DE202014010479U1

DE202014010479U1 - Induktionsherdplatte

Info

Publication number: DE202014010479U1
Application number: DE202014010479.4U
Authority: DE
Original assignee: Eurokera SNC
Current assignee: Eurokera SNC
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: KR20160100966A; US20160338152A1; JP2019123666A; US10405379B2; CN105813994A; FR3015470A1; EP3083516B1; JP2017501102A; FR3015470B1; ES2861932T3; EP3083516A1; WO2015092245A1

Abstract

Platte, die dazu bestimmt ist, Induktionsheizelemente zu bedecken oder aufzunehmen, insbesondere Induktionskochplatte, wobei die Platte eine Glasplatte ist, deren Zusammensetzung vom Lithium-Aluminosilikat-Typ ist, wobei die Platte einen Oberflächenbereich mit einer Dicke von wenigstens 5 μm aufweist, der Kalium-Ionen als Ersatz für die Lithium-Ionen des Glases umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktionsplatte (die insbesondere dazu bestimmt ist, Induktionsheizelemente zu bedecken oder aufzunehmen), insbesondere eine Kochplatte, und betrifft auch eine die Platte enthaltende Induktionskochvorrichtung sowie das Verfahren für deren Erhalt.
Herkömmlicherweise umfassen Induktionskochvorrichtungen wenigstens einen Induktor, der unter einer Glaskeramikplatte angeordnet ist. Diese Vorrichtungen sind in eine Arbeitsfläche oder in den Rahmen eines Herdes eingebettet. Die Platte dient als Träger für das Kochgeschirr (Töpfe, Pfannen etc.), das mit Hilfe des elektrischen Stroms, der in ihrem Inneren durch das durch die Induktoren erzeugte Magnetfeld induziert wird, erhitzt wird. Zu diesem Zweck werden Lithium-Aluminosilikat-Glaskeramiken dank ihrer Temperaturwechselbeständigkeit, Folge ihres Wärmeausdehnungskoeffizienten von null oder quasi null, verwendet. Glaskeramiken werden dadurch hergestellt, dass Platten aus Lithium-Aluminosilikat-Glas einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur unterzogen werden, Behandlung, die im Inneren der Platte Kristalle mit beta-Quarz- oder beta-Spodumen-Struktur erzeugt, deren Wärmeausdehnungskoeffizient negativ ist.
Im Jahr 1980 wurde durch die Patentanmeldung GB 2 079 119 vorgeschlagen, anstelle von Glaskeramik eventuell vorgespannte, dicke Glasplatten (mit einer Dicke von 5 oder 6 mm) zu verwenden. Die in Betracht gezogenen Zusammensetzungen sind vielfältig: Kalk-Natron-, Borosilikat-, Aluminosilikat- etc. Diese Platten sind jedoch niemals in den Handel gebracht worden, da sich ihre thermomechanische Festigkeit für eine praktische und tägliche Verwendung als unzureichend herausgestellt hat, so dass die Induktionskochvorrichtungen mehr als 30 Jahre später immer noch auf Glaskeramikbasis sind.
Es sind zwei Arten von Verstärkungen in Betracht gezogen worden, um die mechanischen Eigenschaften der Glasplatten, die dazu bestimmt sind, als Kochplatten oder -felder zu dienen, und aus diesem Grund während ihrer Verwendung hohen Temperaturen ausgesetzt sind, zu verbessern, nämlich die thermische Verstärkung und die chemische Verstärkung.
Die thermische Verstärkung wird auch als Vorspannen oder Härten bezeichnet. Sie besteht darin, das Glas über seine Glasübergangstemperatur hinaus zu erhitzen, es anschließend ganz plötzlich abzukühlen, im Allgemeinen mittels Düsen, die Luft über die Oberfläche des Glases leiten. Da die Oberfläche sich schneller als der Kern des Glases abkühlt, kommt es zu Druckspannungen an der Oberfläche der Glasplatte, die durch Zugspannungen im Kern der Platte ausgeglichen werden. Dieses Vorspannverfahren geht besonders schnell (einige Minuten) vonstatten und ist wirtschaftlich, kann aber in einigen Fällen die optische Qualität der Gläser verschlechtern, wobei die erzielte Oberflächenspannung (die ermöglicht, die erreichte Verstärkung zu bewerten) im Allgemeinen 200 MPa nicht überschreitet.
