DE202005008402U1

DE202005008402U1 - Temperatursensoranordnung

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Publication number: DE202005008402U1
Application number: DE202005008402U
Authority: DE
Original assignee: Ceramaspeed Ltd
Current assignee: Ceramaspeed Acquisition Co Ltd
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2015-05-26
Also published as: GB2414559B; GB2414559A; GB0411720D0

Abstract

Temperatursensoranordnung für eine elektrische Heizanordnung (2), wobei die elektrische Heizanordnung umfasst: eine Kochplatte (4) mit einer Oberseite (6) zur Aufnahme eines Kochgeschirrs (8) und einer Unterseite (10) sowie einen elektrischen Heizer (12), der wenigstens ein elektrisches Heizelement (20) umfasst und der in Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte gehalten ist, wobei die Temperatursensoranordnung (30) angepasst ist, um in der elektrischen Heizanordnung mit Abstand über dem wenigstens einen elektrischen Heizelement und in Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte angeordnet zu sein, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoranordnung wenigstens ein temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement (38) in Folienform und ein elektrisch isolierendes Element (92) umfasst, das das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement überdeckt, wobei das elektrisch isolierende Element selbsttragend ausgebildet ist und eine Oberseite (94) aufweist, die angepasst ist zum Berühren der Unterseite (10) der Kochplatte (4), und die eine Unterseite aufweist, die das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement berührt, wobei die Temperatursensoranordnung angepasst und...

Description

Diese Erfindung betrifft eine Temperatursensoranordnung zur Verwendung mit einer elektrischen Heizanordnung in einem Kochgerät, in dem eine Kochplatte, beispielsweise aus glaskeramischem Material, eine Oberseite aufweist zur Aufnahme eines Kochgeschirrs und eine Unterseite, an der in Kontakt damit ein elektrischer Heizer angebracht ist, der wenigstens ein elektrisches Heizelement umfasst.
Es wurde vorgeschlagen, eine Temperatursensoranordnung vorzusehen, die ein folienförmiges temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement umfasst, das auf der Oberseite eines geeigneten Substrats aufgetragen, beispielsweise einer ebenen Keramik, und innerhalb des elektrischen Heizers unterhalb der Kochplatte angeordnet ist. Es ist insbesondere erforderlich, dass eine solche Temperatursensoranordnung verwendet werden kann, um die Temperatur eines Kochgeschirrs auf der Oberseite der Kochplatte zu überwachen. Dort ist es erforderlich, dass man kleine Temperaturänderungen der Kochplatte direkt oberhalb der Temperatursensoranordnung messen kann und eine gute thermische Kopplung ist erforderlich zwischen dem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement und der Kochplatte. Idealerweise wäre es überlegenswert, das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement in im Wesentlichen direkten Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte anzuordnen. Dies kann jedoch zu Problemen hinsichtlich der elektrischen Sicherheit führen.
Das folienförmige temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement umfasst ein elektrisch leitfähiges Material, wie Platin, und muss zum Betrieb mit einem konstanten elektrischen Strom in der Größenordnung von einigen mA versorgt werden aus einer Spannung, die von der Sekundärwicklung eines Leistungstransformators bereitgestellt wird, dessen Primärwicklung mit dem Stromnetz verbunden ist. Um eine Übereinstimmung mit internationalen elektrischen Sicherheitsstandards sicherzustellen, wäre es im Allgemeinen notwendig, bei einer solchen Anordnung eines temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselements die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators physisch zu trennen, da anderenfalls bei einem außergewöhnlichen Versagen der elektrischen Isolierung der Drähte der Wicklungen die Spannung auf der Primärwicklung (normalerweise 230 V Wechselspannung) unmittelbar auf die Sekundärwicklung gelangen kann. Dies kann dazu führen, dass das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement der Temperatursensoranordnung mit der vollen Netzspannung beaufschlagt wird. Befindet sich das folienförmige temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement im Wesentlichen in Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte kann es passieren, dass ein Teil des Netzstroms in die Kochplatte gelangen kann und auch in ein metallisches Kochgefäß auf der Oberseite der Kochplatte. Dies stellt selbst bei einem glaskeramischen Kochfeld ein Risiko dar, da üblicherweise hierfür verwendete glaskeramische Materialien typischerweise bei 600°C einen spezifischen Durchgangswiderstand von etwa 10 k·Ωcm haben.
Dass in einem solchen Fall auftretende Risiko kann beseitigt werden durch Verwendung eines Isoliertransformators, auch bekannt als Schutzkleinspannungstransformator, in Verbindung mit weiteren Isoliermaßnahmen. Ein solcher Trenntransformator ist als wesentlich anzusehen, wenn das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement in Kontakt mit der Kochplatte anzuordnen ist oder mit einer dünnen Abdeckschicht einer Passivierung oder einem dielektrischen Material versehen ist oder selbst wenn es von der Kochplatte durch einen Luftspalt von mehreren Millimetern getrennt ist.
Die Verwendung eines solchen Trenntransformators ist nicht immer zielführend, da seine Anordnung auf Leiterplatten von Regeleinrichtungen für eine Kocheinrichtung Veränderungen an bestehenden elektrischen und mechanischen Komponenten erforderlich machen kann, und dadurch die Konstruktion der Einrichtung insgesamt tangiert. Dies ist teuer und unzweckmäßig, insbesondere da die meisten Kocheinrichtungen so konstruiert sind, dass sie benutzerbediente elektronische Steuereinrichtungen aufweisen, die über einen konventionellen Transformator mit einfacher Isolierung, der kein Trenntransformator ist, betrieben werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Problem zu überwinden oder zu minimieren durch Bereitstellung einer Temperatursensoranordnung, die in der Lage ist, zufriedenstellend die Temperatur eines darüber liegenden Bereiches einer Kochplatte zu überwachen und damit eines Kochgeschirrs, das sich auf der Oberseite der Platte befindet, ohne die Verwendung eines speziellen Trenntransformators zu erfordern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Temperatursensoranordnung für eine elektrische Heizanordnung bereitgestellt, wobei die elektrische Heizanordnung umfasst: eine Kochplatte mit einer Oberseite zur Aufnahme eines Kochgeschirrs und einer Unterseite, einen elektrischen Heizer enthaltend wenigstens ein elektrisches Heizelement, wobei der Heizer in Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte angebracht ist, wobei die Temperatursensoranordnung angepasst ist, um in der elektrischen Heizanordnung mit Abstand oberhalb des wenigstens einen elektrischen Heizelementes in Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte angeordnet zu werden, wobei die Temperatursensoranordnung wenigstens ein temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement in Folienform und ein elektrisch isolierendes Element umfasst, das das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement überdeckt, wobei das elektrisch isolierende Element selbsttragend ausgebildet ist und eine Oberseite aufweist, die angepasst ist zum Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte, und eine Unterseite, die das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement berührt, wobei die Temperatursensoranordnung angepasst und aufgebaut ist, so dass ein Abstandswert von wenigstens 3,5 mm zwischen dem wenigstens einen temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement und der Oberseite des elektrisch isolierenden Elements bereitgestellt wird, wobei der Abstandswert definiert ist als die Summe der Dicke des elektrisch isolierenden Elements und dem schmalsten lateralen Abstand zwischen einer Seitenkante des elektrisch isolierenden Elements und dem wenigstens einen temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement.
