DE10103299B4

DE10103299B4 - Kochmuldenheizvorrichtung

Info

Publication number: DE10103299B4
Application number: DE2001103299
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Ing. Zschau (FH); Dan Dipl.-Ing. Neumayer (FH)
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: DE10103299A1

Abstract

Kochmuldenheizvorrichtung mit einem ersten Kontaktheizelement (10) und zumindest einem zweiten Kontaktheizelement (12), die auf einen Träger (11) in Bahnen mit Umkehrungen (U₁, U₂) aufgebracht und zur Reduzierung der Bahnbreite parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum eines von den Kontaktheizelementen (10, 12) aufgespannten Bereichs zwei Kontaktstellen (14, 15) der Kontaktheizelemente angeordnet sind, von denen ausgehend sich die Kontaktheizelemente spiegelsymmetrisch zueinander erstrecken.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kochmuldenheizvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Kochmuldenheizvorrichtungen mit Kontaktheizelementen bekannt, die in Bahnen mit mehreren Umkehrungen auf einen Träger aufgebracht sind. Der Träger wird in der Regel von einer mit einer Emailschicht beschichteten Metallplatte gebildet.
Aus der EP 0 939 578 A1 sind Kontaktheizelemente für einen Wasserkocher bekannt, die ebenfalls in Bahnen mit mehreren Umkehrungen auf einen Träger aufgebracht sind. Zur Reduzierung von Kontaktstellen sind zwei Kontaktheizelemente parallel geschaltet, wobei zwei Kontaktstellen am äußeren Rand einer von den Kontaktheizelementen aufgespannten Fläche angeordnet sind. Die Umkehrungen der Kontaktheizelemente sind entlang einer Symmetrielinie angeordnet.
Aus der DE 2 411 663 A ist ein Elektrokocher oder -heizer mit einer Koch- oder Heizplatte aus Glaskeramik, hitzebestaendigem glasigem Material oder dgl., mit flacher, ebener Oberflaeche bekannt, die in Teilbereichen erhitzt wird, wobei die Kochgeraete unmittelbar auf diesen Stellen aufgesetzt werden, wobei auf mehrere, gleich große Stellen der zu erhitzenden Teilbereiche der Unterflaeche der Kochplatte vergleichsweise schmale, fortlaufende, schlangenfoermig gekruemmte Streifen aus duennen Metallfilmen eines elektrischen Widerstandsmaterials mit positivem, linearem Temperaturkoeffizient ein des elektrischen Widerstands aufgebracht sind, und wobei alle Streifen gleiche Laenge, Breite und gleichen Abstand zwischen den Schlangenlinien und unter Normalbedingungen gleichen elektrischen Widerstand haben, mehrere Sammelleiter oder -schienen, vorzugsweise in Form duenner Filme, aus dem gleichen Material wie die Streifen auf der Unterflaeche des Brennerteils angebracht sind, welche wahlweise miteinander und den Streifen als der Breite nach abgestufte Sammelleitungen fuer bestimmte Streifen verbunden sind, wobei die Breite derart der Zahl der jeweils angeschlossenen Streifen angepasst ist, dass aequivalente Widerstandswerte an jeden Streifen gelegt werden und ebenfalls auf der Unterseite der Brennerplatte ein Paar Anschluesse, vorzugsweise als duenner Film, aus Material mit niedrigem elektrischen Widerstand angebracht und mit dem jeweils anderen Ende bestimmter Sammelleitungen groeßerer Breite verbunden sind.
Aus der US 5,177,341 A ist eine Heizeinheit, bestehend aus einer elektrischen Dickfilm-Widerstandsbahn mit im Wesentlichen konstanter Breite über ihrer Länge bekannt, wobei die Bahn auf einem Substrat aus elektrisch isolierendem Material angebracht und so geschaltet ist, dass ein vorgegebenes Heizungsprofil erreicht wird, wobei die Breite der Bahn im bereich zwischen 1,2 mm bis 2,1 mm liegt.
