mit geringem Rauschpegel und

hoher EMV

Stand der Technik

Die meisten Kochgeschirre werden heute durch Tiefzieh-Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren ist schlechthin das Verfahren der Branche. Andere Formgebungs-Verfahren (Glessen von Eisen, Aluminium-Legierungen usw.) sind zwar vorhanden, aber nicht von grosser Bedeutung und werden hier als sekundär betrachtet. Wenn hier also von einem Herstellungsverfahren gesprochen wird, dann ist damit ausschliesslich das Tiefzieh-Verfahren gemeint.

Um ein induktionstaugliches Geschirr fertigen zu können, muss mindestens sein Bodenteil aus einem magnetisierbaren Material sein. Am besten aus einem ferromagnetischen. Ein marktgängiges, induktionstaugliches Kochgeschirr gibt es heute in verschiedenen Ausführungen. Die einfachste Form liegt in einem aus Gusseisen gefertigten Geschirr vor. Ein emailliertes Geschirr ist ebenfalls ein induktionstaugliches Kochgeschirr, da es aus einem emaillierfähigen, ferritischen Stahl besteht. Die genannten Kochgeschirre sind seit vielen Jahrzenten auf dem Markt und in weniger entwickelten Ländern werden sie ihn auch noch lange beherrschen, da recht billig. In den letzten Jahren tauchen weitere Materialien auf, die sich für den Bau eines induktionstauglichen Kochgeschirrs eignen. So z. B. bietet die Fa. Silit das Kochgeschirr aus gesintertem Material an, welches aus Stahl und High-Tech Keramik besteht (e30: unter kommerziellen Namen Silagran bekannt). Allerdings sind die meist verbreiteten induktionstauglichen Kochgeschirre aus ferritischem Edelstahl-Boden, und der ist fast ausschliesslich aus dem Werkstoff-Nr. 1.4016 gebaut. Neuerdings tauchen weitere ferritische Edelstahle wie die nickelfreien Edelstahle der Gruppe 1.452x und oder 1.4621 auf. Der weltgrösste Edelstahl-Lieferant, die Fa. ArcelorMittal, führt solche Edelstähle unter dem kommerziellen Namen KA A. Eine viel versprechende Entwicklung des gleichen Unternehmens zeichnet sich in einer neuen weichmagnetischen Nickel-Eisen-Chrom-Legierung mit dem kommerziellen Namen Phytherm aus. Diese besitzt eine niedrige Currie-Temperatur, die Sicherheit gegenüber Überhitzungen des Kochgeschirrs garantiert.

Es bleibt festzuhalten, dass das ferromagnetische Material, welches in den Geschirr-Boden integriert ist, als erstes, sprich nahestes zu der Induktionsquelle (Spule) zu positionieren ist. Falls dies nicht eingehalten wird, dann muss man dafür sorgen, dass das Material der Geschirrkapsel aus einem Material, welches eine nicht abschirmende Wirkung besitzt, besteht. Ansonsten kann das ferritische

BESTÄTIGUNGSKOPIE Material im Geschirr-Boden nicht magnetisierbar gemacht werden, sprich, es kann keine Wärme induziert werden, da abgeschirmt.

In der Schweizerischen Patentanmeldung CH 01504/11 ist eine Lösung vorgeschlagen, welche nur im physikalischen Sinne der vorgestellten Lösung ähnlich ist, nämlich in dem Teil die Position des ferritischen Materials betreffend. Andere konstruktive Merkmale in dieser Anmeldung unterscheiden sich von der o. g. Schweizerischen Anmeldung.

Das konventionelle Kochgeschirr wird heute mit einer weit verbreiteten Technologie, nämlich durch Tiefziehen eines relativ dünnen Stahl-Bleches (Dicke um 1 mm!), hergestellt. Diese Technologie ist recht kostengünstig und die Branche wird sie auch künftig bevorzugen, so dass keine wesentliche Technologie-Änderung zu erwarten ist.

Beschreibung der Erfindung

Allgemeiner Teil

Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von der o. e. Schweizerischen Anmeldung im Wesentlichen durch zwei Punkte. Der erste Unterschied betrifft die Konstruktion des Geschirr- Bodens. Die Schweizerische Anmeldung sieht ein mehrteiliges Geschirr vor, die vorliegende Lösung nicht. Der zweite Unterschied besteht in den Eigenschaften der beiden Lösungen. Die o. g. Schweizerische Anmeldung zeichnet sich durch einen ebenen, deformationsfreien Geschirr-Boden aus. Dies ist in der hier offenbarten Lösung nicht der Fall. Die gemeinsame Charakteristik liegt allerdings in der funktionellen Gestaltung des Geschirr-Bodens. Bei beiden Lösungen entsteht die induktiv erzeugte Wärme in dem ferritischen Teil, welches nicht als erstes zu der Wärmequelle, also der Spule, positioniert ist. Der der Spule am nächsten liegende Teil ist die nichtmagnetisierbare Bodenkapsel.