Das elektrisch isolierende Element kann ein Trägersubstrat für das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement in Folienform umfassen, wobei das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement an der Unterseite des Trägersubstrats angebracht ist, und wobei eine Oberseite des Trägersubstrats angepasst ist, um in Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte zu stehen.
Alternativ kann das elektrisch isolierende Element wenigstens einen Teil eines elektrisch isolierenden Trägersubstrats, beispielsweise aus Keramikmaterial, für das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement in Folienform überdecken und berühren, wobei das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement an der Oberseite des Trägersubstrats angebracht ist.
Das elektrisch isolierende Element kann lose in der Temperatursensoranordnung angeordnet oder durch Klebeeinrichtungen oder mechanische Befestigungseinrichtungen, wie beispielsweise Klammern, befestigt sein.
Das elektrisch isolierende Element kann in Form einer Platte oder eines dünnen Stabes ausgebildet sein und von im Wesentlichen ebener Gestaltung sein.
Das elektrisch isolierende Element kann einen spezifischen Durchgangswiderstand von wenigstens 10⁵ Ω·cm bei einer Temperatur von etwa 600°C aufweisen.
Das elektrisch isolierende Element kann eine Durchschlagsfestigkeit bezogen auf seine Dicke von wenigstens 3 kV/mm bei einer Temperatur von 600°C aufweisen.
Das elektrisch isolierende Element kann eine thermische Leitfähigkeit von wenigstens 1 W/m·K aufweisen.
Das elektrisch isolierende Element kann eine Dicke von etwa 0,1 mm bis etwa 3 mm aufweisen, wobei der kleinste laterale Abstand zwischen der Seitenkante des elektrisch isolierenden Elements und dem wenigstens einen temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement von etwa 3,4 mm bis etwa 0,5 mm beträgt.
Elektrische Verbindungsleitungen in Folienform können für das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement vorgesehen werden, wobei das elektrisch isolierende Element angepasst und angeordnet ist, um mit seiner Unterseite berührend die elektrischen Anschlussleitungen wenigstens in einem Bereich der elektrischen Heizanordnung, der hohen Temperaturen ausgesetzt ist, zu überdecken, wobei ein Abstandswert von wenigstens 3,5 mm zwischen den elektrischen Anschlussleitungen und der Oberseite des elektrisch isolierenden Elements vorgesehen ist wenigstens in dem Bereich der elektrischen Heizanordnung, der hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wobei der Abstandswert definiert ist als die Summe der Dicken des elektrisch isolierenden Elements und dem kleinsten Abstand zwischen einer Seitenkante des elektrisch isolierenden Elements und den elektrischen Anschlussleitungen.
Die elektrischen Anschlussleitungen in Folienform können angepasst und angeordnet sein zur elektrischen Verbindung mit externen Schaltungen, die eine Spannungstransformatoreinrichtung umfassen können, wie einen Transformator mit einfacher Isolation. Die externe Schaltung kann eine mikroprozessorgestützte Regelanordnung umfassen.
Das elektrisch isolierende Element kann ein keramisches oder glaskeramisches Material umfassen.
Das elektrisch isolierende Element kann ausgewählt sein aus Quarzglas, synthetischem Quarzgut, Magnesiumsilikat (beispielsweise Steatit), Erdalkali-Aluminiumsilikat (beispielsweise Celsian), dichtem Magnesiumoxid, Zirconoxid, Siliciumnitrit, Aluminiumnitrit, Aluminiumtitanat, Aluminiumoxid (Tonerde), zirconverstärktem Aluminiumoxid und glaskeramischen Materialien.
Eine langgestreckte Halterung kann für die Temperatursensoranordnung vorgesehen werden. Solch eine Halterung kann ein keramisches Material wie Steatit, Cordierit oder Aluminiumoxid umfassen.
Die langgestreckte Halterung kann als Stab angeordnet sein und angepasst sein, um sich wenigstens teilweise über den Heizer von einem Randbereich des Heizers aus zu erstrecken. Die langgestreckte Halterung kann ein erstes Ende aufweisen, das am Randbereich des Heizers befestigt ist, und ein zweites Ende innerhalb des Heizers.
Die langgestreckte Halterung kann eine Unterseite aufweisen, die mit einer Schicht eines thermische Strahlung reflektierenden Materials versehen ist.
Ein metallischer Stützwinkel kann vorgesehen werden, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, wobei ein erster Abschnitt davon außerhalb des Heizers mit dem ersten Ende der langgestreckten Halterung verbunden ist und ein zweiter Abschnitt davon zur Befestigung in einem äußeren Bereich des Heizers dient, wie der Außenseite einer Umfangswand des Heizers. Der erste Abschnitt des Stützwinkels kann mit Clipseinrichtungen versehen sein, die mit Abschnitten des ersten Endes der langgestreckten Halterung zusammenwirken.
Der Stützwinkel kann angepasst und angeordnet sein, um die langgestreckte Halterung und dadurch die Oberseite des thermisch leitenden elektrisch isolierenden Elements gegen die Unterseite der Kochplatte vorzuspannen.
Eine thermische Isoliereinrichtung kann vorgesehen werden, die zwischen wenigstens einem Teil der langgestreckten Halterung und dem Trägersubstrat für das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement angeordnet ist, wenigstens in einem Bereich oder Bereichen, in denen das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement oder -elemente vorgesehen ist oder sind. Die langgestreckte Halterung kann eine Aussparung in seiner Oberseite aufweisen, die angepasst und angeordnet ist, um das Trägersubstrat für das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement und die thermische Isoliereinrichtung aufzunehmen.
Die thermische Isoliereinrichtung kann eine dünne Lage eines mikroporösen thermisch isolierenden Materials und/oder eines granularen thermisch isolierenden Materials umfassen. Solch ein granulares thermisch isolierendes Material kann Vermikulit oder Calciumsilikat umfassen.
Das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement kann Platin umfassen.
Eine elektrisch isolierende oder passivierende Lage kann vorgesehen sein, die das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement überdeckt.
Eine temperaturempfindliche Einrichtung kann zusätzlich vorgesehen sein mit einem stab- oder stiftförmigen Abschnitt, der angepasst ist, um sich wenigstens teilweise über den Heizer von einem Randbereich des Heizers aus zu erstrecken, und angepasst ist, um die Temperatur in einem Hohlraum zu überwachen, der gebildet ist zwischen dem wenigstens einen elektrischen Heizelement und der Unterseite der Kochplatte. Solche temperaturempfindlichen Einrichtungen können so angeordnet sein, dass sich deren stab- oder stiftförmiger Abschnitt wenigstens teilweise über den Heizer an einer Stelle erstreckt, die im Wesentlichen unterhalb der langgestreckten Halterung der Temperatursensoranordnung angeordnet ist. Die temperaturempfindliche Einrichtung kann sich ebenfalls des Stützwinkels bedienen, der für die langgestreckte Halterung der Temperatursensoranordnung vorgesehen ist.
