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Diese
Erfindung betrifft eine elektrische Strahlungsheizvorrichtung mit
mehreren Heizzonen, die zum Beispiel bei einem Kochgerät mit einer
glaskeramischen Kochplatte verwendet werden kann. Die Erfindung
betrifft insbesondere eine solche Heizvorrichtung mit drei Heizzonen,
die konzentrisch angeordnet sein können, und insbesondere, jedoch nicht
ausschließlich,
wiederum eine solche Heizvorrichtung mit einem relativ großen Gesamtdurchmesser,
zum Beispiel in der Größenordnung
von 300 mm.
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Die
Verwendung von Strahlungsheizvorrichtungen mit mehreren, insbesondere
zwei konzentrischen Heizzonen bei glaskeramischen Kochgeräten ist
allgemein bekannt.
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US-A-4
158 127 beschreibt den oberen Teil eines Herdes mit mehreren Hauptkochstellen
und einer in der Nähe
mindestens einer der Hauptkochstellen angeordneten zusätzlichen
Kochstelle, die so an die Hauptkochstelle angepasst ist und mit
dieser zusammenhängt,
dass ein im Wesentlichen durchgängiger
vergrößerter Kochbereich
definiert wird. Zwischen nebeneinander liegenden Hauptkochstellen kann
eine weitere zusätzliche
Kochstelle angeordnet sein. GB-A-2 114 829 beschreibt eine Schaltungsanordnung
für so
einen oberen Teil eines Herdes, bei dem die Heizelemente oder Kochstellen
einzeln gesteuert werden.
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EP-A-0
571 054 beschreibt eine elektrische Strahlungsheizvorrichtung, die
zwei oder drei konzentrisch angeordnete Heizelemente enthalten kann, damit
unterschiedlich große
Bereiche gezielt erwärmt werden
können.
Zwei der Heizelemente in Form einer Infrarotlampe und eines blanken
Drahtes können dauerhaft
in Reihe geschaltet sein, um den Lampeneinschaltstrom zu begrenzen,
während
ein zweites Heizelement in Form von blankem Draht gemeinsam mit
den anderen Elementen mit Strom versorgt werden kann, damit größere Utensilien
erwärmt
werden können.
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Bei
solchen Heizvorrichtungen sind Probleme aufgetreten, und zwar ist
es wünschenswert, dass
beim Erwärmen
eines kleinen Utensils zum Beispiel auf einer inneren Heizzone der
Heizvorrichtung das Heizelement in dieser inneren Zone auf einem Leistungspegel
mit Strom versorgt wird, der dem einer Einzonen-Heizvorrichtung
von ähnlicher
Größe entspricht.
Dies soll ein schnelles Erwärmen
des Utensils und seines Inhaltes gewährleisten. Wenn jedoch ein
größeres Utensil
erwärmt
wird, das sowohl die innere Zone als auch eine die innere Zone umgebende
ringförmige
Heizzone bedeckt, dann kommt es, wenn das Heizelement der äußeren Zone
parallel zu dem Element der inneren Zone mit Strom versorgt wird,
dazu, dass die hohe Leistung der inneren Zone bei dieser zu einer
höheren
Heizflächenbelastung führt als
bei der äußeren Zone,
was ungünstig
ist. Durch diese Anordnung entsteht eine Heizvorrichtung, deren
Leistung mittenbetont ist, es wird jedoch allgemein bevorzugt, dass
die Leistung einer Heizvorrichtung randbetont ist.
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Ein
weiteres Problem besteht darin, dass bei großen mehrzonigen Heizvorrichtungen,
zum Beispiel mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 300 mm, das
Ausstatten mit Heizelementen, die für eine konventionelle Heizflächenbelastung
von beispielsweise etwa 7 Watt pro Quadratzentimeter sorgen, zu
einem Strompegel führt,
der über
die Betriebsfähigkeit
der Kontakte bei in der Technik verwendeten standardmäßigen thermischen
Leistungsbegrenzern und Reglern hinaus geht.
