[0001] Die Erfindung betrifft ein Heizelement, insbesondere Strahlungsheizelement für die
Beheizung von Glaskeramikplatten in Kochgeräten mit wenigstens zwei gesondert schaltbaren
Heizzonen mit elektrischen Heizwiderständen.
[0002] Aus der DE-A-30 07 037 ist ein Heizelement mit zwei konzentrischen Heizzonen bekannt
geworden. Es ist erwünscht, die Leistung der mittleren Heizzone kräftig zu erhöhen,
um bei kleinen Kochgefäßen eine kurze Ankochzeit zu erreichen. Eine Gesamtleistung
über einer bestinmten Grenze, beispielsweise 2100 W,ist nicht möglich, wenn die Steuerung
mit einem taktenden Leistungssteuergerät vorgenommen werden soll. Die hohen Ein- und
Ausschaltströme und die notwendige Schaltfrequenz belasten das Stromnetz unzulässig.
Erhöht man die Leistung der mittleren Heizzone auf Kosten der anderen, ergibt sich
bei Zusammenschaltung eine ungünstige Wärmeverteilung. Ferner sind Heizwiderstände
mit zu kleiner Leistung für höhere Spannungen, insbesondere 380 V, schwer herzustellen,
weil die Drähte zu dünn werden und sich schlecht auf dem Isolierkörper des Heizelementes
befestigen lassen.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Heizelement zu schaffen, das trotz erhöhter Leistung
bei guter Herstellbarkeit eine gleichmäßige Wärmeverteilung bei Einschaltung beider
Heizzonen erlaubt.
[0004] Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ein Heizwiderstand einer der Heizzonendem
Heizwiderstand der anderen Heizzone in Reihe vorschaltbar ist.
[0005] Dadurch kann in der-allein einschaltbaren Heizzone, meist der Mittelzone, eine hohe
Leistung bei hoher spezifischer Heizflächenbelastung installiert werden, während bei
Umschaltung auf die Gesamtheizfläche des Heizelementes eine gleichmäßige Leistungsverteilung
erreicht wird. Dazu kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorschaltwiderstand
in der anderen, beispielsweise äußeren Heizzone zusätzlich zu einem weiteren Heizwiderstand
angeordnet sein, der mit dem allein einschaltbaren, mittleren Heizwiderstand beispielsweise
parallel geschaltet sein kann. Die Leistungsverteilung ist dabei beliebig einzustellen;
so kann beim Betrieb mit beiden Heizzonen die spezifische Heizflächenbelastung der
Mittelzone geringer sein als die der äußeren. Diese Ausführungsform ist insbesondere
für Heizelemente geeignet, die bewußt zwei verschieden große oder unterschiedlich
gestaltete Heizzonen haben, die entsprechend der Topfgröße oder -form unterschiedlich
eingeschaltet werden.
[0006] Die Anordnung von zwei Heizzonen, die dann allerdings im Betrieb kaum voneinander
getrennt sind, kann jedoch auch bei einem Heizelement sinnvoll sein, bei dem die Allein-Einschaltung
eines Heizwiderstandes einer Leistungserhöhung in einer Ankochphase oder dergleichen
dient. Dazu kann erfindungsgemäß der vorschaltbare Heizwiderstand zur Minderung einer
in dem anderen Heizwiderstand vorgesehenen erhöhten Ankochleistung auf Normalleistung
vorschaltbar sein. Wenn dabei der vorschaltbare Heizwiderstand eine mittlere, den
anderen Heizwiderstand enthaltende Heizzone eng umgibt, so ergibt sich eine Gesamtkochfläche,
die oft nicht wesentlich größer ist, als die, die vom allein einschaltbaren Heizwiderstand
eingenommen wird. Trotzdem kann dabei in einem Ankochbereich eine erhöhte konzentriertere
Leistung geschaffen werden, die im Zusammenwirken mit den in diesem Zustand auch noch
kalten Kochgefäßen und der damit stärkeren Kühlung der Glaskeramikplatte auch einen
erhöhten Leistungsdurchsatz bewirkt. Die eingeschaltete Gesamtkochfläche hat dann
eine geringere Gesamtleistung als vorher die Mittelzone allein. Die äußere Heizzone
kann insofern in eine Gesamtwicklung integriert sein, daß sie die äußere oder in Sonderfällen
auch die innere Windung bzw. Doppelwindung der spiralförmig gelegten Windungen beider
Heizzonen einnimmt.