An Kontaktheizelemente für Wasserkocher und an Kontaktheizelemente für Kochmulden werden grundsätzlich unterschiedliche Anforderungen gestellt. Während bei Kontaktheizelementen für Kochmulden eine gleichmäßige Wärmeverteilung über eine Fläche im Vordergrund steht, um eine gleichmäßige Auflage eines Kochgeschirrs zu gewährleisten, ein Verziehen des Kochgeschirrs zu vermeiden und um gute Koch- und Bratergebnisse zu erreichen, kann bei Kontaktheizelementen für Wasserkocher der Gesichtspunkt der gleichmäßigen Wärmeverteilung über eine Fläche eher in den Hintergrund gestellt werden. Bei Wasserkochern wird in dem Sinn kein separates Kochgeschirr benötigt, Wasser besitzt eine besonders vorteilhafte Wärmeleitfähigkeit und zirkuliert zudem während des Erwärmens, so daß automatisch eine gute Wärmeverteilung gewährleistet ist.
Ferner ist in Wasserkochern das Wasser durch die Kontaktheizelemente maximal auf 100°C zu erwärmen, während auf Kochmulden ein Gargut durch die Kontaktheizelemente bis über 200°C zu erwärmen ist, beispielsweise beim Anbraten eines Fleisches usw.. Um bei für derartige Temperaturen ausgelegten Kontaktheizelementen ein Durchbrennen der Kontaktheizelemente an ihren Umkehrungen zu vermeiden, in denen insbesondere im innenliegenden Bereich aufgrund des gegenüber eines außenliegenden Bereichs kleineren Widerstands eine erhöhte Stromdichte auftritt, sind sogenannte Sonderdrucke erforderlich. Dabei werden in den Umkehrungen zusätzliche Schichten des Kontaktheizelements auf den Träger aufgebracht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Kochmuldenheizvorrichtung weiterzuentwickeln, und zwar sollte insbesondere ein kostengünstiges Layout der Kontaktheizelemente mit einer möglichst gleichmäßigen Wärmeverteilung erreicht werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Kochmuldenheizvorrichtung mit einem ersten Kontaktheizelement und zumindest einem zweiten Kontaktheizelement, die auf einen Träger in Bahnen mit Umkehrungen aufgebracht und zur Reduzierung der Bahnbreite parallel geschaltet sind.
Es wird vorgeschlagen, dass im Zentrum eines von den Kontaktheizelementen aufgespannten Bereichs zwei Kontaktstellen der Kontaktheizelemente angeordnet sind, von denen ausgehend sich die Kontaktheizelemente spiegelsymmetrisch erstrecken. Im mittleren Bereich der Fläche treten die geringsten thermisch bedingten Verformungen des Trägers auf, wodurch vorteilhaft durch Wärmedehnung hervorgerufene Spannungen in den Kontaktstellen und in an den Kontaktstellen angreifenden Leitern weitgehend vermieden werden können. Die Kontaktstellen können mit einer Haltevorrichtung des Trägers kombiniert werden, und im mittleren Bereich findet über der aufgespannten Fläche zudem die geringste Wärmeübertragung an ein Kochgeschirr statt, wodurch die Kontaktstellen im mittleren Bereich am wenigsten störend sind. Durch die Parallelschaltung kann trotz schmaler Bahnen ein kleiner Widerstand und daher eine hohe, für Kochmuldenheizvorrichtungen ausgerichtete Leistung erreicht werden. Sonderdrucke an den Umkehrungen können vermieden und Kosten können eingespart werden. Vorteilhaft besitzen die Bahnen der Kontaktheizelemente eine Breite kleiner/gleich 3 mm und größer/gleich 2 mm. Bei Bahnen größer/gleich 2 mm kann eine ausreichende Festigkeit der Kontaktheizelemente erreicht und Verwerfungen beim Auftragen der Kontaktheizelemente auf den Träger können vermieden werden. Ferner besitzen die Umkehrungen der Bahnen vorteilhaft einen Außenradius von mindestens 3,5 mm. In besonderen Anwendungsfällen, insbesondere bei großen Kochflächen, kann es von Vorteil sein, mehr als zwei Kontaktheizelemente parallel zu schalten, beispielsweise je Drittel oder je Viertel bzw. je Quartal eines runden Kochfelds ein Kontaktheizelement usw.
