Die Erfindung geht aus von einer Hausgerätevorrichtung mit einer Scheibe aus einem zumindest teilweise transparenten Material nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zum Herstellen einer solchen Scheibe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Im Hausgerätebereich sind verschiedene Vorrichtungen mit zumindest teilweise transparenten Scheiben bekannt. Beispiele dafür sind Backofenscheiben und Kochfeldplatten von Strahlungskochfeldern oder Induktionskochfeldern. Das transparente Material kann beispielsweise ein Glas oder eine Glaskeramik sein und teilweise bedruckt sein. Ferner ist es bekannt, solche transparenten Materialien in Teilbereichen mit Markierungen zu bedrucken, beispielsweise um Heizzonen eines Kochfelds zu visualisieren oder um ein für den Hersteller typisches Erscheinungsbild zu erreichen. Insbesondere im Bereich der Induktionskochfelder wird für die Kochfläche wegen der geringen elektrischen Leitfähigkeit, der geringen thermischen Expansion, der hohen Temperaturbeständigkeit und der exzellenten optischen Eigenschaften vorwiegend Kristallglas verwendet.

Trotz der oben genannten vorteilhaften Eigenschaften besteht beispielsweise im Hinblick auf die Betriebssicherheit und auf die optischen Differenzierungsmöglichkeiten im Bereich der Abdeckscheiben für Induktionskochfelder jedoch noch weiterer Entwicklungsbedarf.

Aus der DE 10 2004 040759 A1 ist eine Kochfeldplatte aus Glaskeramik bekannt, welche mit Luminophoren dotiert ist. Dadurch wird bei äußerer Zufuhr von anregender Energie Lumineszenzlicht im sichtbaren Bereich abgestrahlt.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Hausgerätevorrichtungen in einer optisch ansprechenden Weise mit einer zusätzlichen Signalfunktion auszustatten.

Die Erfindung geht insbesondere aus von einer Hausgerätevorrichtung mit einer Scheibe aus einem zumindest teilweise transparenten Material, umfassend eine für einen Benutzer zugängliche Vorder- oder Oberseite.

Es wird vorgeschlagen, dass ein Teilbereich der Scheibe unterhalb der Vorder-oder Oberseite mit lumineszentem Material versehen ist. Das lumineszente Material kann in einer dem Fachmann sinnvoll erscheinenden Weise und abhängig von der konkreten Art der Hausgerätevorrichtung zum Leuchten angeregt werden, so dass die Scheibe mit einer zusätzlichen Signalfunktion ausgestattet werden kann. Dadurch, dass das lumineszente Material nicht auf der Oberseite angeordnet ist, die dem Benutzer zugänglich ist, ist das lumineszente Material geschützt und ein Verschleiß bzw. Beschädigung einer Schicht aus dem lumineszenten Material können vermieden werden.

Als lumineszente Materialien kommen paramagnetische Ionen wie 4f-lonen (Seltenerden wie Pr³⁺, Er³⁺, Nd³⁺ etc.) und 3d-lonen (Übergangs-Schwermetalle wie Mn²⁺, Cr³⁺, Ni²⁺ etc.) in Betracht. Die Synthese und Charakterisierung von 4f und 3d dotierten Silikaten, Fluorzinnchromaten und anderen Gläsern wurden in den letzten Jahren aufgrund ihrer breiten Anwendbarkeit in Laser-, Glasfaser- und Kommunikationstechnologien intensiv untersucht. Auch die Dotierung von Gebäudegläsern mit diesen Elementen ist zuletzt in den Fokus von Forschungsbemühungen getreten, was zeigt, dass eine industrielle Anwendung der optischen Eigenschaften von lumineszenten Ionen machbar ist.

Während nach dem Stand der Technik eine Glaskeramik stets in einer homogenen Weise dotiert wurde, schlägt die Erfindung vor, das lumineszente Material nur in einem Teilbereich der Scheibe einzubringen. Dadurch kann eine besondere wirkungsvolle Signalfunktion erreicht werden, durch die differenzierte Information übertragen werden kann. Als Teilbereich soll in diesem Zusammenhang stets ein echter Teilbereich bezeichnet werden, der nicht die gesamte Scheibe umfasst.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das lumineszente Material in das transparente Material eingebracht ist. Dadurch kann ein sicherer Einschluss des lumineszenten Materials gewährleistet werden, was einerseits das lumineszente Material durch Kratzer oder ähnliches beschädigt, und dass andererseits das lumineszente Material nicht austritt.
Für den Hausgerätebereich vorteilhafte Materialeigenschaften wie geringe elektrische Leitfähigkeit und geringe thermische Expansion können gewährleistet werden, wenn das transparente Material ein Glas- oder Glaskeramikmaterial ist, beispielsweise das unter dem Handelsnamen "Ceran" vertriebene Material.

