NO309505B1

NO309505B1 - pans

Info

Publication number: NO309505B1
Application number: NO981552A
Authority: NO
Inventors: Svein Eide
Original assignee: Hackman Designor As Avd Polari
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 2001-02-12
Also published as: AU3176099A; EP1069852A1; WO1999051134A1; NO981552L; NO981552D0

Description

Denne oppfinnelse vedrører kokekar, stekepanner av austenttiske og ferrittiske rustfritt stål, som er tilpasset for oppvarming med høgfrekvent induksjon. Det (den) har ekstrabunn av aluminium og et ytre kapselformet magnetiserbart bunnskikt av et valset laminat av bløtt stål belagt på begge sider med austenttisk rustfritt stål. Kapselbunnen kan sveises til kokekarveggen. Effektopptaket pr. flateenhet til bunnen er ved oppvarming med induksjon høyere og bunnstabiliteten bedre enn for tidligere kjente liknende utførelser. This invention relates to cookware, frying pans of austenitic and ferritic stainless steel, which are adapted for heating with high frequency induction. It (it) has an additional aluminum bottom and an outer capsule-shaped magnetizable bottom layer of a rolled mild steel laminate coated on both sides with austenitic stainless steel. The capsule base can be welded to the cooking vessel wall. The power consumption per surface area of the bottom is higher when heated by induction and the bottom stability is better than for previously known similar designs.

Norsk patent nr 152483 beskriver kokekar av austenttisk rustfritt stål med bl.a. ekstrabunn av aluminium og et ytre bunnskikt av et laminat av bløtt stål belagt på begge sider med rustfritt stål. Dette patent har løst problem knyttet til heftfastheten mellom metallskiktene. Det nevner ikke noe om bøyning av bunnen, effektopptak, korrosjon i laminatet, slitasje, sveis og smelting av aluminium. Norwegian patent no. 152483 describes cookware made of austenitic stainless steel with i.a. extra bottom made of aluminum and an outer bottom layer of a mild steel laminate coated on both sides with stainless steel. This patent has solved a problem related to the adhesion strength between the metal layers. It does not mention anything about bending of the base, impact absorption, corrosion in the laminate, wear, welding and melting of aluminium.

Kommersielle treskiktslaminat av denne type hadde i 1982 da det norske patentet ble innsendt som standard en beleggtykkelse av rustfritt stål på 5% og 10% av laminatets tykkelse. Det ble produsert av Kløckner AG Hiitte Bremen Tyskland som "Platinox", og Japan Steel works Ltd. Tokyo med "NEO PLY". I den amerikanske utgaven av patentet US 459,263 framgår det at laminatet er bereknet å være forholdsvis tykt. I avsnitt 5 sies at overgangsskiktene er fra 0,05mm som er loddeskiktet til 0,5mm som er laminatbelegg av rustfritt stål. Dette innebærer at med et 10% belegg blir laminattykkelse hele 5mm. In 1982, when the Norwegian patent was submitted, commercial three-layer laminates of this type had as standard a coating thickness of stainless steel of 5% and 10% of the laminate's thickness. It was manufactured by Kløckner AG Hiitte Bremen Germany as "Platinox", and Japan Steel works Ltd. Tokyo with "NEO PLY". In the American edition of patent US 459,263 it appears that the laminate is calculated to be relatively thick. In section 5 it is said that the transition layers are from 0.05mm which is the solder layer to 0.5mm which is the laminate coating of stainless steel. This means that with a 10% coating, the laminate thickness is a full 5mm.

I praksis ble det ikke brukt så tykke laminat. En fant at hensiktsmessige tykkelser var fra 0,8 mm til 1,25 mm. In practice, such thick laminates were not used. It was found that suitable thicknesses were from 0.8 mm to 1.25 mm.

Det er en alminnelig oppfatning blant fagfolk innenfor området kokekar at det viktigste kriterium for effektiv oppvarming med induksjon er at bunnen har gode magnetiseringsegenskaper og at den derfor bør inneholde forholdsvis mye stål eller støpejern. It is a common opinion among professionals in the area of cookware that the most important criterion for efficient induction heating is that the base has good magnetizing properties and that it should therefore contain a relatively large amount of steel or cast iron.