Das wenigstens eine elektrische Heizelement kann ein elektrisches Widerstandsstrahlungsheizelement umfassen oder ein elektrisches Induktionsheizelement.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um deutlicher zu zeigen, wie sie angewendet werden kann, wird nachfolgend beispielsweise unter Bezug auf die Zeichnungen die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine elektrische Heizanordnung, die mit einer Temperatursensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist;
2 eine Schnittansicht der Anordnung aus 1;
3A eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Temperatursensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einer Anordnung gemäß den 1 und 2;
3B eine Explosionsdarstellung der Temperatursensoranordnung aus 3A;
3C eine Schnittansicht der Temperatursensoranordnung aus 3A;
3D eine schematische Querschnittsansicht eines Teils der Temperatursensoranordnung aus 3A, zusammengebaut mit einer Kochplatte, zur Verdeutlichung eines Abstandswertes zwischen der Kochplatte und einem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement und Anschlussleitungen;
4A eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Temperatursensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einer Anordnung gemäß den 1 und 2;
4B eine Explosionsdarstellung der Temperatursensoranordnung aus 4A;
4C eine Querschnittsansicht der Temperatursensoranordnung aus 4A; und
4D eine schematische Querschnittsansicht eines Teils der Temperatursensoranordnung aus 4A, zusammengebaut mit einer Kochplatte, zur Verdeutlichung eines Abstandswertes zwischen der Kochplatte und einem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement und Anschlussleitungen.
Eine in 1 und 2 gezeigte elektrische Heizanordnung 2 umfasst eine glaskeramische Kochplatte oder Kochfeld 4 bekannter Art mit einer Oberseite 6 zur Aufnahme eines Kochgeschirrs 8, beispielsweise einer Pfanne. An der Unterseite 10 der Kochplatte 4 befindet sich ein elektrischer Heizer 12, der in Kontakt mit der Kochplatte 4 gehaltert ist. Der elektrische Heizer 12 umfasst eine schalenförmige Halterung 14, beispielsweise aus Metall, in der eine Unterlage 16 eines thermisch und elektrisch isolierenden Materials vorgesehen ist, beispielsweise ein mikroporöses thermisch und elektrisch isolierendes Material. Eine Umfangswandung 18 aus einem thermisch isolierenden Material ist so angeordnet, dass sie die Unterseite 10 in der Kochplatte 4 berührt.
Wenigstens ein elektrisches Widerstandsstrahlungsheizelement 20 ist an der Unterlage 16 befestigt. Das Heizelement oder die Heizelemente 20 können jede bekannte Art eines Heizelements umfassen, beispielsweise draht-, band-, folien- oder lampenförmig, oder Kombinationen daraus. Insbesondere kann das Heizelement oder die Heizelemente 20 in Form eines gewellten Bandes ausgebildet sein, das hochkant auf der Unterlage 16 aus dem Isoliermaterial angeordnet ist.
Es sollte jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf einen Heizer beschränkt ist, der wenigstens ein elektrisches Widerstandsstrahlungsheizelement 10 umfasst. Anstelle dessen oder zusätzlich zu einem oder mehreren elektrischen Widerstandsstrahlungsheizelementen kann wenigstens ein elektrisches Induktionsheizelement vorgesehen sein.
Ein Anschlussblock 22 ist in einem Randbereich des Heizers 12 vorgesehen zur Verbindung des oder der Heizelemente 20 mit einer Stromversorgung 24 über Leitungen 26 und über Steuereinrichtungen 28, die in Form einer mikroprozessorgestützten Regelungseinrichtung vorgesehen sein kann.
Das Kochgeschirr 8 wird durch das oder die Heizelemente 20 beheizt und seine Temperatur wird durch eine Temperatursensoranordnung 30 überwacht, die nachfolgend näher beschrieben wird und die in Kontakt mit der Unterseite 10 der Kochplatte 4 angeordnet ist. Insbesondere ist die Temperatursensoranordnung 30 angepasst, um kleine Erhöhungen der Temperatur des Kochgeschirrs 8 durch die Kochplatte 4 zu erfassen, die beispielsweise durch ein in dem Kochgeschirr 8 auftretendes Trockenkochen entstehen kann, oder während eines geregelten Automatikkochbetriebes der Heizanordnung in Verbindung mit der Regeleinrichtung 28.
Die in den 3A, 3B und 3C dargestellte Temperatursensoranordnung 30 umfasst ein im Wesentlichen ebenes dünnes langgestrecktes Substrat 32, beispielsweise aus Keramik oder einem anderen elektrisch isolierenden Material, mit einer Oberseite 34, die an einem ersten Endabschnitt 36 auf der Oberseite 34 ein temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement 38 in Folienform und geeigneter Weise umfassend Platin, aufweist. Das Widerstandselement 38 kann auf die Oberfläche 34 des Substrats 32 durch Dickschichtdrucktechniken aufgebracht sein, es können jedoch auch andere Abscheidungstechniken angewendet werden. Das Keramiksubstrat 32 hat geeigneter Weise eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 1 mm und umfasst geeigneter Weise Aluminiumoxid. Ein geeigneter elektrischer Widerstandswert für das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 beträgt von etwa 50 bis etwa 1000 Ohm bei 0°C, vorzugsweise von etwa 100 bis etwa 500 Ohm.
Elektrische Anschlussleitungen 40, 42 sind auf der Oberseite 34 des Substrats 32 ebenfalls in Folienform vorgesehen und elektrisch mit dem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 38 verbunden. Die elektrischen Anschlussleitungen 40, 42 umfassen geeigneter Weise dasselbe oder ein ähnliches Material wie das elektrische Widerstandselement 38 und erstrecken sich zu Anschlussflächen 44, 46, die in einem zweiten Endabschnitt 48 des Substrats 32 vorgesehen sind. Die Anschlussflächen 44, 46 können im Wesentlichen das gleiche oder ähnliches Material wie die elektrischen Anschlussleitungen 40, 42 umfassen oder ein anderes Material, wie beispielsweise Gold. Löcher 50, 52 sind durch die Anschlussflächen 44, 46 und durch das Substrat 32 vorgesehen.
Eine langgestreckte Halterung 54, die als Stab ausgebildet ist, ist angepasst, um sich wenigstens teilweise über den Heizer 12 von einem Randbereich des Heizers aus über eine Öffnung oder einen Ausschnitt in der Umfangswandung 18 und einem Rand der schüsselförmigen Halterung 14 zu erstrecken, wobei ein erstes Ende 56 der Halterung 54 außerhalb des Heizers an dem Randbereich des Heizers befestigt ist und ein zweites Ende 58 aufweist, das sich innerhalb des Heizers befindet. Die Halterung 54 kann geeigneter Weise ein keramisches Material umfassen, wie Steatit, Kordiarit oder Aluminiumoxid, und ist mit einem langgestreckten Ausschnitt oder Aussparung 60 versehen, in dem das Substrat 32 aufgenommen werden kann. Das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 ist an oder nahe dem zweiten Ende 58 der Halterung 54 innerhalb des Heizers 12 angeordnet und die Anschlussflächen 44, 46 sind außerhalb des Heizers an dem ersten Ende 56 der Halterung 54 angeordnet, wo sie nur relativ geringen Temperaturen ausgesetzt sind.
Die Halterung 54 ist so geformt, dass sie taillenförmige Abschnitte 61 aufweist, an denen die Halterung 54 durch die Öffnung oder den Ausschnitt in der Umfangswandung 18 des Heizers 12 tritt.
Eine thermische Isoliereinrichtung 62 ist in dem Ausschnitt 60 der Halterung 54 zwischen der Halterung 54 und der Unterseite 64 sowie Seitenkanten 66 und 68 des Substrats 32 vorgesehen. Die thermische Isolation 62 umfasst vorzugsweise eine dünne Lage eines mikroporösen thermisch isolierenden Materials, geeigneter Weise in einer Dicke von 1 bis 4 mm und vorzugsweise von 2 bis 3 mm. Alternativ oder zusätzlich kann die thermische Isolierung 62 ein granulares thermisch isolierendes Material umfassen, wie Vermiculit oder Calciumsilikat.
