrosxonsresxstent ist.

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Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen Kern aus einer Aluminiumlegierung aufweist, welcher auf seiner zur Wärmeübertragung auf einen Gegenstand mit sexsem in Berührung zu bringenden Oberfläche mit einer thermisch aufgespritzten, festhaftenden Schicht aus Oxidverbindungen des Aluminiums versehen ist.

Aluminiumlegierungen sind verhältnismässig weiche Werkstoffe und zeigen überdies bei Erwärmung auf Temperaturen über etwa 400 C einen drastischen Abfall der Brinellhärte in der Grös-

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senordnung von 300 MN/m . Als Werkstoffe für Wärmeträger von Kochplatten erscheinen daher Aluminiumlegierung an sich ungeeignet, da sie den an die Heizfläche einer Kochplatte gestellten Anforderungen bezüglich Härte und Verschleissfestigkeit nicht genügen, Die thermisch, d.h. im Plasma- oder Flammspritzverfahren aufgespritzte Oxidschicht beseitigt diesen Mangel an Festigkeit und führt zu einer gegen mechanische Beschädigung widerstandsfähigen Heizfläche.

Die thermisch aufgespritzte Oxidschicht kann ausschliesslich aus Aluminiumoxid (Al„0_) bestehen. Durch farbige Oxidverbindungen des Aluminiums von-Spinelltyp (MeAIpO.) wie beispielsweise Kobaltaluminiumoxid (CoAl,,0..) kann zusätzlich ein dekorativer Effekt erzielt werden, wobei die Schicht je nach gewünschter Farbintensität eine Mischung aus Aluminiumoxid und farbigen Oxidverbindungen des Aluminiums oder aber ausschliesslich farbige Oxidverbindungen des Aluminiums aufweisen kann.

Die Dicke der thermisch aufgespritzten Schicht liegt vorteilhafterweise zwischen 100 und 400 um, vorzugsweise zwischen 150 und 250 ium.

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Die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Kernmaterial und der aufgespritzten Oxidschicht führt beim Aufheizen zu Spannungen an der Phasengrenze Metall/Oxid, was bei extremer Beanspruchung zu einem Reissen der Oxidschicht oder sogar zu einem Abplatzen derselben führen kann. Um dieser Gefahr zu begegnen, bieten sich die folgenden zwei Möglichkeiten an:

1. Die thermisch aufgespritzte Schicht wird als Cermet-Schicht ausgebildet, d.h. sie enthält neben Oxidverbindungen des Aluminiums zusätzlich metallisches Aluminium. Beim vorligenden Erfindungsgegenstand hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Anteil des metallischen Aluminiums in der Schicht zwischen 5 und 40%, vorzugsweise zwischen 10 und 20% liegt.

2. Zwischen dem Kern und der thermisch aufgespritzten Schicht aus Oxidverbindungen des Aluminiums befindet sich eine thermisch aufgespritzte, metallische Zwischenschicht. Als besonders geeignete Werkstoffe für diese Zwischenschicht haben sich Aluminium sowie eine Nickel-Aluminium-Legierung mit einem Aluminiumgehalt von 20 bis 40% erwiesen. Die geeignete Schichtdicke liegt dabei zwischen 50 und 150 /um, vorzugsweise zwischen 80 und 120 um.

Für eine rationelle Serienfertigung des Kerns bieten sich die Druckgiessverfahren an. Eine zum Druckgiessen besonders geeignete Legierung weist die folgende Zusammensetzung auf:

Mangan 1,0 bis 2,0%, vorzugsweise 1,2 bis 1,4% Eisen 0,5 bis 1,0%, vorzugsweise 0,6 bis 0,8% Aluminium Rest

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Es hat sich gezeigt, dass mit dieser im Druckgiessverfahren, insbesondere im Vakuumdruckgiessverfahren verarbeiteten Legierung die bei konventionellen Druckgusslegierungen bei Temperaturen über etwa 400 C auftretende Blasenbildung vollständig verhindert werden kann.

Die thermisch aufgespritzte Oxidschicht kann im Bedarfsfall zur Verminderung ihrer Rauhigkeit überschliffen bzw. poliert werden. Um ein unerwünschtes Eindringen von Fremdstoffen in die leicht poröse Schicht zu verhindern, kann diese zudem auf bekannte Weise -'beispielsweise mittels Borsäure - oder Phosphorsäurelösungan - versiegelt werden.