Ferner können die Kontaktheizelemente ausgehend von der Mitte der aufgespannten Fläche zueinander symmetrisch, durch die von der Parallelschaltung bedingt möglichen dünnen Bahnbreite, in einem Vorgang auf den Träger aufgebracht werden. Es kann einfach und kostengünstig eine vorteilhafte homogene Wärmeverteilung erreicht werden.
Mit der Parallelschaltung und der dadurch bedingt erreichbaren dünnen Bahnbreite ergeben sich zudem Freiheitsgrade für eine vorteilhafte Layoutgestaltung der Kontaktheizelemente. Vorteilhaft werden die Umkehrungen der Kontaktheizelemente entlang zumindest zwei Linien angeordnet, und zwar vorzugsweise entlang zumindest zwei über Kreuz verlaufenden Symmetrielinien, wodurch kleine und insbesondere über eine von den Kontaktheizelementen aufgespannten runden Fläche gleichmäßige Abstände zwischen den Bahnen erreichbar sind. Um zwischen den Umkehrungen über dem Kochfeld einen Temperaturabfall zu vermeiden, ist ein Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Umkehrungen der Kontaktheizelemente vorteilhaft kleiner/gleich einem Abstand zwischen einer Bahn eines Kontaktheizelements vor und nach einer Umkehrung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zumindest ein Thermoelement zwischen den Bahnen wenigstens eines Kontaktheizelements angeordnet ist. Durch die erreichbaren dünnen Bahnen der Kontaktheizelemente kann einfach eine Freifläche für ein Thermoelement geschaffen werden, mit dem die Temperatur überwacht und geregelt werden kann. Das Thermoelement kann von verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Thermoelementen gebildet sein, jedoch besonders vorteilhaft von einer Leiterbahn, deren Aufbringen auf dem Träger günstig mit dem Aufbringen der Kontaktheizelemente verfahrenstechnisch verbunden werden kann.
Besitzt das Thermoelement einen Hauptmeßbereich, der in einem mittleren Bereich zwischen der Mitte der von den Kontaktheizelementen aufgespannten Fläche und einem Rand der Fläche angeordnet ist, können vorteilhaft bei hohen und niedrigen Temperaturen der Kontaktheizelemente vorteilhafte Meßwerte erreicht werden. In dem betreffenden Bereich liegt auf einer gegenüberliegenden Seite ein Kochgeschirr in der Regel auf, so daß über das Thermoelement auf eine Bodentemperatur des Kochgeschirrs geschlossen werden kann.
Um durch Wärmedehnungen hervorgerufene Spannungen in Kontaktstellen und in mit den Kontaktstellen des Thermoelements verbundenen Leitern möglichst weitgehend zu vermeiden, sind die Kontaktstellen vorteilhaft im mittleren Bereich der von den Kontaktheizelementen aufgespannten Fläche angeordnet. Zudem können mit einer Kontakteinheit Kontaktstellen für die Kontaktheizelemente und für das Thermoelement bereitgestellt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, daß ein Layout der Kontaktheizelemente zumindest teilweise unter der Vorgabe einer gleichmäßigen Wärmeverteilung berechnet wird. Es kann kostengünstig und einfach ein auf den verwendeten Träger abgestimmtes, vorteilhaftes Layout der Kontaktheizelemente mit einer homogenen Wärmeverteilung erreicht werden. Es können verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Rechenverfahren eingesetzt werden, wie insbesondere Finite Berechnungsverfahren, wobei sich unter den Finite Berechnungsverfahren besonders die Finite-Elemente-Methode eignet.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Die einzige Figur zeigt eine Draufsicht eines Ausschnitts einer Kochmuldenheizvorrichtung mit einem ersten Kontaktheizelement 10, das auf einen Träger 11 in Bahnen mit Umkehrungen U1 aufgebracht ist. Der Träger 11 wird von einer auf der dem ersten Kontaktheizelement 10 zugewandten Seite mit einer Emailschicht beschichteten Metallplatte gebildet. Erfindungsgemäß ist auf den Träger 11 ein zweites Kontaktheizelement 12 aufgebracht, das zum ersten Kontaktheizelement 10 parallel geschaltet ist. Die Bahnen der Kontaktheizelemente 10, 12 besitzen eine Breite 13 von 2,1 mm.