Das Substrat 32 und die thermische Isolierung 62 können in den Ausschnitt 60 in der Halterung 54 formgepresst werden, so dass die Oberseite 34 des Substrats 32 sich in einem vorbestimmten Abstand unterhalb derjenigen der Halterung befindet.
Eine elektrisch isolierende oder passivierende Schicht 70 kann optional auf der Oberseite 34 des Keramiksubstrats 32 vorgesehen sein, die wenigstens das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 überdeckt.
Löcher 72 und 74 sind durch die Halterung 54 an deren erstem Ende 56 vorgesehen. Die Löcher 72 und 74 fluchten mit den Löchern 50 und 52 in dem keramischen Substrat 32 und sind angeordnet, um elektrisch verbindende Elemente 76 und 78 aufzunehmen, vorzugsweise umfassend Schrauben, Stifte oder Nieten, zur elektrischen Verbindung der Anschlussflächen 44 und 46 mit Anschlussfahnen oder Stiften 80, 82 und zur mechanischen Befestigung des Keramiksubstrats 32 an der Halterung 54. Die Anschlussfahnen oder Stifte 80, 82 sind angepasst zur elektrischen Verbindung des temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselements 38 mit der Regeleinrichtung 28 durch Leitungen 84, 86. Falls die elektrisch verbindenden Elemente 76, 78 Schrauben umfassen, umfassen diese geeigneter Weise Messing, das mit Silber oder Nickel beschichtet ist. Falls die elektrischen Verbindungselemente 76, 78 Nieten umfassen, umfassen solche Nieten geeigneter Weise vergoldetes Kupfer.
Die Anschlussfahnen oder -stifte 80, 82 sind angepasst, um sich über eine Unterseite 88 der Halterung 54 so zu erstrecken, dass ausreichend Platz zwischen den Anschlussfahnen oder -stiften 80, 82 und der Unterseite der Kochplatte 4 bereitgestellt wird.
Das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 wird mit Strom niedriger Spannung über einen Transformator 90 versorgt, der eine Primärwicklung aufweist, die mit der Netzversorgung 24 verbunden ist, und eine Sekundärwicklung, die mit dem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 38 verbunden ist. Der Transformator 90 umfasst geeigneter Weise einen konventionellen Transformator mit einfacher Isolierung, wie er zur Verwendung in Steueranordnungen für elektrische Kocheinrichtungen bekannt ist. Solch ein Transformator 90 ist nicht von der Art, bei der die Primärwicklung physisch getrennt oder isoliert ist von der Sekundärwicklung. Dies steht im Gegensatz zu einer speziellen unpraktischen und teureren Bauart eines Isoliertransformators, wie sie als Sicherheits-Kleinspannungstransformator (SELV) bekannt sind, bei denen die Primär- und Sekundärwicklungen voneinander getrennt sind. Daher können bei einem Versagen der elektrischen Isolierung der Drähte, die die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators 90 bilden, das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 und seine elektrischen Anschlussleitungen 40 und 42 mit Netzspannung beaufschlagt werden. Da die Temperatursensoranordnung 30 angepasst ist, um mit ihrer Oberseite in Berührung mit der Unterseite 10 der Kochplatte 4 angebracht zu werden, besteht ein Risiko, dass Netzspannung an die Kochplatte 4 bei einem solchen Ausfall gelangen kann. Wenn das glaskeramische Material der Kochplatte 4 durch den Heizer 12 auf seine normale Betriebstemperatur aufgeheizt ist, wird das Material elektrisch leitend (mit einem spezifischen elektrischen Durchgangswiderstand von etwa 10 kΩ·cm bei 600°C) und daher kann gefährlich hohe Spannung an das Kochgefäß 8 auf der Oberseite der Kochplatte 4 gelangen. Solche eine Gefahr wäre eindeutig unakzeptabel.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das Risiko eines solchen gefährlichen Zustandes vermieden oder minimiert durch eine elektrische Isolierung 92 aus einem geeigneten keramischen oder glaskeramischen Material, die in Form einer im Wesentlichen ebenen Platte oder einem dünnen Balken vorgesehen ist. Diese Isolierung 92 ist angepasst, um das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 und seine elektrischen Anschlussleitungen 40, 42 zu überdecken und in Berührung mit diesen zu stehen. Eine Oberseite 94 und Isolierung 92 ist angepasst, um im Wesentlichen planar mit derjenigen der Halterung 54 zu sein und ist ebenfalls angepasst zur Berührung der Unterseite 10 der Kochplatte 4. Es ist lediglich erforderlich, dass die Isolierung 92 das Element 38 und die Anschlussleitungen 40, 42 innerhalb des Heizers 12 überdecken, das ist dort, wo die darüber liegende Kochplatte 40 hohe Temperaturen annimmt und eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Die Bereiche der Anschlussleitungen 40, 42, die sich außerhalb des Heizers und unter einem kühleren und im Wesentlichen elektrisch isolierenden Bereich in der Kochplatte 4 befinden, brauchen nicht durch die Isolierung 92 abgedeckt zu werden. Die Isolierung 92 kann lose in der Temperatursensoranordnung 30 vorgesehen sein oder an seinem Platz durch Verwendung eines hochtemperaturfesten Klebers, wie auf Silikat basierendem Kleber oder einem Siliconkleber, befestigt sein. Alternativ können mechanische Befestigungseinrichtungen, wie eine Klammereinrichtung oder eine oder mehrere Unterschnitte in der langgestreckten Halterung 54 für die Isolierung 92 vorgesehen sein.
Wie nachfolgend beschrieben wird, ist die elektrische Isoliereinrichtung 92 aus einem Material ausgewählt, das die notwendigen elektrischen und thermischen Eigenschaften aufweist. Insbesondere muss die Isolierung 92 aus einem Material mit ausreichend hohem elektrischen Widerstand und Durchschlagsfestigkeit bestehen, um eine elektrische Leitung hierdurch zu der Kochplatte 4 unter fehlerhaften Bedingungen zu vermeiden. Eine ausreichende thermische Leitfähigkeit ist ebenfalls erforderlich, um eine schnelle Anpassung des temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselements 38 auf Temperaturänderungen der darüber liegenden Kochplatte 4 zu gewährleisten. Beispiele geeigneter Materialien für das Isolierelement 92 sind Kieselglas (Quarzglas), synthetisches Quarzgut, Magnesiumsilikat (beispielsweise Steatit, insbesondere verlustarmer Typ C221), Erdalkali-Aluminiumsilikat (beispielsweise Celsian Typ C420), dichtes Magnesiumoxid, Zirconoxid, Siliciumnitrit, Aluminiumnitrit, Aluminiumtitanat, Aluminiumoxid (Tonerde), zirconverstärktes Aluminiumoxid und glaskeramische Hochtemperaturmaterialien (beispielsweise Macor^®.
Beispielsweise wurden elektrische Leckströme durch einen 1 mm dicken Abschnitt bestimmt für eine Reihe von Materialien bei einer angelegten Spannung von 1000 V Gleichspannung mit folgenden Ergebnissen:
Tabelle 1
Aus der Tabelle 1 wird deutlich, dass viele Materialien gute elektrische Eigenschaften bei Raumtemperatur zeigen, jedoch der elektrische Leckstrom mit zunehmender Temperatur ansteigt. Es wurde weiterhin festgestellt, dass der elektrische Leckstrom mit abnehmender Dicke zunimmt und mit ansteigender Spannung. Dennoch ist aus Tabelle 1 klar, dass Quarz und Steatit besonders geeignet sind bei höheren Temperaturen.
