Electric radiant heating element for heating cooking or hot plates, especially glass ceramic plates

Abstract: 1. Electric radiant heater for heating cooking or hotplates (12), particularly glass ceramic plates, with heating elements (18, 18a) arranged in a heating zone (21) at a distance from plate (12) and a temperature regulator (30, 30a) with a rod-like temperature sensor (20, 20a) projecting over the heating zone (21) and passing above the plane of heating elements (18) and which is at least partly shielded against the direct radiation from heating elements (18, 18a) by an insulating material web (25) on which it is arranged, characterized in that the temperature sensor (20, 20a) provided with a temporarily acting thermal shielding is spaced from plate (12) and is exposed to the radiation from plate (12) essentially over its entire length.

Description: Elektrischer Strahlheizkörper zur Beheizung von Koch- oder Wärmeplatten, insbesondere Glaskeramikplatten Die Erfindung betrifft einen elektrischen Strahlheizkörper zur Beheizung von Koch- und Wärmeplatten, insbesondere Glaskeramikplatten,' mit im Abstand von der Platte in einer Heizzone angeordneten Heizelementen und einem Temperaturregler mit einem stabförmigen, über die Heizzone ragenden, oberhalb der Ebene der Heizelemente verlaufenden Temperaturfühler. Derartige Strahlheizkörper sind beispielsweise aus dem DE-GM 81 03 514 und der DE-OS 30 07 037 bekannt geworden. Sie verlaufen üblicherweise etwa mittig über die gesamte Heizzone hinweg, d.h. bei einem runden Heizkörper etwa über den Durchmesser und bei langgestreckten Heizkörpern diagonal, und sind so der unmittelbaren Strahlung der Strahlheizkörper ausgesetzt, so dass sie eine sehr schnelle und leicht ansprechende Regelung für die maximale Temperatur der Glaskeramikplatte ermöglichen. Glaskeramikplatten müssen bezüglich ihrer Oberflächentemperaturen sehr genau geregelt werden, weil deren Oberschreitung zu einer Schädigung durch Brüchigwerden der Glaskeramikplatten führt. Bei dem DE-GM 81 03 514 ist ein zusätzlicher Temperaturfühler unterhalb der Heizelemente in einer Nut angeordnet. Er ist jedoch nur zur Anzeige des Heisszustandes der Platte vorgesehen und schaltet bereits bei Temperaturen von unter 370 K (100"C). Aus der DE-PS 27 29 929 ist bekannt geworden, bei einem Strahlheizkörper den Temperaturfühler in einer Uffnung im Isoliermaterial unterhalb der Ebene der Heizelemente verlaufend anzuordnen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass hier der Temperaturfühler zu weit von dem Verbrauch entkoppelt ist, d.h der Temperaturregler schaltet die Beheizung nicht ein, wenn nach vorhergehendem Leerlauf ein Topf aufgesetzt wird und dementsprechend mehr Leistung benötigt wird. Diese Anordnung ist daher in der Praxis wieder verlassen worden. Ferner ist aus dem DE-GM 78 26 549 ein Temperaturregler mit stabförmigem Temperaturfühler bekannt geworden, der für Gasherde gedacht ist. Dabei ist der stabförmige Temperaturfühler von einem Rohr aus rostfreiem Stahl mit einigem Abstand umgeben, um die korrosiven Wirkungen der Gasflamme vom Temperaturfühler fernzuhalten und ausserdem eine räumliche Vergleichmässigung der Temperatur zu erreichen. Durch die Begrenzung der Oberflächentemperatur einer Glaskeramikplatte ist ihr Leistungsdurchsatz begrenzt, weil der Temperaturregler so eingestellt sein muss, dass auch im Leerlaufzustand bzw. bei ungünstigen Kochgefässen das Maximalniveau der Oberflächentemperatur nicht überschritten werden darf. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung gelöst durch eine temporär wirksame thermische Abschirmung für den Temperaturfühler. Die temporär wirksame Abschirmung, die also in der Anheizbzw. Ankochphase den Temperaturfühler daran hindert, sofort auf volle Temperatur zu kommen, ermöglicht es, in dieser Ankochphase ein höheres Temperaturniveau zu erreichen, das dann jedoch beim weiteren Betrieb auf einen Beharrungszustand abgesenkt wird. Es ist festgesteilt worden, dass man in der Praxis ohne wesentliche Schädigung der Glaskeramik die für den Dauerbetrieb zulässigen Oberflächentemperaturen temporär überschreiten kann. Diese tritt erst bei länger andauernden Oberschreitungen der Maximaltemperaturen ein. So kann beispielsweise durch die Erfindung bei einer auf 810 K (540"C) eingestellten Dauerbegrenzungstemperatur ein Ankochstoss mit einer Spitze von etwa 880 K (6100C) erzeugt werden, der innerhalb einiger Minuten wieder abklingt. Eine Ankochspitze von 50 bis 100 K über der Dauerbegrenzungstemperatur ist vorteilhaft. Er könnte so abklingen, dass er in einer Zeit von zwei bis fünf Minuten nach dem Erreichen der Spitzentemperatur etwa die Hälfte des über die Dauertemperatur überschiessenden Temperaturbetrages erreicht hat, während er nach einer Zeit von etwa zehn bis fünfzehn Minuten asymptotisch in die Dauerbegrenzungstemperatur übergeht. Dabei ist zu beachten, dass die Regelschwingungen des meist durch Ein- u-nd Ausschalten regelnden Temperaturreglers diese Kurve überlagern, so dass sie einen sägezahnartigen Verlauf hat. Die dadurch mögliche Temperaturspitze im Ankochbereich führt zu einem wesentlich erhöhten Leistungsdurchsatz, weil dieser in der vierten Potenz von der Temperatur abhängt. In den meisten Fällen bringt dies schon bei der üblichen Leistungsausstattung der Strahlheizkörper eine wesentliche Verkürzung der Ankochzeit, weil bisher wegen der Glaskeramik-Oberflächentemperaturen die an sich vorhandene Leistung bereits frühzeitig abgeregelt werden musste. Es ist jedoch nun auch möglich, höhere Leistungen vorzusehen, so dass auch die reine Aufheizungszeit bis zum Erreichen der Maximaltemperatur noch kürzer wird. Wenn hier von einen Temperaturregler gesprochen wird, so handelt es sich in den meisten Fällen um einen fest eingestellten Temperaturwächter, der besonders vorteilhaft mit einem stabförmigen Temperaturfühler ausgerüstet ist, der aus einer Quarzguthülse und einem darin liegenden Metallstab besteht. Unter dem Begriff "Temperaturregler" sollen in diesem Zusammenhang aber auch einstellbare Temperaturregler verstanden werden, die eine auf eine Maximaltemperatur einjustierte MaximaB4nstel haben, und um Regler anderer Bauarten, beispielsweise mit durch Ausdehnungsflüssigkeit gefüllten Rohren oder elektrischen Widerstand fühlern. Die temporär wirkende thermische Abschirmung des Temperaturfühlers kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Als vorteilhaft hat sich gezeigt, dass der Temperaturfühler zumindest teilweise gegen von den Heizelementen kommende direkte Strahlung abgeschirmt ist. Dagegen sollte er vorteilhaft der von der Platte her kommenden Strahlung vorzugsweise über seine ganze Länge ausgesetzt sein. Auf diese Weise wird zwar der Einfluss der schnell ihrer Temperatur erreichenden Heizelemente verzögert, die gute Ankopplung an die Platte und ihre Rückwirkung auf den Fühler wird jedoch beibehalten, so dass die Regelcharakteristik, insbesondere die Regelamplitude, nicht negativ beeinflusst wird. Der Temperaturfühler kann teilweise von thermischem Isoliermaterial umgeben sein, vorzugsweise ist er über einen Teil seines Umfanges und/ oder seiner Länge, vorzugsweise in seinem unteren Umfangsabschnitt, in Kontakt mit thermischem Isoliermaterial. Dieses Isoliermaterial wird von den Heizelementen langsamer aufgeheizt, so dass dadurch eine zeitlich verzögerte Aufheizung des Temperaturfühlers erfolgt. Der Temperaturfühler kann dazu in einer Rinne aus Isoliermaterial liegen. Vorzugsweise liegt er im Bereich eines in seiner Längsrichtung verlaufenden Steges, der vorzugsweise über die Ebene der Heizelemente hochragt und besonders bevorzugt zwei gesonderte Abschnitte der Heizzone voneinander zumindest teilweise trennt. Dieser Steg schirmt den vorteilhaft etwa bis zur Hälfte in ihn eingebetteten Temperaturfühler gegen die direkte Strahlung der seitlich unterhalb von ihm liegenden *eizelemente ab, präsentiert ihn aber mit der von oben gesebenen projezierten Fläche der Platte, so dass er auf die Rückstrahlungswärme besonders gut anspricht. Die Aufteilung der Heizelemente in zwei beispielsweise etwa halbkreisförmige Heizzonen hat gegenüber der üblichen spiralförmigen Anordnung keine wesentlichen Nachteile und führt auch kaum zu einem von oben merklichen Schatten im Bereich des Steges. Insbesondere in Fällen, in denen sich eine Trennung der Heizzone nicht anbietet, ragt der Temperaturfühler über einen grossen Teil seiner Länge über die Heizelemente hinweg. Eine Verkürzung oder Verlegung in einen Randbereich kommt meist nicht infrage, weil der Temperaturfüh ler möglichst die ganze Heizzone abfühlen soll, um beispielsweise auch bei gegenüber dem Heizelement verschobenem Topf noch richtig zu reagieren. In diesem Falle kann vorteilhaft die thermische Ansprechempfindlichkeit des Temperaturfühlers in einem Teil vorgesehen sein, in dem eine thermische Abschirmung möglich ist, beispielsweise in einem unbeheizten Mittelbereich. Dieser Teil mit erhöhter Ansprechempfindlichkeit erfährt dann eine zeitliche Verzögerung, die sich auf das gesamte Regelverhalten entsprechend auswirkt. Trotzdem bleibt der Einfluss der übrigen Reglerabschnitte, wenn auch in geringerem Masse, erhalten. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Materialien mit über die Länge unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten bei einem Stab-Ausdehnungsfühler geschehen, wobei im Bereich hoher Ansprechempfindlichkeit entweder das Teil mit insgesamt höherer Ausdehnung einen gegenüber den übrigen Bereichen erhöhten Ausdehnungskoeffizienten hat oder das Teil mit geringerer Ausdehnung mit einen Abschnitt mit besonders geringem Ausdehnungskoeffizienten. Wenn mit einem mit Ausdehnungsflüssigkeit gefüllten Temperaturfühler gearbeitet wird, könnte an der abgeschirmten Stelle ein grösseres Volumen pro Längeneinheit verwendet werden oder ein besonderer, an den gleichen Regler angeschlossener Fühler eingefügt werden. In jedem Falle ist es zweckmässig, wenn der Temperaturfühler, insbesondere seine Aussenhülle, aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht. Dies fördert nicht nur die Wirkung bei über die Längsrichtung unterschiedlichen Ansprechempfindlichkeiten, sondern verhindert auch einen Temperaturausgleich um den Umfang des Temperaturfühlers herum, der sich für die zeitliche Verzögerung des Ansprechens des Reglers negativ auswirken könnte. Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf einen elektrischen Strahl heizkörper, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II in Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungs form und Fig. 4 einen Teilschnitt nach der Linie iV in Fig. 3. Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Strahlheizkörper 11 istunterhalb einer Glaskeramikplatte 12 angeordnet, deren Oberfläche 13 eine Kochfläche bildet. Der Strahlheizkörper 11 besitzt eine aus Blech bestehende Trägerschale 14, in die eine Isolierung eingelegt ist. Die Isolierung ist zweischichtig, wobei die unterste Schicht 15 aus einem sehr gut thermisch isolierenden Material ohne Ansprüche an die mechanische Festigkeit bestehen kann, während die obere Isolierung 16 aus einem mechanisch etwas festeren Material besteht, weil ihr Rand 17 durch nicht dargestellte, auf die Trägerschale 14 einwirkende Federelemente andie Glaskeramikplatte angedrückt wird und Heizelemente 18 sowie ein Temperaturfühler 20 auf ihr angeordnet sind. Das thermische Isoliermaterial, insbesondere für den oberen Isolierkörper 16, besteht aus einer keramischen Faser, vorzugsweise aus Aluminiumsilikat, die zur Erzielung ausreichender Festigkeit verpresst ist. Derartiges Material wird unter dem Handelsnamen "Fiberfrax" angeboten. Der Isolierkörper 16 hat eine von dem Rand 17 umgebene Schalenform mit einem Hohlraum 19, an dessen Boden die Heizelemente 18 so angeordnet sind, dass sie eine im wesentlichen kreisförmige Heizzone 21 bilden, die jedoch aus zwei halbkreisförmigen Abschnitten 22, 23 besteht. Die Heizelemente 18 sind Wendeln aus elektrischem Widerstandsdraht, die im wesentlichen parallel zueinander geführt sind und so zwei im wesentlichen die Fläche gleichmässig ausfüllende Halbkreise bilden, die an einer Obergangsstelle 24 von einem Abschnitt zum anderen überwechseln. Die Heizelemente 18 haben einen wesentlichen Abstand von der Glaskeramikplatte. Zwischen den Abschnitten 22, 23 ragt längs auf einer Durchmesserlinie ein Steg 25 des Isolierkörpers 16 hindurch, der sich erheblich über die Ebene der Heizelemente erhebt und somit wesentlich dichter an der Glaskeramikplatte 12 liegt als diese. Der insbesondere aus Fig. 2 zu erkennende, im wesentlichen rechtwinklig begrenzte Steg 25 hat in seiner Oberseite eine halbkreisförmige Rinne 26, in der der-Temperaturfühler 20 liegt. Er ist also etwa zur Hälfte seines Umfangs in das Isoliermaterial eingebettet, und die seitlich vorspringenden Kanten 27 des Steges decken den