Die chemische Verstärkung, manchmal als chemisches Vorspannen bezeichnet, ist eine Behandlung, die einen Ionenaustausch einsetzt. Das oberflächliche Ersetzen eines Ions der Glasplatte (im Allgemeinen ein alkalisches Ion) durch ein Ion mit größerem Ionenradius (üblicherweise das Ion mit dem nächstliegenden größeren Ionenradius, wodurch Natrium herkömmlicherweise durch Kalium und Lithium durch Natrium ersetzt wird) ermöglicht, an der Oberfläche der Glasplatte Restdruckspannungen bis zu einer gewissen Tiefe zu erzeugen. Dieses Verfahren verleiht eine Festigkeit, die höher als die durch die thermische Verstärkung verliehene ist, es ist aber langwieriger (einige Stunden bis Wochen) und kostspieliger. Ferner neigt das durch Ionenaustausch verstärkte Glas dazu, seine mechanische Verstärkung zu verlieren, wenn es hohen Temperaturen über eine lange Zeitdauer ausgesetzt ist oder wenn es sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist, was Probleme auf dem Gebiet der Kochplatten aufwirft, auf dem die Platten ständig hohen Temperaturen, sogar punktuell sehr hohen Temperaturen (leerer Topf, der auf der Platte im Heizzustand vergessen wird) ausgesetzt sind. Des Weiteren kann, da das chemische Vorspannen eine Oberflächenbehandlung ist, jeder Kratzer der Oberfläche des Glases deren mechanische Festigkeit beeinträchtigen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung lag folglich darin, neue Glasplatten oder -felder zu entwickeln, die die Palette der bestehenden Produkte erweitern, wobei die Platten insbesondere für eine Verwendung geeignet sein können, bei der sie täglichen Erhitzungsvorgängen auf hohe Temperaturen (die insbesondere regelmäßig bis zu 350°C im normalen Gebrauch, sogar punktuell bis zu ca. 450°C in extremer Situation vor Aktivieren der das Erhitzen unterbrechenden Sicherheitssysteme reichen können) ausgesetzt sind, sich insbesondere für die Verwendung als Induktionsplatte eignen (die dazu bestimmt ist, mit wenigstens einem Induktor, vor allem bei einer Induktionskochvorrichtung kombiniert zu werden), wobei diese neuen Platten eine für ihren Gebrauch geeignete gute mechanische Festigkeit aufweisen und eine ausreichende mechanische Festigkeit in regulärer Heizsituation oder in Gebrauchssituationen, in denen ihre Oberfläche Reibungen und Kratzer erfahren kann, bewahren, wobei die Platten ferner gute optische Eigenschaften bewahren und leicht erhalten werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine neue Platte, die dazu bestimmt ist, Induktionsheizelemente zu bedecken oder aufzunehmen, insbesondere eine Induktionskochplatte, wobei die Platte eine Glasplatte (oder -scheibe) ist, deren Zusammensetzung vom Lithium-Aluminosilikat-Typ ist, wobei die Platte einen Oberflächenbereich mit einer Dicke von wenigstens 5 μm aufweist, der Kalium-Ionen als Ersatz für die Lithium-Ionen des Glases umfasst (wobei die Dicke dieses Bereiches insbesondere durch ein Messverfahren mittels Gewichtszuwachs, wie es später beschrieben ist, bestimmt wird). Erhalten wird dieser Bereich vorteilhafterweise durch Ionenaustausch (der Lithium-Ionen des Glases) mit Hilfe von Kalium-Ionen (von der Oberfläche des Glases aus und über die Tiefe des Austauschbereiches), wobei sich das Glas an der Oberfläche innerhalb des Oberflächenbereiches unter Druck befindet, wobei die Platte auch einen unter Zug befindlichen mittleren Bereich (in der verbleibenden Dicke der Glasplatte) umfasst, wobei die erfindungsgemäße Platte somit durch Kalium-Ionenaustausch verstärkt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Induktionskochvorrichtung, die wenigstens einen unter der vorstehend definierten Platte angeordneten Induktor umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Induktionsglasplatte, insbesondere einer erfindungsgemäßen Platte, bei dem die Platte aus Lithium-Aluminosilikat-Glas mit wenigstens einem Kaliumsalz in Kontakt gebracht wird (und somit durch Kalium-Ionenaustausch verstärkt wird), insbesondere für wenigstens 8 Stunden bei wenigstens 360°C (und vorzugsweise bei wenigstens 400°C, insbesondere bei wenigstens 450°C).