Dette kan også oppfattes understøttet av fagfolk innenfor området tilvirkning av induksjonskokeplater. I europeisk standard EN 60335-26: 1990/A 51: 1993 beskrives testkokekar for godkjennelse av induksjonsplater. Det skal bestå av bløtt stål med maksimum carboninnhold 0,005%. Kokekaret skal være sylindrisk, ha veggtykkelse 1, 5 mm og høyde 2/3 av diameteren. This can also be understood to be supported by professionals within the area of manufacturing induction hobs. European standard EN 60335-26: 1990/A 51: 1993 describes test cooking vessels for the approval of induction hobs. It must consist of mild steel with a maximum carbon content of 0.005%. The cooking vessel must be cylindrical, have a wall thickness of 1.5 mm and a height of 2/3 of the diameter.

Det er et kjent problem at kokekar av rustfritt stål for oppvarming med induksjon har relativt stor bimetallisk innbøyning av bunnen. Dette resulterer i øket energiforbruk og lengre oppvarmingstid enn ønskelig når slike kokekar brukes på andre kokeplater. Problemet er særlig godt merkbart på koketopper av keramisk glass. It is a known problem that stainless steel cookware for induction heating has relatively large bimetallic bending of the bottom. This results in increased energy consumption and a longer heating time than desired when such cookware is used on other hobs. The problem is particularly noticeable on ceramic glass hobs.

Scott Glaswerke D-6500 Mianz Tyskland er den største produsent av keramisk glass til komfyrtopper. De anbefaler en maksimum innbøyning under oppvarming til 200°C på 0,1 mm. Scott Glaswerke D-6500 Mianz Germany is the largest manufacturer of ceramic glass for stove tops. They recommend a maximum deflection during heating to 200°C of 0.1 mm.

Det fremgår av følgende eksempler at kokekar ifølge norsk patent nr. 152483 med forutsatt laminat ikke oppfyller dette krav. Den bimetalliske bøyningen fremkommer som følge av stor forskjell i lengdeutvidelseskoeffisientene til lagene på hver side av ekstrabunnen av aluminium. I følge foranleggende oppfinnelse påvirkes bøyningen også av skiktenes strekkfasthet og styrke, tykkelsen er derfor avgjørende. Med et forholdsvis tykt laminat blir bimetallinnbøyningen stor når kokekaret er av austenittisk rustfritt stål. It is clear from the following examples that cookware according to Norwegian patent no. 152483 with an assumed laminate does not meet this requirement. The bimetallic bending occurs as a result of a large difference in the longitudinal expansion coefficients of the layers on either side of the aluminum extra base. According to the underlying invention, the bending is also affected by the tensile strength and strength of the layers, the thickness is therefore decisive. With a relatively thick laminate, the bimetallic deflection becomes large when the cookware is made of austenitic stainless steel.

Eksempel 1. Example 1.

En 20 cm kasserolle av 18 - 10 rustfritt stål i vanlig tykkelse0,7 mm. Med ekstra bunn av 4 mm aluminium og et 0,7 mm laminat av bløtt stål belagt på begge sider med 10% 18-10 rustfritt stål. Bunnbevegelsen ved oppvarming ble 0, 54 mm. A 20 cm saucepan made of 18 - 10 stainless steel in normal thickness 0.7 mm. With additional bottom of 4 mm aluminum and a 0.7 mm laminate of mild steel coated on both sides with 10% 18-10 stainless steel. The bottom movement during heating was 0.54 mm.

Det er kjent at ekstrabunn av aluminium på kokekar av rustfritt stål, ved oppvarming kan smelte og ved forflytting falle av. Dette kan medføre personskade og brann. It is known that the extra base of aluminum on stainless steel cookware can melt when heated and fall off when moved. This can cause personal injury and fire.