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Das
erste Problem wird teilweise durch EP-A-0 551 172 gelöst, das
eine Strahlungsheizvorrichtung mit mehreren Heizzonen beschreibt,
bei der ein Heizelement oder eine Kombination aus einer Lampe und
einer Spule aus blankem Heizdraht, die dauerhaft in Reihe geschaltet
sind, in einer ersten, kreisförmigen
Heizzone bereitgestellt wird und zwei Heizelemente in einer zweiten, äußeren Heizzone bereitgestellt
werden. Die Heizleistung der ersten Zone kann bei einer spezifischen
Heizflächenbelastung
von 0,073 Watt pro Quadratmillimeter 1200 Watt betragen, wenn aber
auch die Heizelemente in der zweiten Zone mit Strom versorgt werden,
wobei eines der äußeren Heizelemente
in Reihe mit dem Heizelement (den Heizelementen) der ersten Zone
geschaltet ist, dann wird die spezifische Heizflächenbelastung der ersten Zone
auf 0,061 Watt pro Quadratmillimeter reduziert, und die spezifische
Heizflächenbelastung
der zweiten Zone beträgt
0,076 Watt pro Quadratmillimeter. Dies stellt jedoch keine Lösung dar,
wenn mehr als zwei Heizzonen vorhanden sind.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Probleme
zu beseitigen oder zu minimieren, wenn drei Heizzonen vorhanden
sind.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine elektrische Strahlungsheizvorrichtung
mit mehreren im Wesentlichen nebeneinander angeordneten Heizzonen bereit,
die Folgendes umfasst:
eine erste Heizzone, die mit mindestens
einem ersten Heizelement ausgestattet ist, eine zweite Heizzone,
die neben der ersten Heizzone angeordnet und mit mindestens einem
zweiten Heizelement ausgestattet ist, eine dritte Heizzone, die
neben der zweiten Heizzone angeordnet und mit mindestens einem dritten
und einem vierten Heizelement ausgestattet ist, und ein Schaltermittel
für das
Umschalten zwischen einem ersten, einem zweiten und einem dritten
Heizzustand, wobei das Schaltermittel so eingerichtet ist, dass
im ersten Heizzustand nur das mindestens eine erste Heizelement
der ersten Heizzone mit Strom versorgt wird und das mindestens eine
zweite, dritte und vierte Heizelement der zweiten und der dritten Heizzone
nicht mit Strom versorgt werden und dass im zweiten Heizzustand
das mindestens eine erste Heizelement der ersten Heizzone mit dem
mindestens einen zweiten Heizelement der zweiten Heizzone elektrisch
verbunden ist und parallel dazu mit Strom versorgt wird und das
mindestens eine dritte und vierte Heizelement der dritten Heizzone
nicht mit Strom versorgt werden und dass im dritten Heizzustand
das mindestens eine erste Heizelement der ersten Heizzone mit dem
mindestens einen zweiten Heizelement der zweiten Heizzone parallel
geschaltet ist und das parallel geschaltete mindestens eine erste
und mindestens eine zweite Heizelement mit dem mindestens einen
dritten Heizelement der dritten Heizzone in Reihe geschaltet sind
und eine Kombination bilden, die mit dem mindestens einen vierten Heizelement
der dritten Heizzone parallel geschaltet ist und mit diesem gemeinsam
mit Strom versorgt wird.
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Die
erste, die zweite und die dritte Heizzone können durch Wände aus
Wärmedämmmaterial
voneinander getrennt sein.
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Die
erste Heizzone kann kreisförmig
und die zweite und die dritte Heizzone können ringförmig sein, wobei die zweite
Heizzone die erste Heizzone und die dritte Heizzone die zweite Heizzone
umgibt.
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Die
Heizelemente der ersten, der zweiten und der dritten Heizzone können beliebige
bekannte Formen umfassen, wie zum Beispiel Draht-, Band- oder Lampenformen
beziehungsweise Kombinationen davon.