Die elektrische Isolierung 92 sollte in Bezug auf ihre Dicke und in Bezug auf das darunter liegende Widerstandselement 38 und seine Anschlussleitungen 40, 42 so dimensioniert werden, dass unter elektrischen Ausfallbedingungen ein Leck- oder Kriechstrom hoher Spannung von dem Widerstandselement 38 und seinen Anschlussleitungen 40, 42 lateral zu der Seitenkante der Isolierung 92 und aufwärts zu der Kochplatte 4 nicht auftreten kann.
Wie in 3D gezeigt, kann dieses Problem vermieden oder minimiert werden gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch, dass ein Abstandswert von wenigstens 3,5 mm vorgesehen wird zwischen der Oberseite 94 der elektrischen Isoliereinrichtung 92 und dem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 38 und seinen Anschlussleitungen 40, 42. Solch ein Abstandswert ist definiert als die Summe der Dicke t der Isolierung 92 und dem geringsten lateralen Abstand d zwischen einer Seitenkante der Isolierung 92 und dem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 38 und seinen Anschlussleitungen 40, 42. Dementsprechend muss die Summe der Dicke t und des Abstandes d wenigstens 3,5 mm betragen.
Beispielsweise kann die Dicke t der Isolierung 92 von etwa 0,1 bis etwa 3 mm betragen und der Abstand d kann von 0,5 mm bis etwa 3,4 mm betragen. In einem bestimmten Beispiel kann die Dicke t etwa 0,75 mm betragen und der Abstand d kann etwa 2,75 mm betragen.
Durch Bereitstellung des Abstandswertes von wenigstens 3,5 mm ist sichergestellt, dass dadurch den vorgeschriebenen Sicherheitsbestimmungen für die elektrische Heizanordnung 2 entsprochen ist.
Ein hoher elektrischer Widerstand für die Isolation 92 kann erreicht werden durch die Verwendung eines Materials mit einem hohen spezifischen Durchgangswiderstand. Viele keramische Materialien besitzen einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand bei Raumtemperatur, der Wert fällt jedoch gemeinhin mit ansteigender Temperatur in erster Linie in Folge der erhöhten Ionenmobilität in dem Material. Der spezifische Widerstand des Materials des Isolators 92 muss auf einem so hohen Niveau wie möglich gehalten werden bei Temperaturen bis zu 600°C, der die Temperatursensoranordnung 30 ausgesetzt sein kann, und sollte vorzugsweise größer als 10⁵ Ω·cm unter diesen Bedingungen sein. Ein verringerter spezifischer Widerstand kann in gewissem Maße kompensiert werden durch Einsatz dickerer Abschnitte eines Materials für den Isolator 92. Obwohl dies grundsätzlich ein brauchbarer Weg für Verbesserungen ist, begrenzen in der Praxis andere Rahmenbedingungen, wie die Effizienz des Wärmedurchgangs und Platzbeschränkungen, die Möglichkeiten, was in der Praxis eingesetzt werden kann.
Der Widerstand gegen elektrischen Durchbruch bei hohen Spannungen ist wichtig für den Isolator 92. Dies hängt zusammen mit der Durchschlagsfestigkeit (ausgedrückt in kV/mm Dicke des Isolators 92) und ist wichtig, um die elektrische Sicherheit sicherzustellen bei Auftreten hoher Spannungen (Spannungsspitzen), denen das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 bei Betriebsstörungen ausgesetzt sein kann. Die Durchschlagsfestigkeit neigt zu einer Abnahme bei erhöhten Temperaturen, so dass es wichtig ist, ein Material für den Isolator 92 auszuwählen, der einen Wert für die Durchschlagsfestigkeit bei Raumtemperatur aufweist, der so hoch wie möglich liegt und vorzugsweise mehr als 3 kV/mm bei 600°C beträgt. Die zuvor beschriebenen Materialien scheinen unter diesem Gesichtspunkt zufriedenstellend.
Ein metallischer Stützwinkel 96 ist als Montagehalterung für die Temperatursensoranordnung 30 vorgesehen. Der Stützwinkel 96 umfasst geeigneter Weise rostfreien Stahl und hat einen ersten Abschnitt 98 mit Schnappeinrichtungen 100, die zuverlässig in Abschnitte 102 des ersten Endes 56 der Halterung 54 eingreifen. Die Eingreifabschnitte 102 sind geeigneter Weise als Ausschnitte oder Hohlkehlen in der Halterung 54 vorgesehen. Der Haltewinkel 96 hat einen zweiten Abschnitt 104, der angepasst ist, um an dem Rand der schalenförmigen Halterung 14 des Heizers 12 durch Gewindebefestigung 106 befestigt zu sein, die durch ein Loch 108 in dem zweiten Abschnitt 104 des Befestigungswinkels 96 sich erstreckt. Der Befestigungswinkel 96 ist geeigneter Weise freitragend aus einem einzigen gebogenen Blech oder Streifen aus Metall vorgesehen und so geformt, dass das zweite Ende 58 der Halterung 54 elastisch gegen die Unterseite 10 der Kochplatte angedrückt ist. Auf diese Art und Weise wird die Oberseite 94 der elektrischen Isolierung 92 im Wesentlichen in Kontakt und gut thermisch leitend mit der Unterseite 10 der Kochplatte 4 gehalten, während das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 elektrisch gut von der Kochplatte 4 isoliert ist.
Der Haltewinkel 96 kann ausgebildet sein, um alternative Federvorspannungseinrichtungen zu umfassen.
Die äußere Unterseite 88 der Halterung 54 kann mit einer Lage 110 eines thermische Strahlung reflektierenden Materials versehen sein, um einfallende thermische Strahlung von dem oder den Heizelementen 20 zu reflektieren.
Während des Betriebs der elektrischen Heizeinrichtung 2 ist das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 von direkter thermischer Bestrahlung von dem Heizelement oder den Heizelementen 20 in dem Heizer 12 durch die thermisch isolierende Einrichtung 62 abgeschirmt. Ein Bereich 112 der Kochplatte 4, der unmittelbar die Temperatursensoranordnung 30 überdeckt, ist ebenfalls von der direkten thermischen Strahlung von dem Heizelement oder den Heizelementen 20 abgeschirmt. Die Temperatursensoranordnung 30 ist daher in der Lage, die Temperatur des Kochgeschirrs 8 auf der Oberseite 6 der Kochplatte 4 zu überwachen, über die Wärme von dem Kochgerät 8 in dem Bereich 112 der Kochplatte 4 geleitet wird. Veränderungen der Temperatur des Kochgeschirrs 8 können daher durch die Temperatursensoranordnung erfasst und in Verbindung mit der Regeleinrichtung 28 benutzt werden, um einen geregelten automatischen Kochbetrieb der Heizanordnung zu ermöglichen und/oder zu erkennen, falls ein wichtiges Ereignis eintritt, wie ein Trockenkochen in dem Kochgeschirr 8, bei dem eine geringe Änderung der Temperatur eintritt.
Eine andere Ausführungsform der Temperatursensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den 4A–4D dargestellt. In den 4A–4D sind in solchen Teilen, die dieselben oder ähnliche Funktionen wie diejenigen in den 3A–3D erfüllen, mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den 3A–3D.