Die erfindungsgemäßen Platten weisen die für ihre Verwendung als Induktionskochplatten erforderlichen Eigenschaften auf, weisen insbesondere eine ausreichende Wärmebeständigkeit und mechanische Festigkeit auf, wie sie unter ihren Einsatzbedingungen gewünscht sind, wobei diese Festigkeiten in regulärer Heizsituation bestehen bleiben, wobei diese Platten außerdem kratzfest sind und gute optische Eigenschaften aufweisen, wobei das Verfahren für ihren Erhalt zudem relativ einfach bleibt.
Ferner ermöglicht die erzielte, besonders zufriedenstellende und dauerhafte mechanische Verstärkung, die Dicke der Platte zu reduzieren und gleichzeitig eine gute mechanische Festigkeit zu bewahren, wobei dies mehrere Vorteile insbesondere hinsichtlich Material- und Energieeinsparung, Gewicht und leichtem Einbau sowie Sichtbarkeit der mit der Platte kombinierten Anzeige aufweist. Die Dicke der erfindungsgemäßen Glasplatte kann somit vorteilhafterweise kleiner als oder gleich 4 mm, insbesondere kleiner als oder gleich 3,5 mm, vor allem kleiner als oder gleich 3 mm sein.
Glas vom Typ Lithium-Aluminosilikat ist ein Glas, das wenigstens Siliziumdioxid SiO₂, Aluminiumoxid Al₂O₃ und Lithiumoxid Li₂O umfasst. Die chemische Zusammensetzung des Lithium-Aluminosilikat-Glases, das die erfindungsgemäße Platte bildet (anfangs vor Austausch der Lithium-Ionen des Oberflächenbereichs, wobei diese Zusammensetzung auch diejenige der Platte im Kern, im mittleren Bereich bleibt), umfasst vorzugsweise Siliziumdioxid SiO₂ in einem Gewichtsgehalt von 49 bis 75%, Aluminiumoxid Al₂O₃ in einem Gewichtsgehalt von 15 bis 30% und Lithiumoxid Li₂O in einem Gewichtgehalt von 1 bis 8% (wobei, wie später genauer erläutert, auch weitere Bestandteile vorhanden sein können). Das Vorliegen von Lithiumoxid in der Ausgangs-(und im mittleren Bereich bewahrten)Zusammensetzung, in Kombination mit Aluminiumoxid, ermöglicht, viele Vorteile, insbesondere hinsichtlich Temperaturbeständigkeit, zu vereinen, die diese Zusammensetzungen für die angestrebte Anwendung besonders attraktiv machen. Die chemische Zusammensetzung des verwendeten Glases ist außerdem vorzugsweise frei von Boroxid (B₂O₃).
Der mit Kalium-Ionen (insbesondere als Ersatz für die Lithium-Ionen) beladene Oberflächenbereich (oder Austauschbereich) der erfindungsgemäßen Platte ist auf jeder Seite der Platte der Bereich, der sich von der Oberfläche der Platte bis zu der Austauschtiefe oder Grenztiefe, über die der Austausch durch Kalium-Ionen erfolgt, erstreckt. Dieser Bereich ist somit derjenige, in dem der Kaliumanteil (ausgedrückt in Gewichtsprozenten an Kaliumoxiden) höher ist als der Kaliumanteil in dem mittleren Bereich (in dem der Kaliumoxidanteil derjenige ist, welcher dem der Lithium-Aluminosilikat-Zusammensetzung, die anfangs zur Bildung des Glases gewählt wird, entspricht), und ist vorzugsweise der Bereich, ausgehend von der Oberfläche der Platte, an jeder Stelle dessen der Kaliumanteil im Vergleich zu dem Kaliumanteil in dem mittleren Bereich (oder im Kern oder in der Mitte oder im Zentrum) der Platte um wenigstens 0,5 Gew.-% höher ist (das heißt, dass die Differenz Δ[K₂O] zwischen der K₂O-Konzentration an einer beliebigen Stelle oder in einer beliebigen Dicke dieses Bereichs und der K₂O-Konzentration im Kern der Platte wenigstens 0,5 Gew.-% beträgt). Mit anderen Worten gesagt ist dieser Oberflächenbereich vorzugsweise der Bereich, der sich von der Oberfläche der Platte bis zu der Grenztiefe der Platte erstreckt, ab der die Differenz zwischen dem Kaliumanteil in dieser Tiefe und demjenigen im Kern der Platte kleiner als 0,5% wird.