[0007] Die DE-A-30 07 037 zeigt auch, bei Heizelementen mit zwei Heizzonen,entsprechend
der bei einer Heizzone nur auf einen bestimmten Bereich beschränkten Wärmeeinwirkung
auf-den Temperaturfühler eines Temperaturbegrenzers,diesen mit Schaltern unterschiedlicher
Ansprechtemperatur auszurüsten, um eine Abschaltung bei vergleichbarer Oberflächentemperatur
der Glaskeramikplatte zu erreichen. Dabei ist es dann nötig, zwischen dem Steuergerät
und dem Heizelement vier Zuleitungen zu verlegen und den Zuschalter für die zweite
Heizzone als Doppelschalter auszubilden. Wenn bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Temperaturbegrenzer mit zwei Kontakten unterschiedlicher Ansprechtemperatur
vorgesehen ist, von denen der mit niedriger Ansprechtemperatur als Umschaltkontakt
ausgebildet ist, wird dieses Problem gelöst. Der Umschalter schaltet dabei den auch
einzeln einzuschaltenden Heizwiderstand bei Erreichen der niedriger justierten Ansprechtemperatur
von einem Stromzweig vor dem Zuschalter auf einen Stromzweig hinter dem Zuschalter
um, so daß er in Alleinschaltung ausgeschaltet ist, jedoch bei Eins
-chal- tung beider Heizzonen wieder mit seiner gegebenenfalls durch den Vorwiderstand
erniedrigten Leistung eingeschaltet ist. Diese Schaltung benötigt nur drei Kochplattenzuleitungen
und einen einfachen Schalter für die Zuschaltung der zweiten Heizzone.
[0008] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Ausführungsbeispiele der
Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 und 2 schematische Draufsichten und Schaltbilder je eines Heizelementes und
seiner Steuerung.
[0009] In der Zeichnung ist ein Strahlungsheizelement 11 für eine Glaskeramikkochplatte
eines Kochherdes dargestellt. Es enthält auf einem Isolierträger 12 Heizwiderstände
13, 14, 15, die aus Drahtwendeln bestehen, die in Form von Kreisbögen, Spiralen oder
Doppel-Spiralen auf der Oberfläche des Isolierträgers befestigt sind. Sie sind in
zwei Heizzonen 16, 17 angeordnet, wobei die mittlere Heizzone 16 den Heizwiderstand
13 enthält und von einer ringförmigen Heizzone 17 mit wesentlich größerer Gesamtfläche
umgeben ist, in der ein Haupt-Heizwiderstand 14 in Form einer Ringschlaufe mit vier
zueinander parallel verlaufenden Wendeln angeordnet, wobei jedoch zwischen den beiden
äußeren Strängen über einen Sektor von beispielsweise 60° der Heizwiderstand 15 in
Form einer einfachen, gebogenen Schlaufe angeordnet ist und dort den Haupt-Heizwiderstand
14 auf die vier Stränge ergänzt.
[0010] Diametral über beide Heizzonen 16, 17 hinweg ragt ein stabförmiger Temperaturfühler
18 eines Temperaturbegrenzers 19, der die Glaskeramikplatte durch Abschaltung der
Heizwiderstände vor einer schädlichen Oberhitzung schützt. Der Temperaturbegrenzer
enthält zwei Schaltkontakte 20, 21, die auf unterschiedliche Ansprechpunkte justiert
sind und von denen der Kontakt 21- ein Umschaltkontakt ist.