Temperaturbegrenseren til støpejernsplater kutter ut strømmen ved 450°C til 550°C men da er temperaturen på overflaten over 600°C. Denne er derfor ingen garanti for at aluminium ikke når smeltepunktet. Det er også på markedet kokeplater uten temperaturbegrenser. Med lokket på til en tom kasserolle kan ekstrabunnen smelte i løpet av 10 minutter. Forholdet er det samme for de fleste glasstopper. Temperaturbegrenseren innstilles etter anbefaling av Scott på 540°C ± 20°C, men brukes det kokekar med stor innbøyning i munnen kan temperaturen nå opp til 700°C. Smeltepunktet til aluminium er 658°C. The temperature limiter for cast iron plates cuts the current at 450°C to 550°C, but then the temperature on the surface is over 600°C. This is therefore no guarantee that aluminum will not reach the melting point. There are also hobs without a temperature limiter on the market. With the lid on to an empty saucepan, the extra base can melt within 10 minutes. The ratio is the same for most glass tops. The temperature limiter is set as recommended by Scott at 540°C ± 20°C, but if cookware with a large bend in the mouth is used, the temperature can reach up to 700°C. The melting point of aluminum is 658°C.

Under produksjon av kokekar kommer bunnlaminatet opp i en temperatur på 550°C til 600°C og blir kraftig oksydert. Dette slipes bort i en senere operasjon. Men laget av korrosjonsbeskyttende 18-10 rustfritt stål er med 10% laminat svært tynt f.eks. bare 0,08 mm. Det er derfor lett å slipe gjennom med fare for rust og på grunn av spenningspotetsialet mellom 18-10 rustfritt stål og bløtt stål vil det oppstå galvanisk korrosjon. During the production of cookware, the bottom laminate reaches a temperature of 550°C to 600°C and is heavily oxidized. This is ground away in a later operation. But made of corrosion-protective 18-10 stainless steel with 10% laminate is very thin, e.g. only 0.08 mm. It is therefore easy to grind through with the risk of rust and due to the voltage potential difference between 18-10 stainless steel and mild steel, galvanic corrosion will occur.

Punktsveiser eller sømsveising kan ikke anbefales for 10% laminat i de tykkelser det her er tale om. Det tynne skiktet av rustfritt stål vil delvis brenne bort og delvis legeres med midtskiktet av bløtt stål. I fuktig miljø som kan inneholde salt og matsyrer vil det oppstå korrosjon i sveisen. En kapselformet ytre bunn av 10% laminat kan derfor i praksis ikke sveises på denne måte til korpus av austenittisk rustfritt stål. Spot welding or seam welding cannot be recommended for 10% laminate in the thicknesses in question here. The thin layer of stainless steel will partly burn away and partly alloy with the middle layer of mild steel. In a moist environment that may contain salt and food acids, corrosion will occur in the weld. A capsule-shaped outer bottom of 10% laminate therefore cannot in practice be welded in this way to a body of austenitic stainless steel.

I litteraturen er inntrenging av magnetfelt til det innvendige rommet i kokekaret ikke beskrevet. Det er imidlertid en almen oppfatning blant biologer at påvirkning av elektromagnetiske felt med låg frekvens kan forårsake biologiske skadelige forandringer. Frekvensområdet 15 KHz til 60 KHz som her er aktuelt, reknes i denne sammenheng for lågt. In the literature, penetration of magnetic fields into the internal space of the cooking vessel is not described. However, it is a general opinion among biologists that exposure to low-frequency electromagnetic fields can cause harmful biological changes. The frequency range 15 KHz to 60 KHz which is applicable here is considered too low in this context.

Det er på denne bakgrunn usikkert hvorvidt enkelte matvarer f.eks. melk som utsettes for elektromagnetisk stråling fra induksjonsplater, påvirkes og forandres på en mulig uheldig og skadelig måte. On this basis, it is uncertain whether certain foodstuffs, e.g. milk that is exposed to electromagnetic radiation from induction plates is affected and changed in a potentially harmful and harmful way.

Forsøk i forbindelse med oppfinnelsen har vist at magnetfeltet kan trenge gjennom veggen og inn i maten hos kokekar av austenittiske rustfrie stål i vanlige tykkelser. Dette når bunndiameteren til kokekaret er mindre enn diameteren til induktorspolen, og for alle størrelser når koke-stekekaret plasseres skjevt over spolen. Experiments in connection with the invention have shown that the magnetic field can penetrate through the wall and into the food in cookware made of austenitic stainless steel in normal thicknesses. This happens when the bottom diameter of the cooking vessel is smaller than the diameter of the inductor coil, and for all sizes when the cooking vessel is placed askew over the coil.