Die Kontaktheizelemente 10, 12 besitzen zwei Kontaktstellen 14, 15, die im Zentrum eines von den Kontaktheizelementen 10, 12 aufgespannten, kreisflächenförmigen Bereiches angeordnet sind, und zwar sind die Kontaktstellen 14, 15 auf einer ersten Symmetrielinie 16 angeordnet. Die von den Kontaktheizelementen 10, 12 aufgespannte Fläche besitzt einen Radius von etwa 70 mm. Ausgehend von den Kontaktstellen 14, 15 erstrecken sich die Kontaktheizelemente 10, 12 spiegelsymmetrisch zueinander, und zwar achsensymmetrisch zur ersten Symmetrielinie 16, wobei sich das erste Kontaktheizelement 10 über eine erste Hälfte und das zweite Kontaktheizelement 12 sich über eine zweite Hälfte der runden Fläche erstreckt.
Die Umkehrungen U₁₁, U₁₂, U₁₃, U₁₄, U₁₅, U₁₆ des ersten Kontaktheizelements 10 sind entlang der ersten Symmetrielinie 16 auf einer ersten Seite und die Umkehrungen U₂₁, U₂₂, U₂₃, U₂₄, U₂₅, U₂₆ des zweiten Kontaktheizelements 12 sind entlang der ersten Symmetrielinie 16 auf einer zweiten Seite angeordnet. Ferner sind die Umkehrungen U₁₇, U₁₈, U₁₉ des ersten Kontaktheizelements 10 auf einer ersten Seite entlang einer senkrecht zur ersten Symmetrielinie 16 verlaufenden zweiten Symmetrielinie 17 und die Umkehrungen U₁₁₀, U₁₁₁, U₁₁₂ des ersten Kontaktelements 10 auf einer zweiten Seite entlang der zweiten Symmetrielinie 17 angeordnet. Entsprechend sind die Umkehrungen U₂₇, U₂₈, U₂₉ des zweiten Kontaktheizelements 12 auf der ersten Seite entlang der zweiten Symmetrielinie 17 und die Umkehrungen U₂₁₀, U₂₁₁, U₂₁₂ des zweiten Kontaktelements 12 auf der zweiten Seite entlang der zweiten Symmetrielinie 17 angeordnet. Die Umkehrungen U1, U2 besitzen einen Außenradius von 3,75 bis 5,6 mm, wobei die radial außenliegenden Umkehrungen U₁₁, U₂₁, U₁₆, U₂₆ einen Außenradius von 5,6 mm und die radial innenliegenden Umkehrungen U₁₇, U₁₁₀, U₂₇, U₂₁₀, einen Außenradius von 3,75 mm aufweisen. Ein Abstand 18 zwischen den Umkehrungen U₁₁, U₁₂, U₁₃, U₁₄, U₁₅, U₁₆ des ersten Kontaktheizelements 10 und den jeweils gegenüberliegenden Umkehrungen U₂₁, U₂₂, U₂₃, U₂₄, U₂₅, U₂₆ des zweiten Kontaktheizelements 12 beträgt 4,8 mm, und ein Abstand 19 zwischen den Umkehrungen U₁₇, U₁₈, U₁₉ und den Umkehrungen U₁₁₀, U₁₁₁, U₁₁₂ des ersten Kontaktheizelements 10 sowie zwischen den Umkehrungen U₂₇, U₂₈, U₂₉ und den Umkehrungen U₂₁₀, U₂₁₁, U₂₁₂ des zweiten Kontaktheizelements 12 beträgt 5 mm. Die Abstände 18, 19 sind kleiner als ein Abstand 20 zwischen einer Bahn eines Kontaktheizelements 10 oder 12 vor und nach einer Umkehrung U₁, U₂, der zwischen ca. 10 und 12 mm variiert.