[0011] Ein taktendes Leistungssteuergerät 22 dient zur Steuerung der Leistung. Es enthält
ein von einem Steuerheizwiderstand 24 beheiztes Bimetall 23, das auf einen Schalter
25 einwirkt, wobei über einen Einstellknopf 26 die dadurch in unterschiedlicher relativer
Einschaltdauer getaktete Leistung einstellbar ist. Durch einen Zusatzschalter 27 ist
die äußere Heizzone 17 zuschaltbar.
[0012] Die Leistungszuführung zum Heizelement 11 erfolgt über den Schalter 25 und den auf
eine höhere Temperatur justierten Kontakt 20 des Temperaturbegrenzers 19. An diesen
Zweig 28 sind die Heizwiderstände 14 und 13 geschaltet. Das andere Ende des mittleren
Heizwiderstandes 13 läußt zum anderen Schaltkontakt 21 des Temperaturbegrenzers und
kann dort auf zwei Anschlüsse verzweigt werden, die einerseits mit dem anderen Netzpol
29 und andererseits mit einer Zuleitung 30 zu dem Vorschalt-Heizwiderstand 15 in Verbindung
stehen. Die jeweils anderen Enden der Heizwiderstände 14, 15 sind zusammen an den
Schalter 27 gelegt.
[0013] Die Funktion des-Heizelementes ist wie folgt (Fig. 1):
Bei geöffnetem Schalter 27 wird lediglich die mittlere Heizzone 16 betrieben, beispielsweise
wenn nur ein kleiner Topf erwärmt werden soll. Bei Einschaltung des Leistungssteuergerätes
über den Einstellknopf 26 wird der Schalter 25 geschlossen und über den geschlossenen
Kontakt 20 des Temperaturbegrenzers 19-und den in der in der Zeichnung dargestellten
Lage befindlichen Umschaltkontakt 21 wird die mittlere Heizzone mit ihrer vollen Leistung
betrieben, die beispielsweise ca. 40 bis 50 % der Gesamtleistung des Heizelementes
betragen kann. Dadurch wird eine relativ schnelle Erwärmung des kleinen Kochgefäßes
erzielt. Die mittlere Heizzone 16 heizt nur den mittleren Teil des Temperaturfühlers
18 auf volle Temperatur auf, so daß die resultierende Ausdehnung des Temperaturfühlers geringer ist, als bei vollständiger Beaufschlagung des Temperaturfühlers.
Da c Umschaltkontakt auf einen niedrigeren Ansprechpunkt justiert ist, schaltet der
Heizwiderstand 13 trotzdem bei der richtigen Begrenzungstemperatur ab. Der Umschaltkontakt
21 schaltet dann auf den Kontakt 31 um.
[0014] Wenn die äußere Heizzone 17 über den Zusatzschalter 27 eingeschaltet wird, so wird
bei vorher kaltem Heizelement, d.h. noch nicht ansprechendem Kontakt 21, die ungeminderte
Leistung des Heizwiderstandes 13, beispielweise 900 Watt, und die Leistung des Heizwiderstandes
14 (z.B. 1400 Watt) eingeschaltet, so daß eine hohe Gesamtleistung zum Ankochen eingeschaltet
ist. Da jetzt die gesamte Temoeraturfühlerlänge beheizt wird, erfolgt die Umschaltung
des Kontaktes 21 wesentlich früher, d.h. bei einer wesentlich unter der Begrenzungstemperatur
liegenden Temperatur. Durch die Umschaltung auf den Kontakt 31 wird jetzt dem Heizwiderstand
13 der Heizwiderstand 15 in Reihe vorgeschaltet, so daß die Leistung des Heizwiderstandes
13 erheblich gemindert wird(beispielsweise auf 650 Watt), während der äußeren Heizzone
ein wenn auch relativ geringer Leistungsanteil durch den Vorschaltheizwiderstand 15
hinzugefügt wird. Durch die entsprechende Bemessung der Heizwiderstände können die
spezifischen Heizflächenbelastungen den Gegebenheiten angepaßt werden. In jedem Falle
ist es aber möglich, eine gleichmäßige spezifische Heizflächenbelastung über die gesamte
Fläche zu erzielen, oder sie im Mittelbereich sogar niedriger zu wählen.