Magnetfeltet trenger imidlertid ikke gjenom når kokekarveggen består av ferrittiske rustfrie stål. Dette har sammenheng med skineffekt eller inntrengningseffekt. Strøm tetheten til høgfrekvent indusert strøm, avtar fra overflaten og innover når materialet er tilstrekkelig tykt. Inntrengningsdybden beregnes eller en eksperimentell lov. However, the magnetic field does not penetrate when the cookware wall consists of ferritic stainless steel. This is related to the skin effect or penetration effect. Current density of high-frequency induced current decreases from the surface inwards when the material is sufficiently thick. The penetration depth is calculated or an experimental law.

inntrengningsdybden i m = motstand i ohm/m2/m the penetration depth in m = resistance in ohms/m2/m

u relativt permeabilitet f = frekvens i hertz u relative permeability f = frequency in hertz

For 18 - 10 rustfritt stål = 2,80 mm ved 24 KHz For 18 - 10 stainless steel = 2.80 mm at 24 KHz

For 17% kromstål er = 0,18 mm ved 24 KHz For 17% chrome steel is = 0.18 mm at 24 KHz

For blott stål er Jf = 0,10 mm ved 24 KHz For bare steel, Jf = 0.10 mm at 24 KHz

Ferrittiske rustfrie stål med lagt innhold av karbon og nitrogen, tilsatt små mengder titan og molybden, har bedre korrosjonsegenskaper mot klorider og dermed den vanligste årsak til pittings i kokekar, enn 18-10 austenittisk rustfritt stål. Dyptrekkingsegenskapene til disse relativt nye ståltyper er også forbedret slik at de egener seg til produksjon av kokekar, som beskrevet i fransk patent Fr 2594144-A. Ferritic stainless steels with an added content of carbon and nitrogen, with added small amounts of titanium and molybdenum, have better corrosion properties against chlorides and thus the most common cause of pitting in cookware, than 18-10 austenitic stainless steel. The deep drawing properties of these relatively new steel types have also been improved so that they are suitable for the production of cookware, as described in French patent Fr 2594144-A.

Det er et formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe kokekar av ferrittiske og austenittiske rustfrie stål med ekstrabunn av aluminium og et valset laminat av bløtt stål belagt på begge sider med austenitt rustfritt stål. It is an object of this invention to provide cookware made of ferritic and austenitic stainless steel with an additional bottom of aluminum and a rolled laminate of mild steel coated on both sides with austenitic stainless steel.

Dette er oppnådd med kokekar beskrevet i karakteristikken til krav 1. This has been achieved with cookware described in the characteristics of claim 1.

Det er et trekk ved oppfinnelsen at effektopptaket til laminat bunnen ved induksjonsoppvarming økes i motsetning til det som er kjent, ved relativt og totalt å redusere mengden av magnetiserbart bløtt stål i laminatet, samtidig som mengden ikke magnetiserbart stål økes tilsvarende. Dette innebærer at permeabiliteten som vanligvis oppfattes som det viktigste kriterium for effektiv oppvarming reduseres. It is a feature of the invention that the power absorption of the laminate bottom by induction heating is increased in contrast to what is known, by relatively and totally reducing the amount of magnetizable mild steel in the laminate, while simultaneously increasing the amount of non-magnetizable steel accordingly. This means that the permeability, which is usually perceived as the most important criterion for efficient heating, is reduced.

Dette belyses her med noen eksempler. Her er valgt bløtt stål som foreskrevet i europeisk standard. This is illustrated here with some examples. Mild steel has been chosen here as prescribed in the European standard.

Eksempel 2 Example 2

Den ene siden av en rondell av bløtt stål med diameter 177 mm og tykkelse 12,5 mm ble belagt med hardlodding med et 0,6 mm tykt laminat av bløtt stål belagt med 15% 18- 10 rustfritt stål. One side of a 177 mm diameter, 12.5 mm thick mild steel ring was brazed with a 0.6 mm thick mild steel laminate coated with 15% 18-10 stainless steel.