Wenn das lumineszente Material in einen sich unmittelbar an eine der Vorder-oder Oberseite gegenüberliegende Rück- oder Unterseite anschließenden Bereich der Scheibe eingebracht ist, d.h. unmittelbar unterhalb der Oberfläche der Rück- oder Unterseite angeordnet ist, ist es einerseits vor einem Zugriff des Benutzers von der Vorder- oder Oberseite aus geschützt und kann andererseits einfach und selektiv in bestimmte, scharf umgrenzte Teilbereiche eingebracht werden. Ferner kann elektromagnetische Strahlung zum Anregen der Lumineszenz von der Unterseite eingestrahlt werden, so dass eine Dämpfung der Strahlung durch Absorption in dem transparenten Material durch einen kurzen Weg, den die Strahlung in dem transparenten Material zurücklegen muss, auf ein Mindestmaß beschränkt werden kann.

In der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das lumineszente Material lumineszente Ionen umfasst, die durch ein Lasereinlagerungsverfahren in das transparente Material eingebracht sind. Durch das Lasereinlagerungsverfahren kann der Teilbereich, der mit dem lumineszenten Material versehen ist, flexibel an die Bedürfnisse in der konkreten Anwendung angepasst werden, so dass mittels der zusätzlichen Signalfunktion der Scheibe klar definierte Informationen übertragen werden können, die beispielsweise eine Restwärmebehandlung, einen Heizzonenausfall oder ähnliches transportieren.

Alternativ oder ergänzend zu dem Lasereinlagerungsverfahren wird das lumineszente Material in Ausnehmungen in der Rück- oder Unterseite der Scheibe eingebracht. Die Ausnehmungen können beispielsweise als insbesondere mikroskopische Sacklöcher ausgebildet sein, die z.B. mit einem Laserbohr- bzw. Laserbearbeitungsverfahren in die Rück- oder Unterseite der Scheibe eingebracht sind. Das lumineszente Material kann gegen Einflüsse aus der Umwelt versiegelt werden, wenn die mit dem lumineszenten Material gefüllten Ausnehmungen mit einer Schutzschicht verschlossen sind.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das lumineszente Material Seltenerden-Ionen mit Valenzelektronen in einem 4f-Orbital enthält. Solche Ionen zeigen die Eigenschaft, dass mehrere Infrarotphotonen in ein sichtbares Photon konvertiert werden können. Dieses Phänomen ist als "Up-Conversion" bekannt und kann beispielsweise in Kochfeldern mit Strahlungsheizkörpern angewendet werden. Wenn beispielsweise ein einer Heizzone zugeordneter Teilbereich einer Abdeckscheibe eines Kochfelds mit Er³⁺-Ionen dotiert ist, würde die im Betrieb des Strahlungsheizkörpers emittierte Infrarotstrahlung die Er³⁺-Ionen zur lumineszenten Emission von grünem Licht anregen, so dass ein markanter Kontrast zu den üblicherweise rot erscheinenden Strahlungsheizkörpern erreichbar wäre. Die Auffälligkeit der erhitzten Heizzone kann dadurch deutlich gesteigert werden, so eine Hitzewärmung effektiver gestaltet werden kann.
Eine selektive Anregung des lumineszenten Materials, abhängig von einer gewünschten Funktion, kann erreicht werden, wenn die Hausgerätevorrichtung eine Leuchtdiode zum Anregen der Lumineszenz des lumineszenten Materials umfasst. Insbesondere wenn die Leuchtdiode eine ultraviolette Strahlung emittiert, kann die die Lumineszenz anregenden Strahlung unsichtbar bleiben, was zu einem besonders klaren Erscheinungsbild des lumineszierenden Teilbereichs führt und damit die Signalwirkung verbessert. Die Leuchtdiode kann beispielsweise durch eine Steuereinheit betätigt werden.

Wenn die Hausgerätevorrichtung eine Steuereinheit und einen dem Teilbereich zugeordneten Temperatursensor umfasst, wobei die Steuereinheit die Leuchtdiode abhängig von einem Signal des Temperatursensors betreibt, kann eine effektive Restwärmewärmung erreicht werden.

Selbst wenn der Strahlungsheizkörper kein sichtbares Licht mehr erzeugt, kann durch das Betätigen der Leuchtdiode die Restwärme einer Heizzone markant visualisiert werden.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Scheibe aus einem zumindest teilweise transparenten Material für eine Hausgerätevorrichtung, wobei die Scheibe eine einem Benutzer zugängliche Vorder- oder Oberseite umfasst.