[0015] Bei Erreichen der Begrenzungstemperatur schaltet der Kontakt 20 die Gesamtleistung
ab und bei absinkender Temperatur wieder ein.
[0016] Von der dargestellten Ausführungsform sind zahlreiche Abwandlungen möglich. So kann
beispielsweise die Anordnung der Heizwiderstände unterschiedlich sein. Statt der auf
ein Ringsegment begrenzten Anordnung des Zuschalt-Heizwiderstandes 15 könnte dieser
beispielsweise auch als eine um das gesamte Heizelement umlaufende Windung,beispielsweise
als die innere-Windung, angeordnet sein. In jedem Falle bleibt der Vorteil, daß durch
den Vorschalt-Heizwiderstand nicht nur die- Leistung der anderen Heizzone gemindert
wird, sondern auch die Zuschaltheizzone 17 eine zusätzliche Leistung durch den Vorschalt-Hetzwiderstand
erhält.
[0017] Die Anordnung kann auch bei anderer als kreisförmig konzentrischer Anordnung brauchbar
sein, beispielsweise bei einem Rechteckheizkörper mit einer zentralen runden Kochstelle
und an beiden Seiten angesetzten Zusatzheizzonen, wobei die langgestreckt rechteckigen
Kochflächen meist zum Wärmen benutzt werden und daher eine gleichmäßige Leistungsverteilung
besonders wichtig ist.
[0018] Der beschriebene Temperaturbegrenzer hat den Vorteil, daß durch den Umschalter 21
die beschriebenen Schaltmöglichkeiten mit nur einem Zusatzschalter 27 möglich sind,
da der Umschalter beim Erreichen der niedrigeren Ansprechtemperatur den vorher allein
eingeschalteten Heizwiderstand 13 dem Heizwiderstand 14. parallel schaltet, wobei
ihm selbst der Vorschalt-Heizwiderstand 15 vorgeschaltet wird. Auch ohne Verwendung
des Vorschalt-Heizwiderstandes ergibt sich dieser Vorteil_bei Heizelementen mit zwei
gesondert schaltbaren Heizwiderständen und einem Temperaturbegrenzer mit zwei verschiedenen
Ansprechtemperaturen. Es ist auch möglich, vorzugsweise jeweils unter Vorschaltung
eines Vorschalt-Heizwiderstandes, mehrere Heizwiderstände für mehr als zwei Heizzonen
auf diese Weise einzeln bzw. parallel zu schalten.
[0019] Fig. 2 zeigt ein Heimlement, bei dem zwar zwei Heizzonen 16a, 17a vorhanden sind,
die jedoch nicht so deutlich voneinander getrennt sind wie bei Fig. 1. Sie sind nicht,
wie in Fig. 1. dazu gedacht, Töpfe unterschiedlicher Größe zu beheizen, sondern sind
einer Kochstelle von einheitlicher Größe zugeordnet. Dementsprechend hat der schüsselförmige
Isolierkörper 35, in dem die Heizwiderstände 13a, 15a angeordnet sind auch keine inneren
Unterteilungen,sondern nur einen die aus beiden Heizzonen gebildete gemeinsame Kochstelle
umgebenden Rand 36, der an der Unterseite der Glaskeramikplatte anliegt.