Technischer Teil (Funktions-Beschreibung)

Nebst der Induktions-Tauglichkeit ist das erfindungsgemässe Kochgeschirr selbstverständlich auch allherdtauglich. Es weist einen Geschirrboden auf, welcher sich von den konventionellen Geschirrböden im konstruktiven Sinn nicht bedeutend unterscheidet, s. Fig. 1. Konventionell hergestelltes Kochgeschirr zeichnet sich aus durch einen Kompensations-Boden, in dem zwischen der Bodenkapsel (3) aus einem ferritischen Edelstahl und dem meist austenitischen Geschirr-Rumpf (1) eine Einlage (2) aus Aluminium integriert wird. Die induktive Wärme entsteht in der ferritischen Boden-Kapsel (3). Die Einlage (2) übernimmt die Funktionen wie die der besseren Temperatur-Verteilung sowie geringeren Boden-Bewegung. Bei der Anbindung der Boden-Kapsel (3) mit dem Geschirr-Rumpf (1) durch das sog.„Schlagen" dient die Einlage (2) als Bindeglied zwischen den beiden Teilen. Unter„Schlagen" versteht man ein thermomechanisches Bindungsprozess in dem man alle zu verbindende Teile auf ca. 450°C erwärmt und dann durch den Schlag einer Spindelpresse miteinander verbindet.

Fazit: die induktive Wärmeerzeugung entsteht in der ferritischen Boden-Kapsel (3), welche als erste, sprich der Spule am nächsten gelegen, positioniert ist. Das ist das wichtigste Merkmal des heutigen induktionstauglichen Kochgeschirrs.

Version: mehrteiliger Boden

Die vorgestellte Erfindung in der Version mehrteiliger Boden, sieht einen Geschirr-Boden mit mindestens zwei Bodenscheiben, resp. Scheiben-Materialien, vor. Die schematische Darstellung gibt die Konstruktion des neuen Koch-geschirrs wieder, s. Fig. 2. Die erste Boden-Scheibe ist die Einlage (2) aus Aluminium. Sie übernimmt die Aufgabe, die Boden-Deformationen zu minimieren, resp. sie zu verhindern. Die zweite Boden-Scheibe (4) sorgt für eine induktive Wärmeerzeugung, für eine deutliche Erhöhung der EMV (EMV=elektromagnetische Verträglichkeit), resp. die Verringerung des elektromagnetischen Streufeldes und der Herabsetzung des Rausch-Niveaus, welche bis sogar unterhalb der akustischen Wahrnehmung des Hörbaren liegt. Eine zusätzliche elektromagnetische Abschirmung ist nicht erforderlich, da die Einlage (2) aus Aluminium ist und selber genug abschirmt. Damit in der zweiten Boden-Scheibe (4) induktiv erzeugte Wärme entstehen kann, muss sie aus einem magnetisierbaren Material sein. Vorzugsweise werden weich magnetische Materialien wie Reineisen, Fe-Ni-Legierungen, Fe-Si-Legierungen usw. verwendet. Insbesondere dann, wenn das Geschirr sehr wenig, am besten gar kein Rauschen erzeugen soll, ist ein Material mit geringer Magnetostriktion zu wählen. Beispielsweise Reineisen oder Fe-Si-Legierung mit einem Si-Anteil um 6,5%, Fe-Ni-Legierungen mit einem Ni-Anteil um 35% (Invar) usw. Die genannten Materialien weisen einen Rausch-Pegel aus, welcher wesentlich geringer ist als derselbe eines ferritischen Edelstahls, z. B. 1.4016. Zudem sind sie als elektromagnetische Abschirmung genügend wirkend. Die Boden-Kapsel (5) in der erfindungs-gemässen Lösung ist aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem austenitischem Edelstahl. Sie kann ebenfalls aus einem nicht magnetischen Material sein, allerdings ist stets auf die Dicke dieses Materials zu achten, um die Magnetisierbarkeit der ferritischen Boden-Scheibe (4) dadurch nicht zu verlieren.

Grundsätzlich könnte man auch ohne Boden-Kapsel (5) auskommen. In einem solchen Fall muss man dafür sorgen, dass die anderen Kriterien des Materials wie Korrosionsbeständigkeit, Geschirrspüler- Festigkeit usw. der zweiten Boden-Scheibe (4) erfüllt sind. Dies könnte durch die Oberflächen- Beschichtung erfolgen.