Um die Scheibe mit einer zusätzlichen Signalfunktion auszustatten, wird vorgeschlagen, dass in einen Teilbereich unterhalb der Vorder- oder Oberseite der Scheibe lumineszentes Material in das transparente Material eingebracht wird.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass ein Pulver mit Oxiden von lumineszenten Ionen in den Teilbereich auf eine Rückseite der Scheibe aufgebracht wird und anschließend der Teilbereich lokal mit einem Laser erhitzt wird, um die lumineszenten Ionen in das transparente Material einzudiffundieren. Dadurch kann in einer industriell anwendbaren, einfachen Weise ein klar definierter Teilbereich mit lumineszentem Material codiert werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass in dem Teilbereich auf eine Rückseite der Scheibe Löcher in das transparente Material eingearbeitet werden und das lumineszente Material in die Löcher eingebracht wird. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Löcher nach dem Einbringen des lumineszenten Materials mit einer Schutzschicht verschlossen. Die Löcher können in einer flexibel konfigurierbaren Weise und sehr präzise in die Rückseite der Scheibe eingebracht werden, wenn dies mit einem Laser geschieht.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen wird.

Dabei zeigen:

Fig. 1

zeigt eine als Glaskeramikkochfeld ausgebildete Hausgerätevorrichtung mit einer Scheibe aus transparentem Glaskeramikmaterial in einem Ausschnitt,

Fig. 2

eine Hausgerätevorrichtung mit einer Scheibe nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung, in der das lumineszente Material in einem Lasereinlagerungsverfahren in das transparente Material eingebracht ist, und

Fig. 3

eine Hausgerätevorrichtung nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung, in welcher das lumineszente Material in Ausnehmungen in einer Rückseite in der Scheibe eingebracht ist.

Figur 1 zeigt eine als Induktions-Glaskeramikkochfeld ausgebildete Hausgerätevorrichtung mit einer Scheibe 10 aus transparentem Glaskeramikmaterial in einem Ausschnitt. Die Scheibe 10 deckt ein Kochfeld ab, das vier Heizzonen umfasst, unter denen jeweils hier nicht dargestellte Induktionsheizkörper angeordnet sind. Die in Figur 1 dargestellte Scheibe 10 kann auch zur Abdeckung von Strahlungsheizkörpern genutzt werden.
Auf eine dem Benutzer zugängliche Oberseite 12 können im Betrieb Kochtöpfe oder Pfannen aufgestellt werden, die mittels der Induktionsheizkörper erhitzt werden können.
An einer der Oberseite 12 gegenüber liegenden Unterseite 14 ist ein als NTC-Element ausgebildeter Temperatursensor 16 angeordnet, der zum Regeln des Betriebs der Induktionsheizkörper dient. Der Temperatursensor 16 ist im Zentrum eines ringförmigen Teilbereichs 18 der Scheibe 10 angeordnet, der mit lumineszentem Material 20 versehen ist.
Das lumineszente Material 20 enthält Seltenerden-Ionen mit Valenzelektronen in einem 4f-Orbital, und zwar Er³⁺-Ionen. Er³⁺-Ionen haben in ihrer Grundkonfiguration eine Vielzahl von möglichen optischen Übergängen. Wenn Er³⁺-Ionen von ultraviolettem Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 400 nm angeregt werden, werden die Ionen aus dem Grundzustand in angeregte Zustände angeregt und anschließend wird eine spontane Emission von grünem Licht mit einer Wellenlänge von 530 nm erzeugt.
An einer Seite der als Kochfeldplatte eines Kochfelds ausgebildeten Scheibe 10 ist eine Leuchtdiode 22 angeordnet, die ultraviolettes Licht emittiert. Das ultraviolette Licht wird in die Seitenflächen der aus Glas- oder Glaskeramikmaterial gebildeten Scheibe 10 eingekoppelt und durch Totalreflexion an der Oberseite 12 und an der Unterseite 14 in den mit lumineszentem Material 20 ausgestatteten Teilbereich 18 geleitet. Die Er³⁺-Ionen absorbieren das ultraviolette Licht der Leuchtdiode 22 und emittieren grünes Licht mit der Wellenlänge von 530 nm, wobei der Teilbereich 18 grünes Licht emittiert, sobald die Leuchtdiode 22 eingeschaltet wird.

In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung hat der Teilbereich 18 andere Formen wie Linien, Buchstaben oder ähnliches.

Die Leuchtdiode 22 wird von einer Steuereinheit 24 betrieben, die zudem ein Signal des Temperatursensors 16 ausliest. In einer Ausgestaltung der Erfindung schaltet die Steuereinheit 24 die Leuchtdiode 22 immer dann ein, wenn die von dem Temperatursensor 16 erfasste Temperatur oberhalb eines Schwellenwerts, beispielsweise 50 oder 60°C liegt.

Die Figuren 2 und 3 zeigen alternative Ausgestaltungen der Erfindung, wobei analoge oder gleich wirkende Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die folgende Beschreibung beschränkt sich auf Unterschiede zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, während im Hinblick auf gleich bleibende Merkmale auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen wird.