Die in den 4A–4D dargestellte Temperatursensoranordnung 30 umfasst ein im Wesentlichen ebenes dünnes langgestrecktes elektrisch isolierendes Substrat 32 mit einer Unterseite 34, die in einem ersten Endabschnitt 36 mit einem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 38 in Folienform versehen ist, das geeigneter Weise Platin umfasst. Das Widerstandselement 38 ist geeigneter Weise auf dem Substrat 32 durch Dickschichtdrucktechnik aufgetragen, wobei auch andere Abscheidungstechniken angewandt werden können. Ein geeigneter elektrischer Widerstandswert für das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 beträgt von etwa 50 bis etwa 1000 Ohm bei 0°C, vorzugsweise von etwa 100 bis etwa 500 Ohm.
Elektrische Anschlussleitungen 40, 42, die ebenfalls in Folienform ausgebildet sind, sind auf der Unterseite 34 des Substrats 32 vorgesehen und elektrisch mit dem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 38 verbunden. Die elektrischen Anschlussleitungen 40, 42 umfassen geeigneter Weise dasselbe oder ein ähnliches Material wie das elektrische Widerstandselement 38 und erstrecken sich bis zu Anschlussflecken 44, 46, die in einem zweiten Endabschnitt 48 des Substrats 32 vorgesehen sind. Die Anschlussflecken 44, 46 können im Wesentlichen dasselbe oder ein ähnliches Material wie die elektrischen Anschlussleitungen 40, 42 umfassen oder ein anderes Material, wie beispielsweise Gold. Löcher 50, 52 sind durch die Anschlussflecken 44, 46 und durch das Substrat 32 vorgesehen.
Eine langgestreckte Halterung 54 in Form eines Stabes ist angepasst, um sich wenigstens teilweise über den Heizer 12 von einem Randbereich des Heizers durch eine Öffnung oder einen Ausschnitt in der Umfangswandung 18 und einem Rand einer schalenförmigen Halterung 14 zu erstrecken, wobei ein erstes Ende 56 der Halterung 54 außerhalb des Heizers in dem Randbereich des Heizers befestigt ist und ein zweites Ende 58 innerhalb des Heizers angeordnet ist. Die Halterung 54 kann geeignetere Weise ein keramisches Material umfassen, wie Steatit, Cordierit oder Aluminiumoxid, und ist mit einem langgestreckten Ausschnitt 60 versehen, in den das Substrat 32 aufgenommen wird. Das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 ist an oder nahe dem zweiten Ende 58 der Halterung 54 innerhalb des Heizers 12 angeordnet und die Anschlussflecken 44, 46 sind außerhalb des Heizers an dem ersten Ende 56 der Halterung 54 angeordnet, wo sie einer relativ geringen Temperatur ausgesetzt sind.
Die Halterung 54 ist so geformt, dass sie taillenförmige Abschnitt 61 bildet an den Stellen, an denen die Halterung 54 die Öffnung oder den Ausschnitt in der Umfangswandung 18 des Heizers 12 durchtritt.
Eine thermische Isoliereinrichtung 62 ist in dem Ausschnitt 60 der Halterung 54 vorgesehen und zwischen der Halterung 54 und der Unterseite 34 und Seitenkanten 66, 68 des Substrats 32 vorgesehen. Die thermische Isoliereinrichtung 62 umfasst vorzugsweise eine dünne Lage eines mikroporösen thermisch isolierenden Materials, geeigneter Weise mit einer Dicke von 1 bis 4 mm und vorzugsweise von 2 bis 3 mm. Alternativ oder zusätzlich kann die thermische Isoliereinrichtung 62 ein granulares thermisch isolierendes Material umfassen, wie Vermiculit oder Calciumsilikat.
Das Substrat 32 und die thermische Isoliereinrichtung 62 können in den Ausschnitt 60 in der Halterung 54 formgepresst sein, so dass eine Oberseite 64 des Substrats 32 sich im Wesentlichen auf gleicher Ebene befindet wie diejenige der Halterung 54.
Eine elektrisch isolierende oder passivierende Lage 70 kann optional auf der Unterseite 34 des Substrats 32 vorgesehen sein und wenigstens das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 überdecken.
Durch die Halterung 54 sind an dessen erstem Ende 56 Löcher 72 und 74 vorgesehen. Die Löcher 72 und 74 fluchten mit den Löchern 50 und 52 in dem Substrat 32 und sind angeordnet, um elektrisch verbindende Elemente 76 und 78 aufzunehmen, die geeigneter Weise Schrauben, Stifte oder Nieten umfassen und zur elektrischen Verbindung der Anschlussflecken 44, 46 mit Anschlussfahnen oder Stiften 80 und 82 dienen sowie das Substrat 32 an der Halterung 54 mechanisch zu befestigen. Die Anschlussfahnen oder Stifte 80 und 82 sind angepasst, um das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 mit der Regeleinrichtung 28 durch Leitungen 84, 86 (1) zu verbinden. Falls die elektrisch verbindenden Elemente 76, 78 Schrauben umfassen, enthalten diese geeigneter Weise Messing, das mit Silber oder Nickel beschichtet ist. Falls die elektrischen Verbindungselemente 76, 78 Nieten umfassen, umfassen solche Nieten geeigneter Weise goldbeschichtetes Kupfer.
Die Anschlussfahnen oder Stifte 80, 82 sind angepasst, um sich durch eine Unterseite 88 der Halterung 54 so zu erstrecken, dass ausreichender Abstand zwischen den Anschlussfahnen oder Stiften 80 und 82 und der Unterseite der Kochplatte 4 gegeben ist.
Ein metallischer Befestigungswinkel 96 ist für die Temperatursensoranordnung 30 vorgesehen. Der Befestigungswinkel 96 umfasst geeigneter Weise rostfreien Stahl und hat einen ersten Abschnitt 98, der mit Schnappeinrichtungen 100 versehen ist, die in Halteabschnitte 102 des ersten Endes 56 der Halterung 54 eingreifen. Diese Halteabschnitte 102 sind geeigneter Weise als Ausschnitte oder Hohlkehlen in der Halterung 54 ausgebildet. Der Haltewinkel 96 hat einen zweiten Abschnitt 104, der angepasst ist, um an dem Rand der schalenförmigen Halterung 14 des Heizers 12 durch ein Gewindebefestigungselement 106 befestigt zu werden, das sich durch ein Loch 108 im zweiten Abschnitt 104 des Haltewinkels 96 erstreckt. Der Haltewinkel 96 ist geeigneter Weise freitragend aus einem einzigen gebogenen Blech oder Metallstreifen gebildet, so dass das zweite Ende 58 der Halterung 54 elastisch gegen die Unterseite 10 der Kochplatte 4 gedrückt wird. Auf diese Art und Weise wird die Oberseite 64 des Substrats 32 im Wesentlichen in Kontakt und gut thermisch leitend mit der Unterseite 10 der Kochplatte 4 gehalten.
Der Haltewinkel 96 kann ausgebildet sein, um alternative federelastische Einrichtungen zu umfassen.