Zur Vermeidung eines Anschmelzens des Kerns bei erhöhter Temperatur kann der Kern zusätzlich mit einem Temperaturfühler ausgestat
begrenzt.

ausgestattet sein, der die Höchsttemperatur auf etwa 450°C

Die durch die erfindungsgemässe Vorrichtung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass im Vergleich zu entsprechenden Vorrichtungen mit Wärmeträgem aus Grauguss eine Schnell - bzw. Feinregulierung der auf den zu erwärmenden Gegenstand zu übertragenden Wärmemenge möglich wird und Energieverluste als Folge der Wärmekapazität des Wärmeträgers beträchtlich vermindert werden.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nachstehend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert und durch ein Beispiel weiter veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe

Vorrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung in Oberflächennähe.

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Die in Fig. 1 dargestellte, erfindungsgemässe Vorrichtung weist einen Kern 1 aus einer Aluminiumlegierung auf, welcher auf der mit dem aufzuheizenden Gegenstand in Berührung zu bringenden Oberfläche eine thermisch aufgespritzte Schicht 2 aus Oxidverbindungen des Aluminiums - gegebenenfalls mit einem Anteil an metallischem Aluminium - aufweist. Der Kern 1 weist Rinnen 4 zur Aufnahme von Heizleitern 5 auf. Bei einer kreisrunden Gestalt des Kerns können die Rinnen 4 konzentrisch oder spiralförmig angeordnet sein. Die Heizleiter 5 werden mit einem hitzebeständigen Zement in die Rinnen 4 eingebettet.

Fig.2 zeigt eine thermisch aufgespritzte, metallische Zwischenschicht 3, die zwischen dem Kern 1 und der thermisch aufgespritzten Oxidschicht 2 liegt.

Beispiel

Aus einer Aluminiumlegierung mit 1,25% Mangan und 0,63% Eisen und einem Gehalt an üblichen Verunreinigungen von insgesamt weniger als 0,2% wurde im Vakuumdruckgiessverfahren ein Kern für eine Kochplatte hergestellt. Der Durchmesser des mit einer ebenen Heizfläche ausgestatteten Kerns betrug 15 cm.

Nach dem Sandstrahlen mit Korund wurde auf die Heizfläche im Plasmaspritzverfahren eine 200 um dicke, aus 85% Kobaltaluminiumoxid. (CoAl₂O₄) und 15% Aluminium bestehende Cermet-Schicht aufgetragen. Die Oberfläche wurde anschliessend kurz bandgeschliffen.

Die Temperaturwechselbeständigkeit der aufgespritzten Schicht wurde durch zyklisches Aufheizen auf 450 C und Abkühlenlassen auf Ξ.;*'_ ^iir^.rüft. Nach 300 Zyklen konnten ":ame ^..-..jaen einer Verminderung der Haftfestigkeit bzw. eines Abplatzens der Schicht beobachtet werden.

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Claims

Patentansprüche

Elektrische beheizte Vorrichtung zur Wärmeübertragung, insbesondere Kochplatte, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kern (1) aus einer Aluminiumlegierung aufweist, welcher Kern (1) auf seiner zur Wärmeübertragung auf einem Gegenstand mit diesem in Berührung zu bringenden Oberfläche mit einer thermisch aufgespritzten, festhaftenden Schicht (2) aus Oxidverbindungen des Aluminiums versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch aufgespritzte Schicht aus Aluminiumoxid besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische aufgespritzte Schicht aus farbigen Oxidverbindungen des Aluminiums vom Spinelltyp, vorzugsweise aus Kobaltaluminiumoxid besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnec, dass die thermisch aufgespritzte Schicht aus einer Mischung von Aluminiumoxid und farbigen Oxidverbindungen des Aluminiums besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch aufgespritzte Schicht 5 bis 40%, vorzugsweise 10 bis 20% metallisches Aluminium enthält.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aufgespritzte Schicht eine Dicke von 100 bis 400 /um, vorzugsweise von 150 bis 250 /um aufweist.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kern und der thermisch aufgespritzten Schicht aus Oxidverbindungen des Aluminiums eine thermisch aufgespritzte Zwischenschicht (3) aus Aluminium vorhanden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kern und der thermisch aufgespritzten Schicht aus Oxidverbindungen des Aluminiums eine thermisch aufgespritzte Zwischenschicht aus einer Nickel-Aluminium-Legierung mit einem Aluminiumgehalt von 20 bis 40% vorhanden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch aufgespritzte Zwischenschicht eine Dicke von 50 bis 150 pm, vorzugsweise von 50 bis 120 jam aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung des Kerns aus 1,0 bis 2,0%, vorzugsweise 1,2 bis 1,4% Mangan und 0,5 bis 1,0%, vorzugsweise 0,6 bis 0,8% Eisen, Rest im wesentlichen Aluminium, besteht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ein im Druckgiessverfahren, vorzugsweise im Vakuumdruckgiessverfahren hergestelltes Produkt ist.

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