Temperaturfühler gegen von den nächstliegenden Heizelementen kommende Strahlung weitgehend ab. Der Temperaturfühler ragt in einer Durchmesserlinie über den gesamten kreisförmigen Strahlungsheizkörper hinweg, der zugehörige Schalterkopf 28 des Temperaturreglers 30 liegt ausserhalb der Trägerschale 14, in die ein Anschlussstück 29 mit den elektrischen Anschlüssen für die Heizelemente eingefügt ist. Der Temperaturregler ist mit dem in ihm enthaltenen Schnappschalter 31 in den Stromkreis der in diesem Falle als ein durchgehender Heizwiderstand ausgebildeten Heizelemente eingeschaltet und regelt diese durch Ein- und Ausschalten. Es handelt sich um einen fest auf eine Begrenzungstemperatur einregulierten Temperaturregler, der auch als Tempe ratur wächter bezeichnet werden könnte. Der Temperatur fühler besteht aus einer Ausdehnungshülse 33 aus Quarzgut und einer darin liegenden, am Ende des Temperaturfühlers an der Hülse befestigten Ausdehnungsstab 4 mit grösserem thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Hülse. Beim Einschalten des Strahlungsheizkörpers kommen die Heizelemente relativ schnell auf Temperatur und beheizen durch Strahlung die Unterseite der Glaskeramikplatte, die dies einerseits durch ihre Strahlungsdurchlässigkeit und andererseits durch Wärmeleitung an ein darauf gestelltes, nicht dargestelltes Kochgefäss weitergibt. Dabei wird anfänglich der Temperaturfühler infolge seiner Abschirmung nicht so schnell aufgeheizt wie die Oberfläche der Glaskeramikplatte, so dass seine Ausdehnung hinter dem Hochlaufen der Temperaturan dieGlaskeramikplatte etwas zurückbleibt. Dies liegt einerseits daran, dass der Temperaturfühler gegen die direkte Strahlung abgeschirmt ist, ande- rerseits an seiner engen Nachbarschaft mit dem Isoliermaterial des Steges 25, das sich erst nach längerer Zeit aufheizt. Zu Anfang wird also der Temperaturfühler weit-gehend von der Rückstrahlung von der Glaskeramikplatte her beheizt, wobei die Verzögerungswirkung durch ein darauf gestelltes kaltes Kochgefäss noch erhöht wird. Es ist aber festgestellt worden, dass die Verzögerung auch beim Leerlauf der Platte ohne KochgefäB eintritt. Dadurch erfolgt die erste Abschaltung der Heizelemente erst bei einer Temperatur, die an der Oberfläche 13 der Glaskeramikplatte 12 um einiges über der Temperatur liegt, für die der Regler an sich einjustiert ist. Nach dem Absinken der Temperatur schaltet er daher auch schon früher als im Beharrungszustand wieder ein, so dass sich eine aus einer zickzackförmigen Linie bestehenden Kurve ergibt, die nach Art einer Exponetialkurve abfällt und nach einiger Zeit in der Grössenordnung zwischen 10 und 30 Minuten gänzlich in ein horizontal verlaufendes zickzackförmiges Band übergeht, wenn man die Temperatur über der Zeit aufträgt. Es ist also zu erkennen, dass eine Ankochspitze erzeugt wird, die über eine Zeit in der Grössenordnung zwischen 5 und 10 Minuten eine wesentliche Erhöhung des Leistungsdurchsatzes in der Glaskeramikplatte mit sich bringt. Für derartige kurze Zeiten kann Glaskeramik Oberhitzungen in der Grössenordnung unter 100 K so oft ertragen, dass trotzdem eine ausreichende Lebensdauer gewährleistet ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen, die bei ähnlichen Teilen durch den Index "a" ergänzt sind. Wegen ihrer Beschreibung im einzelnen wird auf das Vorstehende Bezug genommen. Das Heizelement 18a ist in diesem Falle als Doppelspirale gewickelt, d.h. als Spirale aus zwei zueinander parallel laufenden Widerstandsdrahtwendeln, die in der Mitte eine unbeheizte Zone 32 freilassen, deren Durchmesser etwa einem Viertel bis einem Drittel des Durchmessers der gesamten Heizzone 21a entspricht. Der Temperaturfühler 20a des Temperaturreglers 30a ragt demnach im Bereich der ringförmigen Beheizungszone über die Heizelemente 18a hinweg, liegt jedoch im Bereich der unbeheizten Mittel zone 32 auf einem Steg 25a, der mit Ausnahme seiner Länge gleich ausgebildet ist wie in Fig. 1 und 2. Nur in diesem Bereich findet also eine temporäre thermische Abschirmung statt. Um diesen Bereich mit seiner thermischen Verzögerung jedoch für das Regel ergebnis stärker zur Auswirkung zu bringen, ist in diesem Bereich die thermische Ansprechempfindlichkeit des Temperaturfühlers erhöht, indem der Ausdehnungsstab 43 in diesem Bereich