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Durch
die Erfindung sorgen die Heizelemente der ersten und der zweiten
Heizzone, wenn die Heizvorrichtung im ersten oder im zweiten Heizzustand
mit Strom versorgt wird, in der ersten und der zweiten Heizzone
für eine
relativ hohe Heizflächenbelastung
(zum Beispiel etwa 6 bis 7 Watt pro Quadratzentimeter). Wenn die
Heizvorrichtung jedoch im dritten Heizzustand mit Strom versorgt
wird, verringert sich die Heizflächenbelastung
in der ersten und der zweiten Heizzone auf beispielsweise 4 bis
5 Watt pro Quadratzentimeter, während
die Heizflächenbelastung
in der dritten Heizzone im Vergleich dazu relativ hoch ist und zum
Beispiel bei etwa 6 Watt pro Quadratzentimeter liegt. Dadurch lässt sich
eine vorteilhafte Randbetonung der Leistung erzielen, wenn alle
drei Heizzonen mit Strom versorgt werden, während sich in der ersten und
der zweiten Heizzone eine günstige
hohe Heizflächenbelastung
erzielen lässt, wenn
diese ohne die dritte Heizzone mit Strom versorgt werden.
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Des
Weiteren lässt
sich die Gesamtleistung der Heizvorrichtung auf einem solchen Pegel
(zum Beispiel 2700 Watt) halten, dass übermäßig hohe Ströme vermieden
werden.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
im Sinne eines Beispiels beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
Draufsicht auf eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen elektrischen
Strahlungsheizvorrichtung,
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2 eine
schematische Darstellung der Verbindung von Heizelementen bei der
Heizvorrichtung aus 1 und
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3 eine
schematische Darstellung einer bekannten Form eines Schalters für das Verbinden der
Heizvorrichtung mit einer Spannungsversorgung.
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Eine
elektrische Strahlungsheizvorrichtung mit drei konzentrischen Heizzonen 1, 2, 3 wird
konstruiert. Eine kreisförmige
erste Heizzone 1 ist von einer ringförmigen zweiten Heizzone 2 umgeben,
die wiederum von einer ringförmigen
dritten Heizzone 3 umgeben ist.
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Die
drei Heizzonen sind folgendermaßen ausgebildet.
In einem schalenförmigen
Untersatz 4 aus Metall befindet sich eine Grundschicht 5 aus
Isoliermaterial, wie beispielsweise allgemein bekanntem mikroporösem Wärmedämmmaterial
und elektrischem Isoliermaterial. Eine umlaufende Wand 6 aus einem
Isoliermaterial von allgemein bekannter Art verläuft am Rand der Schale entlang,
und in der Schale befinden sich zwei weitere ringförmige Wände 7, 8 von ähnlicher
Form, die die Heizzonen 1, 2 und 3 definieren.
Die Heizvorrichtung soll bei einem glaskeramischen Kochgerät verwendet
werden, wobei zumindest die umlaufende Wand 6 die Unterseite einer
(nicht gezeigten) glaskeramischen Kochfläche berührt.
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Die
erste Heizzone 1 ist mit einem ersten Heizelement 9 versehen,
das bandförmig
sein kann, wobei aber auch eine beliebige andere Form in Betracht
gezogen werden kann.
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Die
zweite Heizzone 2 ist mit einem zweiten Heizelement 10 versehen,
das die gleiche Form wie das erste Heizelement 9 oder eine
andere Form als dieses aufweisen kann.
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Die
dritte Heizzone 3 ist mit einem dritten Heizelement 11 und
einem vierten Heizelement 12 versehen, die die gleiche
Form wie das erste und das zweite Heizelement 9 und 10 oder
eine andere Form als diese aufweisen.
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Die
erste Heizzone kann beispielsweise einen Durchmesser von 145 mm
besitzen, die erste und die zweite Heizzone können zusammen einen Durchmesser
von 210 mm und die erste, die zweite und die dritte Heizzone einen
Durchmesser von 275 mm aufweisen.
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Es
wird ein thermischer Leistungsbegrenzer 13 von allgemein
bekannter Art bereitgestellt, dessen Sensorstab sich zumindest teilweise über die
Heizvorrichtung erstreckt. Der Sensorstab des Begrenzers 13 wird
wie in 1 gezeigt von einem Block 14 aus Wärmedämmmaterial
vor der Einwirkung des zweiten Heizelements 10 in der zweiten
Heizzone 2 abgeschirmt, dies ist aber nicht unbedingt notwendig.