Das Substrat 32 ist passend angeordnet, um als elektrisch isolierendes Element zu dienen und die gleiche Funktion wie das elektrische Isolierelement 92 aus den 3A–3D wie dort beschrieben zu erfüllen. Das Substrat 32 dient daher zur Bereitstellung einer elektrischen Isolierung zwischen der Kochplatte 4 und dem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 38 und seinen Anschlussleitungen 40 und 42, wobei zugleich ein geeigneter Wärmedurchgang durch dieses von der Kochplatte 4 zu dem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 38 bereitgestellt wird. Gleiche Materialien und Überlegungen sind auf das Substrat 32 in den 4A bis 4D anwendbar, wie sie für den Isolator 92 in den 3A–3D beschrieben sind. Da jedoch das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 und seine Anschlussleitungen 40 und 42 in Folienform auf dem Substrat 32 in den 4A–4D aufgebracht sind, muss das Substratmaterial natürlich angeordnet sein, um mit diesen Folienmaterialien kompatibel zu sein. Aluminiumoxid (Tonerde) ist eine vorteilhafte Wahl für das Substrat 32, da es mit den meisten Dickschichtmesselementmaterialien kompatibel ist. Quarz und Steatit sind ebenfalls besonders geeignete Materialien für das Substrat 32. Wie für den Isolator 92 in den 3A–3D muss das Substrat 32 der 4A–4D ebenfalls dimensioniert werden in Bezug auf seine Dicke und bezogen auf das Messelement 38 und seine Anschlussleitungen 40 und 42, so dass unter elektrischen Fehlerbedingungen ein elektrischer Leckstrom oder Kriechstrom zwischen dem Messelement 38 und seinen Anschlussleitungen 40 und 42 lateral zu einer Seitenkante des Substrats 32 und aufwärts zu der Kochplatte 4 nicht auftreten kann. Wie in 4D gezeigt, kann dieses Problem vermieden oder minimiert werden gemäss der vorliegenden Erfindung durch Anordnung eines Abstandswerts von wenigstens 3,5 mm zwischen der Oberseite 64 des Substrats 32 und dem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 38 und seinen Anschlussleitungen 40 und 42. Solch ein Abstandswert ist definiert als die Summe der Dicke t des Substrats 32 und dem geringsten lateralen Abstand d zwischen einer Seitenkante des Substrats 32 und dem temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement 38 und seinen Anschlussleitungen 40 und 42. Demgemäss muss die Summe der Dicke t und des Abstandes d wenigstens 3,5 mm betragen. Um die Notwendigkeit eines äußerst dicken Substrats 32 zu vermeiden, sollte der Abstand d vorteilhafterweise erhöht werden durch Bereitstellung eines Substrats von ausreichender Breite, so dass ein adäquat breiter Rand des Substratmaterials um das Messelement 38 und seine Anschlussleitungen 40 und 42 vorgesehen ist. Beispielsweise kann bei einem Substrat mit einer Dicke t von 0,75 mm der Abstand d, der durch den Rand an Substratmaterial gebildet wird, der das Messelement 38 und seine Anschlussleitungen 40 und 42 umgibt, ausgebildet werden, um 2,75 mm zu betragen.
Die äußere Unterseite 88 der Halterung 54 kann mit einer Lage 110 eines thermische Strahlung reflektierenden Materials versehen sein, um einfallende thermische Strahlung von dem oder den Heizelementen 20 zu reflektieren.
Die Temperatursensoranordnung 39 aus den 4A–4D funktioniert im Wesentlichen in der gleichen Weise wie diejenige aus den 3A–3D und wie unter Bezug auf diese Figuren beschrieben.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, kann der Stützwinkel 96 der Temperatursensoranordnung 39 angepasst werden, um eine zusätzliche temperaturempfindliche Einrichtung 114 aufzunehmen, die einen stab- oder balkenförmigen Fühlerabschnitt 116 aufweist, der angepasst ist, um an dem Befestigungswinkel 96 durch Clipseinrichtungen 118 befestigt zu werden, die auf dem Befestigungswinkel angeordnet und angepasst sind, um sich zwischen die Halterung 54 und wenigstens teilweise über den Heizer 12 von einem Randbereich des Heizers aus zu erstrecken. Die zusätzliche temperaturempfindliche Einrichtung 114 ist geeigneter Weise angepasst, um die Temperatur in einem Hohlraum 120 des Heizers zu überwachen, der gebildet ist zwischen dem oder den Heizelementen 20 und der Unterseite 10 der Kochplatte 4. In der Ausführungsform gemäß den 3A–3D ist eine solche zusätzliche temperaturempfindliche Einrichtung 114 angeordnet, um elektrisch mit einer Steuereinrichtung 28 über Anschlussleitungen 122, 124, Anschlussfahnen oder Stifte 126 und 128 und weitere Zuleitungen 130 und 132 (1) angeschlossen zu sein und mit dieser zusammenzuwirken, um das oder die Heizelemente 20 bei einer vorbestimmten (variablen) Temperatur abzuschalten und/oder zur Regelung der Temperatur in dem Hohlraum 120 auf einen gewählten Betriebspunkt innerhalb vorbestimmter Grenzen.
In der Ausführungsform gemäß den 4A–4D ist eine gemeinsame Anschlussfahne oder Stift 82 vorgesehen für das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 und die zusätzliche temperaturempfindliche Einrichtung 114. Die zusätzliche temperaturempfindliche Einrichtung 114 ist angepasst, um elektrisch mit der Regeleinrichtung 28 über Anschlussleitungen 122, 124, Anschlussfahnen oder Stifte 82 und 128 und weitere Zuleitungen 130 und 132 (1) angeschlossen zu sein. In diesem Fall jedoch kann durch die Verwendung einer gemeinsamen Anschlussfahne oder Stift 82 in die weitere Verbindungsleitung 132 entfallen und die Verbindungsleitung 86 als gemeinsame Verbindungsleitung für das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 und die zusätzliche temperaturempfindliche Einrichtung 114 verwendet werden.
Die Anschlussfahnen oder Stifte 126, 128 können ähnlich den Anschlussfahnen oder Stiften 80 oder 82 ausgebildet und an der Halterung 54 durch Schrauben, Stifte oder Nieten 134, 136 ähnlich den Schrauben, Stiften oder Nieten 76 und 78, befestigt sein und sich durch die Löcher 138 und 140 in der Halterung 54 erstrecken.
Die temperaturempfindliche Einrichtung 114 kann eine elektromechanische Einrichtung bekannter Art sein oder ein elektronischer Fühler, der ein temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement umfasst.
Wie in 4C gezeigt, können Federkontakte 142 zur Sicherstellung einer guten elektrischen Verbindung zwischen Anschlussflecken 44 der Anschlussleitungen 40 und 42 für das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement 38 und den elektrischen Anschlusselementen 76, 78 und den Anschlussfahnen oder Stiften 80, 82 vorgesehen sein.

Claims

Temperatursensoranordnung für eine elektrische Heizanordnung (2), wobei die elektrische Heizanordnung umfasst: eine Kochplatte (4) mit einer Oberseite (6) zur Aufnahme eines Kochgeschirrs (8) und einer Unterseite (10) sowie einen elektrischen Heizer (12), der wenigstens ein elektrisches Heizelement (20) umfasst und der in Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte gehalten ist, wobei die Temperatursensoranordnung (30) angepasst ist, um in der elektrischen Heizanordnung mit Abstand über dem wenigstens einen elektrischen Heizelement und in Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte angeordnet zu sein, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoranordnung wenigstens ein temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement (38) in Folienform und ein elektrisch isolierendes Element (92) umfasst, das das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement überdeckt, wobei das elektrisch isolierende Element selbsttragend ausgebildet ist und eine Oberseite (94) aufweist, die angepasst ist zum Berühren der Unterseite (10) der Kochplatte (4), und die eine Unterseite aufweist, die das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement berührt, wobei die Temperatursensoranordnung angepasst und aufgebaut ist, so dass ein Abstandswert von wenigstens 3,5 mm zwischen dem wenigstens einen temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement und der Oberseite des elektrisch isolierenden Elements bereitgestellt wird, wobei der Abstandswert definiert ist als die Summe der Dicke des elektrisch isolierenden Elements und dem kleinsten lateralen Abstand zwischen einer Seitenkante des elektrisch isolierenden Elements und dem wenigstens einen temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (92) ein tragendes Substrat für das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement (38) in Folienform aufweist, wobei das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement an der Unterseite des tragenden Substrats angebracht ist, und eine Oberseite des tragenden Substrats angepasst ist zum Kontakt mit der Unterseite der Kochplatte (4).