[0020] Bei gleichem Aufbau der Steuerschaltung 22 wie in Fig. 1 (gleiche Teile tragen gleiche
Bezugszeichen), ist die Anordnung der Heizwiderstände so, daß der innere Heizwiderstand
13a den größten Teil der Fläche einnimmt, während der äußere Heizwiderstand 15a praktisch
auf die äußere Windung beschränkt ist. Dazu sind im Ausführungsbeispiel beide Heizelemente
durchgehend in Form einer Doppelspirale, d.h. einer Spirale mit zwei parallelen, in
der in der Heizelementmitte umkehrenden Windungen gelegt. Der äußere Heizwiderstand
erstreckt sich zwischen einem Anschluß 37 und einer Anzapfung 38, die durch einen
eingesetzten Verbindungsstift zwischen den Heizwiderständen 13a, 15a gebildet ist,
während der mittlere Haupt-Heizwiderstand 13a zwischen einem Anschluß 39 am Inneren
der äußeren Doppelwindung und der Anzapfung 38 angeschlossen ist.
[0021] Es ist ein Temperaturbegrenzer 19a vorgesehen, dessen Stab-Temperaturfühler 18a etwas
außermittig über beide Beheizzonen 16a, 17a ragt. Der Temperaturbegrenzer 19a hat
nur einen einfachen Schaltkontakt, der bei Erreichen der Ansprechtemperatur geöffnet
wird.
[0022] Die Funktion ist wie folgt (Fig. 2):
Wenn der Schalter 27 geschlossen ist, ist der Heizwiderstand 13a allein eingeschaltet,
der eine vergleichsweise große Leistung hat. Sie entspricht einer Ankochleistung,
d.h. einer höheren Leistung als das Heizelement im Dauerzustand haben soll. Der Draht,
aus dem die Heizwendel 13a besteht, kann daher relativ dick sein und ist somit leicht
zu verlegen und thermisch und mechanisch dauerhaft. Diese Leistung wird nach dem Ansprechen
des Leistungssteuergerätes 23, 24, 25 entsprechend dem eingestellten Leistungswert
getaktet. Wenn der Schalter 27 geöffnet wird, so ist der vorher kurzgeschlossene Heizwiderstand
15a in Reihe vor den Heizwiderstand 13a geschaltet, so daß beide Heizwiderstände nun
zusammen eine geringere Leistung haben als der Hetzwiderstand 13a allein. Bei dieser
Stellung sind also beide Heizzonen 16a, 17a eingeschaltet und es ergibt sich eine
gleichmäßiger verteilte, jedoch niedrigere Leistung, die zum Fortkochen verwendet
wird.
[0023] Obwohl es auf den ersten Blick sinnwidrig erscheint, die größere Leistung auf einen
kleineren Bereich, nämlich die innere Heizzone 16a, zu beschränken und bei der niedrigeren
Leistung die größere Fläche, nämlich beide Heizzonen 16a, 17a zusammen, zu verwenden,
ergibt sich, daß außer den Herstellungsvorteilen auch Betriebsvorteile auftreten.
Obwohl bei-der Ankochleistung die kleinere Abstrahl fläche zur Verfügung steht, hat
sich in Versuchen gezeigt, daß sich die Ankochzeit nicht verlängert. Der in Alleinschaltung
relativ hoch belastete Heizwiderstand 13a kommt sehr schnell zum Glühen, so daß die
dem Heizelement innewohnende Totzeit merklich abgekürzt wird. Ferner wird der Temperaturbegrenzer
19a in seinem randnahen Bereich weniger schnell aufgeheizt und es ergibt sich eine
etwas verzögerte Abschaltung, die noch im Bereich des Zulässigen liegt, aber der Verkürzung
der Anheizzeit zugutekommt. Auf der Seite des Kochgefäßes ist ebenfalls die starke
Leistungskonzentration im Anheizbereich weniger kritisch, da in diesem. Bereich d.ie
Speisen noch kalt sind und nicht zum Ankochen oder teilweisenVerbrennen neigen, während
im Fortkochbereich, wenn dies kritisch wird, die vergleichmäßig niedrigere Leistung
vorliegt. Auch die Lebensdauer der Heizelemente ist überraschend gut. Trotz der starken
Belastung des Heizwiderstandes 13a während der Ankochphase wirkt sich dies nicht lebensdauermindernd
aus, weil diese Zeit meist sehr kurz ist. Der Schalter 27 wird vorzugsweise manuell
betätigt, könnte aber auch thermisch oder durch ein Zeitschaltwerk betätigt werden.