Version: einteiliger Boden

Die vorgestellte Erfindung in der Version einteiliger Boden, sieht einen Geschirr-Boden mit nur einer Bodenscheibe resp. Scheiben-Material vor. Die schematische Darstellung gibt die Konstruktion des neuen Kochgeschirrs wieder, s. Fig. 3. Die Bodenscheibe ist eine metallische Einlage (6). Sie übernimmt einerseits die Aufgabe, die Boden-Deformationen zu minimieren resp. sie zu verhindern und andererseits die induktive Wärme zu erzeugen. Sie sorgt für eine deutliche Erhöhung der EMV (EMV=elektromagnetische Verträglichkeit) resp. die Verringerung des elektromagnetischen Streufeldes und der Herabsetzung des Rausch-Niveaus, welche bis sogar unterhalb der akustischen Wahrnehmung des Hörbaren liegt. Eine zusätzliche elektromagnetische Abschirmung ist nicht erforderlich, da die Einlage (6) aus einem ferromagnetischen Material ist und selber genug abschirmt, bzw. absorbiert. Damit in der Einlage (6) induktiv erzeugte Wärme entstehen kann, muss sie also aus einem magnetisierbaren Material sein. Vorzugsweise werden weichmagnetische Materialien wie Reineisen, Fe-Ni-Legierungen, Fe-Si-Legierungen usw. verwendet. Insbesondere dann, wenn das Geschirr sehr wenig, am besten gar kein Rauschen erzeugen soll, ist ein Material mit geringer Magnetostriktion zu wählen. Beispielsweise Reineisen oder Fe-Si-Legierung mit einem Si-Anteil um 6,5%, Fe-Ni-Legierungen z. B. mit einem Ni-Anteil um 75-82% usw. Die genannten Materialien weisen einen Rausch-Pegel aus, welcher wesentlich geringer ist als derselbe eines ferritischen Edelstahls, z. B. 1.4016. Zudem sind sie als elektromagnetische Abschirmung genügend wirkend. Die Boden-Kapsel

^■ (5) in der erfindungsgemässen Lösung ist aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem austenitischem Edelstahl. Sie kann ebenfalls aus einem nicht magnetischen Material sein, allerdings ist stets auf die Dicke dieses Materials zu achten, um nicht die Magnetisierbarkeit der metallischen Einlage (6) zu verlieren. Grundsätzlich könnte man auch ohne Boden-Kapsel (5) auskommen. In einem solchen Fall muss man dafür sorgen, dass die anderen Kriterien des Materials wie Korrosionsbeständigkeit, Geschirrspülerfestigkeit usw. der metallischen Einlage (6) erfüllt sind. Dies könnte durch die Oberflächen- beschichtung erfolgen.

Fazit: Die Vorteile dieser konstruktiven Anordnung liegen also sowohl in einer intensiveren Wärmeerzeugung als auch in der Minimierung des Rausch-Pegels und Erhöhung der EMV. Im Vergleich zu dem heutigen induktionstauglichen Kochgeschirr - oben genannte Patentanmeldungen ausgenommen - weisen die Kenndaten wie induktiv erzeugte Wärme, Rausch-Niveau und Streustrahlung wesentlich bessere, positive Werte auf als alle heutigen Geschirre. Aufgrund der bekannten Stoff-Eigenschaften des ferromagnetischen Materials in Funktion der Temperatur lässt sich möglicherweise eine gute Temperatur-Regelung des Kochgutes erzielen.

Technischer Teil (Physikalische Beschreibung) Version: mehrteiliger Boden

Die Einlage (2), also die sog.„Thermomechanik-Scheibe", ist wesentlich dicker als die zweite Boden- Scheibe (4). Zudem ist sie aus einem gut Wärme leitenden Material wie Aluminium. Je nach Geschirr- Durchmesser liegt die Dicke vorzugsweise zwischen 3-8 mm. In diesem Bereich liegen auch die heutigen Kompensationsböden, mit der Tendenz, je fester das Material, desto geringer darf seine Dicke sein. Bei Verwendung von anderen Aluminium-Legierungen als Material für die Einlage (2) erreicht man, dass diese wesentlich grösseren Widerstand den thermoindizierten Kräften liefern und dadurch die Bodenwölbung verringern, da sie fester sind. Natürlich kann man auch Kupfer und/oder andere Kupfer-Legierungen als Material für die Einlage (2) verwenden. Ausser etwas höherem Preis, spricht nichts gegen diesen Vorschlag. Kupfer und insbesondere seine Legierungen besitzen sowohl sehr gute mechanischen (Festigkeitswerte) als auch thermischen (Wärmeleitfähigkeit) Eigenschaften.

