NO309505B1 - Kokekar - Google Patents

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.

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.

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.

I praksis ble det ikke brukt så tykke laminat. En fant at hensiktsmessige tykkelser var fra 0,8 mm til 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.

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.

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.

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.

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.

Eksempel 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

inntrengningsdybden i m = motstand i ohm/m2/m

u relativt permeabilitet f = frekvens i hertz

For 18 - 10 rustfritt stål = 2,80 mm ved 24 KHz

For 17% kromstål er = 0,18 mm ved 24 KHz

For blott stål er Jf = 0,10 mm ved 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.

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.

Dette er oppnådd med kokekar beskrevet i karakteristikken til krav 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.

Dette belyses her med noen eksempler. Her er valgt bløtt stål som foreskrevet i europeisk standard.

Eksempel 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.

Eksempel 3

Oppvarming på en AT AG 3000 induksjonskomfyr med effektinnstillinger 6-12 effektopptak i kw. Eksempel 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.

Årsaken til at effektopptaket øker er følgende:

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.

Når belegg tykkelsen økes stiger også den gjennomsnittlige

lengdeutvidelseskoeffisienten til laminatet og bimetall spenningene reduseres.

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.

Eksempel 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.

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.

Eksempel 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.

Dette viser at en reduksjon av mengden magnetiserbart stål og en relativ økning av ikke-magnetiserbart stål reduserer den bimetalliske innbøyningen.

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.

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.

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.

I det etterfølgende skal oppfinnelsen beskrives med henvisning til tegning 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.

Claims (3)

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.

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).

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.