Eksempel 3 Example 3

Oppvarming på en AT AG 3000 induksjonskomfyr med effektinnstillinger 6-12 effektopptak i kw. Eksempel 4 Heating on an AT AG 3000 induction cooker with power settings 6-12 power absorption in kw. Example 4

Det fremgår av disse eksemplene at effektopptaket innenfor de angitte grenser øker med prosentuell reduksjon av mengden bløtt stål og samtidig reduksjon av laminat tykkelsen. It appears from these examples that the power absorption within the specified limits increases with a percentage reduction in the amount of mild steel and a simultaneous reduction in the laminate thickness.

Årsaken til at effektopptaket øker er følgende: The reason why the power absorption increases is the following:

Austenittiske rustfrie stål har høg spesifikk elektrisk motstand. Det er ikke magnetiserbart, men i dette tilfelle låner det permeabilitet fra laget innenfor, av bløtt stål. Til sammen bevirket dette at inntrengningsdybden blir svært liten, og når samtidig den spesifikke motstanden er høy, blir overflatemotstanden, som er varmeutvikling i overflaten når materialet kommer inn i et høgfrekvent magnetfelt. Austenitic stainless steels have high specific electrical resistance. It is not magnetizable, but in this case it borrows permeability from the layer within, of mild steel. Together, this caused the penetration depth to be very small, and when at the same time the specific resistance is high, the surface resistance, which is heat generation in the surface when the material enters a high-frequency magnetic field, becomes high.

Når belegg tykkelsen økes stiger også den gjennomsnittlige When the coating thickness is increased, the average also increases

lengdeutvidelseskoeffisienten til laminatet og bimetall spenningene reduseres. the longitudinal expansion coefficient of the laminate and the bimetallic stresses are reduced.

Sumvirkningen av redusert laminat tykkelse, redusert strekkfasthet på grunn av høyere temperatur utvendig enn innvendig og mindre forskjell i lengdeutvidelseskoeffisientene på hver side av aluminiumlaget, bevirket at bunnen holder seg relativt stabil under oppvarming. The combined effect of reduced laminate thickness, reduced tensile strength due to a higher temperature outside than inside and less difference in the longitudinal expansion coefficients on either side of the aluminum layer, caused the base to remain relatively stable during heating.

Eksempel 5 Example 5

En 24 cm kasserolle av 0,8 mm 18-10 rustfritt stål med ekstrabunn av 6 mm aluminium og et 0,6 mm tykt laminat av bløtt stål belagt på begge sider med 15% av totaltykkelsen med 18-10 rustfritt stål, far ved oppvarming fra 20°C til 200°C en innbøyning på 0. 33 mm. A 24 cm saucepan of 0.8 mm 18-10 stainless steel with an extra bottom of 6 mm aluminum and a 0.6 mm thick mild steel laminate coated on both sides with 15% of the total thickness of 18-10 stainless steel, father when heated from 20°C to 200°C a deflection of 0.33 mm.

En kasserolle av samme type påført samme type aluminiumbunn men med laminat belagt på hver side med et 20% tykt skikt av 18 - 10 rustfritt stål, får ved samme varmebehandlling en bunnbevegelse innover på 0, 26 mm. A saucepan of the same type applied to the same type of aluminum bottom but with laminate coated on each side with a 20% thick layer of 18 - 10 stainless steel, with the same heat treatment, gets a bottom movement inwards of 0.26 mm.

Eksempel 6 Example 6

En 20 cm kasserolle av 18 - 10 rustfritt stål med 4 mm aluminium og et 0,7 mm laminat av bløtt stål belagt på begge sider med 10% av tykkelsen med 18-10 rustfritt stål, får ved oppvarming til 200°C en bimetallisk innbøyning av bunnen på 0, 34 mm. A 20 cm pan of 18-10 stainless steel with 4 mm aluminum and a 0.7 mm mild steel laminate coated on both sides with 10% of the thickness with 18-10 stainless steel, when heated to 200°C, gets a bimetallic bend of the bottom of 0.34 mm.

Dette viser at en reduksjon av mengden magnetiserbart stål og en relativ økning av ikke-magnetiserbart stål reduserer den bimetalliske innbøyningen. This shows that a reduction in the amount of magnetizable steel and a relative increase in non-magnetizable steel reduces the bimetallic bending.