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (92) wenigstens einen Teil eines elektrisch isolierenden tragenden Substrats (32), beispielsweise aus keramischem Material, für das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement (38) in Folienform überdeckt und berührt, wobei das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement an der Oberseite des tragenden Substrats angebracht ist.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (92) lose in der Temperatursensoranordnung (30) angeordnet oder durch Klebstoff oder durch mechanische Befestigungseinrichtungen, wie Klammern (100, 118), befestigt ist.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (92) in Form einer Platte oder eines dünnen Balkens vorliegt und von im Wesentlichen ebener Gestalt ist.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (92) einen spezifischen Durchgangswiderstand von wenigstens 10⁵ Ω·cm bei einer Temperatur von etwa 600°C aufweist.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (92) eine Durchschlagsfestigkeit bezogen auf seine Dicke von wenigstens 3 kV/mm bei einer Temperatur von etwa 600°C aufweist.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (92) eine thermische Leitfähigkeit von wenigstens 1 W/m·K. aufweist.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (92) eine Dicke von etwa 0,1 mm bis etwa 3 mm aufweist, wobei der kleinste laterale Abstand zwischen der Seitenkante des elektrisch isolierenden Elements und dem wenigstens einen temperaturempfindlichen elektrischen Widerstandselement (38) von etwa 3,4 bis etwa 0,5 mm beträgt.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Anschlussleitungen (40, 42) in Folienform vorgesehen sind für das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement (38), wobei das elektrisch isolierende Element angepasst und angeordnet ist, um mit seiner Unterseite die elektrischen Anschlussleitungen wenigstens in einem Bereich der elektrischen Heizeinrichtung (2), der hohen Temperaturen ausgesetzt ist, zu berühren und zu überdecken, wobei ein Abstandswert von wenigstens 3,5 mm vorgesehen ist zwischen den elektrischen Anschlussleitungen und der Oberseite des elektrisch isolierenden Elements (92) wenigstens in dem Bereich der elektrischen Heizeinrichtung, der hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wobei der Abstandswert definiert ist als die Summe der Dicke des elektrisch isolierenden Elements und dem kleinsten Abstand zwischen einer Seitenkante des elektrisch isolierenden Elements und den elektrischen Anschlussleitungen.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlussleitungen (40, 42) in Folienform angepasst und angeordnet sind zur elektrischen Verbindung mit einer externen Schalteinrichtung (28, 90).
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Schalteinrichtung (28, 90) einen Spannungstransformator (90) aufweist, wie einen Transformator mit Standardisolation.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Schalteinrichtung (28, 90) eine mikroprozessorgestützte Regelanordnung umfasst.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (92) ein keramisches oder glaskeramisches Material umfasst.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (92) ausgewählt ist aus Kieselglas, synthetischem Quarzglas, Magnesiumsilikaten, Erdalkalialuminiumsilikaten, dichtem Magnesiumoxid, Zirconoxid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumtitanat, Aluminiumoxid (Tonerde), zirconverstärktem Aluminiumoxid und glaskeramischen Materialien.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine langgestreckte Halterung (54) für die Temperatursensoranordnung vorgesehen ist.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (54) ein keramisches Material umfasst.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material ausgewählt ist aus Steatit, Cordierit und Aluminiumoxid.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die langgestreckte Halterung (54) als Stab vorgesehen und angepasst ist, um sich wenigstens teilweise über den Heizer von einem Randbereich des Heizers aus zu erstrecken.
Temperatursensoranordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die langgestreckte Halterung (54) ein erstes Ende aufweist, das in dem Randbereich des Heizers befestigt ist und ein zweites Ende, das sich innerhalb des Heizers befindet.
Temperatursensoranordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die langgestreckte Halterung (54) eine Unterseite aufweist, die mit einer Lage eines thermische Strahlung reflektierenden Materials versehen ist.
Temperatursensoranordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Montagehalterung (96) vorgesehen ist, mit einem ersten Abschnitt, der an dem ersten Ende der langgestreckten Halterung (54) außerhalb des Heizers befestigt ist, und einem zweiten Abschnitt zur Befestigung in einem äußeren Bereich des Heizers, beispielsweise einem äußeren Bereich einer Umfangswandung des Heizers.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt der Montagehalterung (96) mit Schnappeinrichtungen (100, 118) versehen ist, die mit Abschnitten des ersten Endes der langgestreckten Halterung (54) zusammenwirken.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagehalterung (96) angepasst und angeordnet ist, um die langgestreckte Halterung (54) und damit die Oberseite des thermisch leitenden elektrisch isolierenden Elements (92) gegen die Unterseite der Kochplatte (4) vorzuspannen.
Temperatursensoranordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Isoliereinrichtung (62) vorgesehen ist, die zwischen wenigstens einem Teil der langgestreckten Halterung (54) und dem Trägersubstrat (32) für das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement (38) wenigstens in einem Bereich oder Bereichen angeordnet ist, in dem das temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement oder-elemente (38) vorgesehen ist oder sind.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die langgestreckte Halterung (54) eine Aussparung (60) in seiner Oberseite aufweist, die angepasst und angeordnet ist, um das Trägersubstrat (34) für das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement (38) und die thermisch isolierende Einrichtung (62) aufzunehmen.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch isolierende Einrichtung (62) eine dünne Lage eines mikroporösen thermisch isolierenden Materials und/oder granularen thermisch isolierenden Materials umfasst.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das granulare thermisch isolierende Material Vermiculit oder Calciumsilikat umfasst.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement (38) Platin umfasst.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch isolierende oder passivierende Lage (70) vorgesehen ist, die das wenigstens eine temperaturempfindliche elektrische Widerstandselement (38) überdeckt.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine temperaturempfindliche Einrichtung (114) zusätzlich vorgesehen ist, die einen stab- oder balkenförmigen Abschnitt aufweist, der angepasst ist, um sich wenigstens teilweise über den Heizer von einem Randbereich des Heizers aus zu erstrecken, und angepasst ist, um die Temperatur in einem Hohlraum, der zwischen dem wenigstens einen elektrischen Heizelement (20) und der Unterseite der Kochplatte (4) gebildet ist, zu überwachen.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturempfindliche Einrichtung (114) so angeordnet ist, dass der stab- oder balkenförmige Abschnitt sich wenigstens teilweise über den Heizer an einer Stelle erstreckt, die im Wesentlichen unter der langgestreckten Halterung (54) der Temperatursensoranordnung (30) liegt.
Temperatursensoranordnung nach Anspruch 31 oder 32, soweit abhängig von Anspruch 22 oder einem davon abhängigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturempfindliche Einrichtung (114) die Montagehalterung (96) für die langgestreckte Halterung (54) der Temperatursensoranordnung (30) teilt.
Temperatursensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine elektrische Heizelement (20) ein strahlendes elektrisches Widerstandsheizelement oder ein elektrisches Induktionsheizelement umfasst.