1. Heizelement, insbesondere Strahlungs-Heizelement (11) für die Beheizung von Glaskeramikplatten
in Kochgeräten mit wenigstens zwei gesondert schaltbaren Heizzonen (16, 17) mit elektrischen
Heizwiderständen (13, 13a, 14, 15, 15a),dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizwiderstand
(15, 15a) einer der Heizzonen (17, 17a) einem Heizwiderstand (13, 13a) der anderen
Heizzone (16, 16a) in Reihe vorschaltbar ist.
2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorschaltbare Heizwiderstand
(15, 15a) zu einer Heizzone (17, 17a) gehört, die als Zuschalt-Heizzone zu der anderen,
in Betrieb stets eingeschalteten Heizzone (16, 16a) einschaltbar ist.
3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizzone (17,
17a) die andere Heizzone (16, 16a) umgibt, wobei vorzugsweise die äußere Heizzone
(17, 17a) den vorschaltbaren Heizwiderstand (15, 15a) enthält.
4. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der vorschaltbare Heizwiderstand (15) zusätzlich zu einem weiteren Heizwiderstand
(14) in seiner Heizzone (17) vorgesehen ist, wobei insbesondere bei vorgeschaltetem
Heizwiderstand (15) die spezifische Heizflächenbelastung der Zuschalt- Heizzone (17)
gleich oder vorzugsweise größer ist als die spezifische Heizflächenbelastung der anderen
Heizzone (16).
5. Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorschaltbare Heizwiderstand
(15) einen Teil des Umfanges und/oder der radialen Erstreckung der Zuschalt- Heizzone
(17) einnimmt und vorzugsweise gesondert von dem übrigen Heizwiderstand (14) der entsprechenden
Heizzone (17) angeordnet ist.
6. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorschaltbare Heizwiderstand
(15a) zur Minderung einer in dem anderen Heizwiderstand (13a) vorgesehenen erhöhten
Ankochleistung auf Normalleistung vorschaltbar ist.
7. Heizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorschaltbare Heizwiderstand
(15a) eine mittlere, den anderen Heizwiderstand (13a) enthaltende Heizzone (16a) eng
umgibt, wobei vorzugsweise der vorschaltbare Heizwiderstand (15a) die äußere Windung
einer in Form einer Spirale oder Doppelspirale gelegten Heizwendel ist.
8. Heizelement, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß sich über beide Heizzonen (16, 17 ) des Heizelementes der Temperaturfühler eines
Temperaturbegrenzers (19) mit zwei Kontakten (20, 21) unterschiedlicher Ansprechtemperatur
erstreckt, von denen der mit niedrigerer Ansprechtemperatur als Umschaltkontakt (21)
ausgebildet ist, wobei vorzugsweise bei konzentrisch angeordneten Heizzonen (16, 17)
dem Heizwiderstand (13) der inneren Heizzone (16) der Schalter (21) mit der niedrigsten
Schalttemperatur zugeordnet ist.
9. Heizelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltkontakt (21)
in einer Ankochphase die Haupt-Heizwiderstände (13, 14) beider Heizzonen (16, 17)
parallel schaltet und bei seinem Umschalten dem einen Heizwiderstand (13) den vorschaltbaren
Heizwiderstand (15) in Reihe vorschaltet.
10. Heizelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltkontakt (21)
in der Zuleitung zu dem zugehörigen Heizwiderstand (13) liegt, als Umschalter ausgebildet
ist und bei Erreichen seiner Ansprechtemperatur den ihm zugeordneten Heizwiderstand
(13) zum jeweils nächsten Heizwiderstand (14) parallelschaltet, wobei der Schalter
(20) mit der höchsten Ansprechtemperatur in Reihe zur gemeinsamen Rückleitung (28)
aller Beheizungen (13, 14, 15) liegt.