aus einem Material mit höherem thermischem Ausdehnungskoeffizienten besteht als in den übrigen Bereichen des Temperaturfühlers 20a. Das kann beispielsweise durch das Einschweissen eines Stab stücks aus einem Material mit anderem thermischem Ausdehnungskoeffizienten erfolgen. Derartiges Material ist im Handei erhältlich, und es könnte beispielsweise eine Kombination von Materialien verwendet werden, die von der Firma Vacuumschmelze GmbH, Hanau, unter dem Handelsnamen "Vacodil" vertrieben wird, wobei Vacodil 74 eine spezifische thermische Ausdehnung von 31 x 10 / K hat, während dieser Faktor bei Vacodil 36 bei 9,2 x 10-6 /K liegt. Auf diese Weise wird der Einfluss dieser längenmässig relativ geringen Zone überbetont, und es ist festgestellt worden, dass dies auf das übrige Regelverhalten keinen nachteiligen Einfluss hat. Vor allem ist bei allen Ausführungsformen zu bemerken, dass der Regler durch die temporäre Abschirmung im späteren stationären Zustand keinesfalls träger und mit grösserer Regelamplitude arbeitet als bisherige Regler ohne Anwendung der Erfindung.

Claims: Electric radiant heater for heating glass ceramic cooking or hotplates (12), with heating elements (18, 18a) arranged in a heating zone (21) at a distance from plate (12) and a temperature regulator (30, 30a) with a rod-like temperature sensor (20, 20a) projecting over the heating zone (21) and passing above the plane of heating elements (18) and which is at least partly shielded against the direct radiation from heating elements (18, 18a) by an insulating material web (25) on which it is arranged and which rises significantly over the plane of the heating elements, the temperature sensor (20, 20a) and the web (25) are spaced from plate (12) and the temperature sensor (20, 20a) is exposed to the radiation from plate (12) essentially over its entire length, so that the temperature sensor (20, 20a) receives a temporary thermal shielding and during the heating-up or preheating phase prevents the temperature sensor (20, 20a) from immediately reaching the full temperature and consequently in the heating-up or preheating phase allows a glass ceramic plate temperature value exceeding a permanent limit temperature. Radiant heater according to claim 1, characterized in that the temperature sensor (20, 20a) substantially centrally projects over the entire heating zone (21). Radiant heater according to claims 1 or 2, characterized in that the temperature sensor (20, 20a) is partly surrounded by thermal insulating material and is in contact with the thermal insulating material (16) over part of its circumference and/or length, advantageously in its lower circumferential portion. Radiant heater according to one of the preceding claims, characterized in that web (25, 25a) at least partly separates from one another two separate portions (22, 23) of heating zone (21a). Radiant heater according to claim 4, characterized in that the web (25, 25a) is made from a compressed, fibrous insulating material, such as aluminosilicate fibres. Radiant heater according to one of the preceding claims, characterized in that the temporary thermal shielding is provided on part of the length of the temperature sensor (20a) projecting over heating zone (21a) and that on said part (32) the thermal response sensitivity of temperature sensor (20a) is raised. Radiant heater according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor (20a) passing in unshielded manner in the vicinity of and over heating zone (21a) is constructed in a central, unheated area (32) for engaging on the web (25a) only provided in said unheated area (32). Radiant heater according to claims 6 or 7, characterized in that a temperature sensor (20a), which operates with a rod and a sleeve (33) having different thermal expansion coefficients, has in its shielded part larger differences in the thermal expansion coefficients. Radiant heater according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor (20, 20a), particularly its outer sleeve, is made from a material with low thermal conductivity.

Inventors: GOESSLER GERHARD, GOESSLER, GERHARD, Gössler, Gerhard
Applicants: EGO ELEKTRO BLANC & FISCHER, E.G.O. ELEKTRO-GERAETE BLANC U. FISCHER
Application year: 1984
Main classification: H05B3
IPC codes: H05B1, H05B3