Die zweite Boden-Scheibe (4), also die sog.„Wärme-Scheibe" ist eine etwas dünnere Scheibe. Ihre Dicke liegt vorzugsweise im Bereich einiger Zehntel Millimeter bis einem Millimeter. In dem einen oder anderen Fall, je nach Grösse des Kochgeschirrs, können diese Werte unterschiedlicher ausfallen. Die primäre Aufgabe der zweiten Boden-Scheibe (4) ist, die Induktionswärme zu generieren. Damit wird klar, dass sie aus einem gut magnetisierbaren Material sein muss. Das konventionelle Kochgeschirr benutzt für die Induktive Wärmeerzeugung fast ausschliesslich die ferritische Edel- stähle, vorzugsweise den rostfreien Edelstahl 1.4016. Der Rausch-Pegel dieses Materials ist sehr hoch und wirkt dermassen störend, dass es sehr unangenehm sein kann. Und gerade das ist bei vielen, durch EMV verunsicherte Kunden, ein K.O.-Kaufkriterium. Der ferritische Edelsathl 1.4016, sowie auch die anderen ferritischen Edelstahle haben allerdings nebst der Aufgabe, Wärme zu erzeugen, auch für eine Reihe andere Funktionen zu sorgen, z. B. die mechanische Stabilität (Schlagdellen zu verhindern, daher etwas dicker als dies für die Wärme-Indizierung erforderlich ist), Verträglichkeit mit den Lebensmitteln, Geschirrmaschinen-Tauglichkeit, Korrosions-Beständigkeit usw. So betrachtet ist der ferritische Edelstahl deswegen gewählt worden, weil er, eben eine Vielzahl an Randbedingungen erfüllen musste. Wenn es nur nach dem Kriterium„Magnetisierbarkeit, Rausch- Pegel und EMV" hätte gewählt werden sollen, hätte man diese Edelstähle gewiss nicht gewählt. Ihre Permeabilität ist sehr gering, die Magnetostriktion sehr hoch (hohes Rausch-Niveau!) und die EMV gering.

Fazit: beim konventionellen Geschirr ist die Bodenkapsel (3) sowohl für die induktive Wärmeerzeugung, als auch für eine Reihe anderer funktionsbedingten Aufgaben zuständig. In der vorgestellten Erfindung, gemäss dieser Version, wird die Doppel-Funktion der Boden-Kapsel (3) getrennt. Die induktive Wärmeerzeugung erfolgt in einer separaten, zweiten Boden-Scheibe (4). Für die anderen, zuvor genannten Aufgaben wird eine Boden-Kapsel (5), allerdings aus einem nicht ferromagnetischen Material bestehend, verwendet. Vorzugsweise aus einem austenitischen Edelstahl wie 1.4301 und anderen .

Version: einteiliger Boden

Die Einlage (6), also die sog.„Universal-Scheibe", ist wesentlich dicker als der Geschirr-Rumpf(l). Zudem ist sie aus einem gut Wärme leitenden Material wie Reineisen. Je nach Geschirr-Durchmesser liegt die Dicke vorzugsweise zwischen 3-5 mm. In diesem Bereich liegen auch die heutigen Kompensationsböden, mit der Tendenz, je fester das Material, desto geringer darf seine Dicke sein. Die metallische Einlage (6) liefert den thermoindizierten Kräften den grössten Widerstand und verhindert bzw. minimiert dadurch die Bodenwölbung. Durch eine recht grosse Wärmeleitfähigkeit des Reineisens, ca. 70 W/mK, sorgt die Einlage (6) für eine gute Wärmeverteilung im Geschirrboden. Die primäre Aufgabe der metallischen Einlage (6) ist allerdings, die Induktionswärme zu generieren. Damit wird klar, dass sie aus einem gut magnetisierbaren Material, vorzugsweise aus Reineisen, sein muss. Die Wirksamkeit des Reineisens in Bezug auf seine elektromagnetischen Eigenschaften ist bereits in der Version zuvor beschrieben worden. Auch in dieser Version besteht die Boden-Kapsel (5) aus einem nicht ferromagnetischen Material. Vorzugsweise aus einem austenitischen Edelstahl wie 1.4301 und anderen.