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Die
Heizvorrichtung ist wie in 3 dargestellt
so angeordnet, dass sie durch eine Spannungsversorgung von beispielsweise
230 Volt mithilfe einer allgemein bekannten Art von Schalter 15 mit
Strom versorgt wird, der so angeordnet ist, dass er die Heizvorrichtung
wie folgt in drei Heizzustände
schaltet.
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In
einem ersten Heizzustand wird nur das erste Heizelement 9 in
der ersten Heizzone 1 mit Strom versorgt, indem die Anschlüsse A und
F mit der Spannungsversorgung verbunden werden. Dies führt beispielsweise
zu einem Leistungsverbrauch von etwa 1050 Watt im ersten Heizelement 9 und
einer Heizflächenbelastung
von etwa 6,4 Watt pro Quadratzentimeter in der ersten Heizzone 1.
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In
einem zweiten Heizzustand wird das erste Heizelement 9 in
der ersten Heizzone 1 wie zuvor weiter mit Strom versorgt,
während
das zweite Heizelement 10 in der zweiten Heizzone 2 parallel
dazu mit Strom versorgt wird, indem die Anschlüsse A und E mit der Spannungsversorgung
verbunden werden. Dies führt
beispielsweise zu einem Leistungsverbrauch von etwa 1150 Watt im
zweiten Heizelement und einer Heizflächenbelastung von etwa 7,6
Watt pro Quadratzentimeter in der zweiten Heizzone 2. Ein Kochutensil,
das sich über
der ersten und/- oder
der zweiten Heizzone 1, 2 befindet, wird infolge
der relativ hohen Heizflächenbelastung
in diesen Heizzonen schnell und effizient erwärmt.
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In
einem dritten Heizzustand ist das erste Heizelement 9 in
der ersten Heizzone 1 mit dem zweiten Heizelement 10 in
der zweiten Heizzone 2 parallel geschaltet, und diese parallele
Anordnung der Elemente 9 und 10 ist mit dem dritten
Heizelement 11 in der dritten Heizzone 3 in Reihe
geschaltet, damit eine Kombination aus den Elementen 9, 10 und 11 entsteht,
die mit dem vierten Heizelement 12 in der dritten Heizzone 3 parallel
geschaltet ist und mit diesem gemeinsam mit Strom versorgt wird.
Zu diesem Zweck wird die Spannungsversorgung mit den Anschlüssen A und
D verbunden, während
Anschluss E mit Anschluss F und Anschluss B mit Anschluss C verbunden
wird.
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Dies
führt wiederum
beispielsweise zu einem Leistungsverbrauch von etwa 300 Watt beim
dritten Heizelement 11 und etwa 900 Watt beim vierten Heizelement 12 in
der dritten Heizzone. Dies sorgt in der dritten Heizzone für eine Heizflächenbelastung
von etwa 5,6 Watt pro Quadratzentimeter. In diesem Heizzustand verringert
sich jedoch die in der parallelen Kombination aus dem ersten und
dem zweiten Heizelement 9, 10 verbrauchte Leistung
im Vergleich zu einem Wert von etwa 2200 Watt im zweiten Heizzustand
auf etwa 1500 Watt, wobei die Gesamtleistung der Heizvorrichtung
etwa 2700 Watt beträgt. Dies
sorgt in der zweiten Heizzone 2 für eine Heizflächenbelastung
von etwa 5,0 Watt pro Quadratzentimeter und in der ersten Heizzone 1 für eine Heizflächenbelastung
von etwa 4,4 Watt pro Quadratzentimeter. In diesem Heizzustand weist
die Heizvorrichtung eine randbetonte Leistung auf, und dies ist
zusammen mit der damit verbundenen Verringerung der Heizflächenbelastungen
insbesondere für
das Köcheln
mit großen
Kochutensilien vorteilhaft.
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Da
die Gesamtleistung der Heizvorrichtung im dritten Heizzustand etwa
2700 Watt beträgt,
liegt der entstehende Strom von etwa 12 Ampere weit innerhalb der
Betriebsfähigkeit
der Kontakte des thermischen Leistungsbegrenzers, der Kontakte des Schalters
und aller damit verbundenen Regler, soweit diese vorhanden sind.