Die Kontaktheizelemente 10, 12 besitzen ein durch die Finite-Elemente-Methode berechnetes Layout, und zwar unter der Vorgabe einer gleichmäßigen Wärmeverteilung. insbesondere bei dem beschriebenen Layout der Kontaktheizelemente 10, 12 ergibt sich eine besonders vorteilhaft homogene Wärmeverteilung. Für größere Träger kann ein Layout entsprechend erneut berechnet oder ein Layout kann durch Anlehnung an das Layout für den vorliegenden Träger 11 bestimmt werden, wobei sich andere Abstände, Bahnbreiten und Radien ergeben können.
Zwischen den Bahnen des ersten Kontaktheizelements 10 ist ein von einer Leiterbahn gebildetes Thermoelement 21 angeordnet. Das Thermoelement 21 besitzt zwei im mittleren Bereich der von den Kontaktheizelementen 10, 12 aufgespannten Fläche angeordnete Kontaktstellen 23, 24, von denen sich das Thermoelement 21 entlang der zweiten Symmetrielinie 17 radial nach außen zu einer Ringfläche mit einem Innenradius von ca. 41 mm und einen Außenradius von ca. 44 mm erstreckt. Das Thermoelement 21 besitzt eine schirmartige Kontur und besitzt in der Ringfläche, die ca. im mittleren Bereich zwischen einer Mitte der von den Kontaktheizelementen 10, 12 aufgespannten Fläche und einem Rand der Fläche liegt, einen Hauptmessbereich 22.

10: Kontaktheizelement
11: Träger
12: Kontaktheizelement
13: Breite
14: Kontaktstelle
15: Kontaktstelle
16: Symmetrielinie
17: Symmetrielinie
18: Abstand
19: Abstand
20: Abstand
21: Thermoelement
22: Hauptmessbereich
23: Kontaktstelle
24: Kontaktstelle
U₁: Umkehrung
U₂: Umkehrung

Claims

Kochmuldenheizvorrichtung mit einem ersten Kontaktheizelement (10) und zumindest einem zweiten Kontaktheizelement (12), die auf einen Träger (11) in Bahnen mit Umkehrungen (U₁, U₂) aufgebracht und zur Reduzierung der Bahnbreite parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum eines von den Kontaktheizelementen (10, 12) aufgespannten Bereichs zwei Kontaktstellen (14, 15) der Kontaktheizelemente angeordnet sind, von denen ausgehend sich die Kontaktheizelemente spiegelsymmetrisch zueinander erstrecken.
Kochmuldenheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnen der Kontaktheizelemente (10, 12) eine Breite (13) kleiner/gleich 3 mm aufweisen.
Kochmuldenheizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrungen (U₁, U₂) der Bahnen der Kontaktheizelemente (10, 12) einen Außenradius von mindestens 3,5 mm aufweisen.
Kochmuldenheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrungen (U₁, U₂) der Kontaktheizelemente (10, 12) entlang zumindest zwei Linien angeordnet sind.
Kochmuldenheizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linien von über Kreuz verlaufenden Symmetrielinien (16, 17) gebildet sind.
Kochmuldenheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand (18, 19) zwischen zwei gegenüberliegenden Umkehrungen (U₁, U₂) der Kontaktheizelemente (10, 12) kleiner/gleich einem Abstand (20) zwischen einer Bahn eines Kontaktheizelements (10, 12) vor und nach einer Umkehrung (U₁, U₂) ist.
Kochmuldenheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Thermoelement (21) zwischen den Bahnen wenigstens eines Kontaktheizelements (10) angeordnet ist.
Kochmuldenheizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (21) von einer Leiterbahn gebildet ist.
Kochmuldenheizvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (21) einen Hauptmessbereich (22) aufweist, der in einem mittleren Bereich zwischen einer Mitte der von den Kontaktheizelementen (10, 12) aufgespannten Fläche und einem Rand der Fläche angeordnet ist.
Kochmuldenheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktstellen (23, 24) des Thermoelements (21) im mittleren Bereich der von den Kontaktheizelementen (10, 12) aufgespannten Fläche angeordnet sind.
Verfahren zur Festlegung eines Layouts der Kontaktheizelemente (10, 12) einer Kochmuldenheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Layout zumindest teilweise unter der Vorgabe einer gleichmäßigen Wärmeverteilung berechnet wird.