Det er kjent fra US 3,455,630 en flens til et bunnskikt kan sveises sammen med veggen til et kokekar. Men det dreier seg ikke om et magnetiserbart laminat med midtskikt av bløtt stål og de korrosjonsproblemer det kan medføre. It is known from US 3,455,630 that a flange for a bottom layer can be welded together with the wall of a cooking vessel. But it is not about a magnetisable laminate with a middle layer of mild steel and the corrosion problems it can cause.

Sveising i henhold til foreliggende oppfinnelse er billig og etterlater seg ingen sveisemerket. Tre eller fire knaster kan preges på innsiden til den omlagte toppkanten til kapselbunnen. Welding according to the present invention is cheap and leaves no weld mark. Three or four knobs can be embossed on the inside of the folded top edge of the capsule base.

Et svakt merke på innsiden av kokekarveggen fjernes lett under den innvendige poleroperasjonen. Knastene sveises samtidig i en operasjon og kan med enkle midler automatiseres. Laminat i de aktuelle tykkelser med 15% til 25% tykke belegg av rustfritt stål, tåler knastsveising uten å brenne gjennom. A faint mark on the inside of the cookware wall is easily removed during the internal polishing operation. The knobs are welded simultaneously in one operation and can be automated with simple means. Laminate in the relevant thicknesses with 15% to 25% thick coatings of stainless steel can withstand butt welding without burning through.

I det etterfølgende skal oppfinnelsen beskrives med henvisning til tegning fig. 1. In what follows, the invention will be described with reference to drawing fig. 1.

Fig. 1. viser et utsnitt av bunndelen til et kokekar-stekekar av rustfritt stål med sidevegg 2, en ekstrabunn av aluminium 4 som er festet til kokekar 1 med et loddskikt 3, utenpå aluminiumbunnen er det også festet med lodding 5 et kapselformet laminat 6 bestående av bløtt stål belagt på begge sider med et 15 % til 25%» tykt skikt (8,9) av austenittisk rustfritt stål. Laminatkapselen 6 er i tillegg til lodding festet til kokekarveggen 2 med knastsveising 10. Fig. 1. shows a section of the bottom part of a stainless steel cooking vessel-roasting vessel with side wall 2, an additional aluminum bottom 4 which is attached to the cooking vessel 1 with a layer of solder 3, on the outside of the aluminum base, a capsule-shaped laminate 6 is also attached with solder 5 consisting of mild steel coated on both sides with a 15% to 25%" thick layer (8.9) of austenitic stainless steel. In addition to soldering, the laminate capsule 6 is attached to the cooking vessel wall 2 with butt welding 10.

Claims

1. Kokekar (1) av rustfritt stål, bereknet for oppvarming med induksjon, med hardloddet ekstrabunn av aluminium (4) og et magnetiserbart skikt (6) av et laminat av bløtt stål belagt på begge sider med austenittisk rustfritt stål ( 8 og 9) karakterisert ved at laminatet (6) har belegg (8 og 9) av austenittisk rustfritt stål på hver side med tykkelse mellom 15% og 25% av laminatets tykkelse.1. Cookware (1) made of stainless steel, calculated for heating by induction, with a brazed extra bottom made of aluminum (4) and a magnetizable layer (6) of a laminate of mild steel coated on both sides with austenitic stainless steel ( 8 and 9) characterized in that the laminate (6) has coatings (8 and 9) of austenitic stainless steel on each side with a thickness between 15% and 25% of the laminate's thickness.

2. Kokekar(l) i helhold til krav 1, karakterisert ved at laminatet (6) går et stykke opp over siden (2) til kokekaret (1) og er knastsveiset til eller punktsveiset til kokekarveggen (10).2. Cooking vessel (l) in accordance with claim 1, characterized in that the laminate (6) goes a little way up the side (2) of the cooking vessel (1) and is butt-welded to or spot-welded to the cooking vessel wall (10).

3. Kokekar (1) i henhold til kravene 1 og 2, karakterisert ved at kokekarveggen (2) hat tykkelse større enn 1 inntrengningsdybde ved 20 KHz til 40 KHz.3. Cooking vessel (1) according to claims 1 and 2, characterized in that the cooking vessel wall (2) has a thickness greater than 1 penetration depth at 20 KHz to 40 KHz.