Fazit: Beim konventionellen Geschirr ist die Bodenkapsel (3) sowohl für die induktive Wärmeerzeugung als auch für eine Reihe anderer funktionsbedingter Aufgaben zuständig. In der vorgestellten Erfindung, gemäss dieser Version, wird die Doppelfunktion der Boden-Kapsel (3) getrennt. Die induktive Wärme-Erzeugung erfolgt in der metallischen Einlage(6). Die Boden-Kapsel (5) ist aus einem nicht ferromagnetischen Material und wie in Version zuvor, vorzugsweise aus einem austenitischen Edelstahl wie 1.4301 und anderen.

Das hohe Rausch-Niveau des z. B. ferritischen Edelstahls 1.4016, welcher heute in den meisten Geschirrböden integriert wird, lässt sich durch andere weichmagnetische Materialien beseitigen. Einige dabei in Frage kommende Materialien sind Reineisen, Eisen-Silizium-Legierungen und viele andere weichmagnetische Materialien auf der Basis von Nickel-Chrom- und Cobalt-haltigen Eisenlegierungen, s. die Liste der weichmagnetischen Materialien bei der Fa. VAC/Hanau, J FE Steel Corp., ArcelorMittal (Phytherm) u.v.a. Nun aber eignen sich nicht alle weichmagnetische Materialien optimal als Material für die induktive Wärmeerzeugung. Bevorzugt werden solche weichmagnetische Materialien, die zuerst einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand, dann eine hohe Permeabilität, hohe Verluste (also hohe Wärmeerzeugung!) und eine geringere Magnetostriktion besitzen und natürlich nicht so sehr teuer sind. Um das Brummen resp. das Rauschen zu reduzieren resp. eliminieren zu können bietet JFE Steel Corp. Eisen-Silizium-Legierungen mit einem Silizium- Anteil von 6,5 % an (s. entsprechenden Produkte-Katalog). Sehr geringe Magnetostriktion weist ein geglühtes Reineisen, eine Eisen-Nickel-Legierung mit 75-82%Ni-Anteil (s. Magnifer 75, 7904 und 8105 von ThyssenKrupp VDM) auf. Alle erwähnten weichmagnetischen Materialien, ausser Reineisen, sind sehr teuer und ihr Kilopreis liegt bei mehr als 40 Euro. Verglichen mit dem Reineisen-Preis von 3-4 €/kg sind sie zu teuer.

Das Wegfallen des Brummens und/oder Rauschens ist für die Induktionsfeld-Hersteller eine sehr wichtige Angelegenheit, da es sehr verkaufsfördernd wirkt und mit viel weniger Kunden- Reklamationen verbunden ist

Der Erfinder geht davon aus, dass das erfindungsgemässe Kochgeschirr in der Version mehrteiliger Boden recht kostengünstig hergestellt werden kann, wenn es vorzugsweise aus folgenden Materialien besteht: Geschirr-Rupf (1) aus einem austenitischen Edelstahl (1.4301) oder einem mit verschiedenen Materialien plattierten austenitischen Edelstahl, Dicke grösser als 0,5 mm, Einlage (2) aus Aluminium, Dicke grösser als 4 mm,

Boden-Kapsel (5), aus einem austenitischen Edelstahl (1.4301),

Zweite Boden-Scheibe (4), die sog.„Wärme-Scheibe" aus Reineisen, Dicke grösser als 0.1 mm und kleiner als 1.0 mm, und in der Version einteiliger Boden, vorzugsweise aus:

Geschirr-Rupf (1) aus einem austenitischer Edelstahl (1.4301) oder einem mit verschiedenen Materialien plattierten austenitischen Edelstahl, Dicke grösser als 0,5 mm,

Einlage (6) aus Reineisen, Dicke grösser als 2 mm und kleiner als 5 mm,

Boden-Kapsel (5) aus einem austenitischen Edelstahl (1.4301) besteht.

Die obigen Zahlenwerte sind Richtwerte, resp. Optimalwerte und können entsprechend verändert werden, gelten aber weitgehend für die im normalen Haushalt gebrauchten Kochgeschirre. Für das Geschirr in den Gastronomie-Küchen gelten tendenziell höhere Werte, da dieses Geschirr wesentlich grösser ist als dasselbe in einer Hausküche.

Zeichnungen

Fig.l.: Schematische Darstellung des konstruktiven Aufbaus eines konventionellen Kochgeschirrs

Fig.2.: Schematische Darstellung des konstruktiven Aufbaus eines induktionstauglichen Kochgeschirrs mit geringem Rauschpegel und hoher EMV, Version: mehrteiliger Boden

Fig.3.: Schematische Darstellung des konstruktiven Aufbaus eines induktionstauglichen Kochgeschirrs mit geringem Rauschpegel und hoher EMV, Version: einteiliger Boden