In den Figur 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das lumineszente Material 20 jeweils durch verschiedene Verfahren in ein sich unmittelbar an die Unterseite 14 anschließenden Bereichs der Scheibe 10 in das transparente Material eingebracht.

In dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das lumineszente Material 20 durch ein Lasereinlagerungsverfahren in das transparente Material eingebracht. Dazu wird ein Pulver mit 4f-lonen auf die Unterseite 14 der Scheibe 10 aufgebracht. Anschließend wird der gewünschte Teilbereich 18 mit einem Laser stark erhitzt. Dadurch brennen sich die Ionen des lumineszenten Materials 20 in das Glaskeramikmaterial der Scheibe 10 ein bzw. die Ionen diffundieren unter die Oberfläche der Unterseite 14 des Glaskeramikmaterials. Das verbleibende lumineszente Material 20 wird entfernt, so dass nur in dem ausgewählten und mit dem Laser behandelten Teilbereich 18 lumineszentes Material 20 unmittelbar unter der Oberfläche der Unterseite 14 verbleibt.

Figur 3 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung, in der mit einem Laser ein Gitter bzw. Raster von kleinen, als Sacklochbohrungen ausgebildeten Ausnehmungen 26 in die Unterseite 14 der Scheibe 10 eingearbeitet sind. Anschließend wurden die Ausnehmungen 26 mit dem lumineszenten Material 20 gefüllt und die mit dem lumineszenten Material 20 gefüllten Ausnehmungen 26 wurden mit einer Schutzschicht 28 aus Glas verschlossen.

Die Erfindung ist nicht auf die Verbesserung von Abdeckscheiben von Kochfeldern beschränkt, sondern kann auch in weiteren Hausgeräten angewandt werden. Beispielsweise ist die Verwendung in einer Backofenscheibe denkbar. Ferner können verschiedene Teilbereiche der Scheiben mit verschiedenen lumineszenten Materialien ausgestattet werden, die beispielsweise in unterschiedlichen Farben leuchten und/oder die in einer unterschiedlichen Weise angeregt werden können, um selektiv unterschiedliche optische Signale geben zu können. Beispielsweise können Pr³⁺-Ionen verwendet werden, die durch Ultraviolettlicht zur Emission von gelbem Licht von 580 bis 590 nm Wellenlänge angeregt werden können. Ferner können auch 5f-lonen, wie Ce³⁺, verwendet werden, die anregt durch ultraviolettes Licht weitestgehend weißes Licht in einem breiten Spektralbereich emittieren. Alternative 4f-lonen sind Dy³⁺, Tm³⁺, Eu³⁺, Ho³⁺ sowie Oxidzusammensetzungen solcher Ionen, wie Er₂O₃, Pr₂O₃ etc. Weitere lumineszente Materialien, die verwendet werden können, sind Quantenpunkte, wie AlAs, GaAs und andere. Solche Materialien sind insbesondere in Zusammenhang mit der in Figur 3 dargestellten Ausgestaltung der Erfindung sinnvoll, in der kleine Ausnehmungen 26 in die Rückseite der Scheibe 10 eingearbeitet sind.

Um eine Absorption des ultravioletten Lichts beim Transport durch die Scheibe 10 zu vermeiden, kann das ultraviolette Licht in weiteren alternativen Ausgestaltungen der Erfindung von der Unterseite 14 aus auf den Teilbereich 18 aufgestrahlt werden. Wenn das lumineszente Material 20 unmittelbar unterhalb der Unterseite 14 deponiert wurde, kann selbst bei einer starken Dämpfung des ultravioletten Lichts in dem transparenten Material gewährleistet werden, dass ein großer Teil des ultravioletten Lichts das lumineszente Material 20 erreicht. Ferner kann die erfindungsgemäße Glaskeramikscheibe auch ohne externe Beleuchtung alleine durch Thermolumineszenz eine Signalfunktion ausüben, so dass infrarote Photonen einer Wärmequelle das lumineszente Material 20 zum Lumineszieren anregen können.

Als ein weiterer Effekt des lumineszenten Materials 20 kann eine Unterdrückung der 4f-Lumineszenz durch die Temperatur genutzt werden. In einigen lumineszenten Materialien verschwindet die Lumineszenz bei einer Temperatur oberhalb von ca. 160°C. Wenn beispielsweise das lumineszente Material 20 auf eine Innenseite einer Backofenscheibe aufgebracht ist, kann aus der Tatsache, dass die Lumineszenz verschwindet, geschlossen werden, dass beispielsweise ein Vorheizen des Backofens beendet ist.

10

Scheibe

12

Oberseite

14

Unterseite

16

Temperatursensor

18

Teilbereich

20

Material

22

Leuchtdiode

24

Steuereinheit

26

Ausnehmung

28

Schutzschicht