Vorteilhafterweise beträgt die Dicke des erfindungsgemäß definierten Oberflächenbereichs zwischen 6 und 120 μm (gemäß dem nachstehend erläuterten Messverfahren durch Gewichtszuwachs) vorzugsweise zwischen 20 und 90 μm, insbesondere zwischen 40 und 80 μm, sogar 50 bis 70 μm bei der vorliegenden Erfindung, wobei diejenige des mittleren Bereichs im Allgemeinen wenigstens 1,5 mm beträgt.
Die Dicke des Oberflächenbereichs oder der Austauschtiefe H (in Mikrometern) wird mit Hilfe von Messungen der Masse der Probe vor und nach chemischem Vorspannen (oder dem Messverfahren durch Gewichtzuwachs) bestimmt. Genauer gesagt wird die Tiefe H durch die folgende Formel angegeben:
In dieser Formel ist m die Masse der Probe vor dem Vorspannen, ist Δm die durch das Vorspannen bedingte Masseänderung, ist M die molare Masse des Glases vor dem Vorspannen, ist ΔM die Differenz der molaren Masse zwischen den in das Glas gelangenden Alkalioxiden (bei der vorliegenden Erfindung die Kaliumoxide) und den für den betrachteten Austausch aus dem Glas austretenden (bei der vorliegenden Erfindung die Lithium-Oxide), ist e die Dicke des Glases und ist α die Ausgangsmolkonzentration der bei dem Austausch aus dem Glas austretenden Alkalioxide.
Im Allgemeinen nimmt der Anteil des Ersetzens der Lithium-Ionen durch die Kalium-Ionen von der Oberfläche des Glases aus (wo der Ersatz der Lithium-Ionen durch die Kalium-Ionen gegebenenfalls vollständig ist, das heißt 100% beträgt, oder nahezu vollständig ist (wenigstens 95%)), bis zur gegenüberliegenden Grenze des Oberflächenbereichs (wo der Kaliumoxidanteil als Ersatz für die Lithiumoxide unter 0,5 Gew.-% fällt) (schrittweise) ab. Der Kaliumanteil an der Oberfläche des Glases und an jeder Stelle der Dicke des Oberflächenbereichs ist somit höher als der Kaliumanteil in dem mittleren Bereich, wie vorstehend angegeben. Vorteilhafterweise ist der Kaliumanteil (ausgedrückt in Gewichtsprozenten an Oxiden (Kaliumoxid), für gewöhnlich in dieser Form in der Zusammensetzung vorliegend) an der Oberfläche des Glases der erfindungsgemäßen Platte im Vergleich zu dem Kaliumanteil in dem mittleren Bereich um wenigstens 3 Gew.-% höher (das heißt Δ_S[K₂O] = [K₂O]_S – [K₂O]_C ≥ 3%, wobei [K₂O]_S die in Gewichtsprozenten ausgedrückte K₂O-Konzentration an der Oberfläche ist und wobei [K₂O]_C die K₂O-Konzentration im Kern der Platte ist), und im Vergleich zu dem Kaliumanteil in dem mittleren Bereich insbesondere um 5 bis 14 Gew.-% höher, wobei dieser Anteil mittels einer elektronischen Mikrosonde gemessen wird. Außerdem bleibt der Kaliumanteil über eine Dicke von (wenigstens) 5 μm, ausgehend von der Oberfläche des Glases, nach Alterung – ganz gleich wie die Alterung unter normalen Einsatzbedingungen aussieht, insbesondere nach Erhitzen auf 350°C für 1000 Stunden – vorteilhafterweise relativ konstant (unter Betrachtung des Verhältnisses zwischen dem Anteil nach Alterung und dem Ausgangsanteil, nimmt er um weniger als 30% ab); er bleibt auch nach einer durch ein versehentliches Überhitzen bedingten Alterung, insbesondere nach Erhitzen auf 450°C für 10 Minuten, konstant (er nimmt um weniger als 10% oder 15% ab).
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäß definierte Glasplatte derart, dass die Biegebruchspannung (oder -bruchfestigkeit) bei einer ”Ring-auf-Dreibein”-Prüfung (wie sie nachstehend beschrieben ist) wenigstens 400 MPa, vorzugsweise wenigstens 500 MPa, insbesondere wenigstens 550 MPa und gegebenenfalls wenigstens 600 MPa bei der Platte beträgt, ob diese Spannung nun vor oder nach Alterung gemessen wird.
Insbesondere beträgt die Biegebruchspannung (bei der Ring-auf-Dreibein-Prüfung) wenigstens 550 MPa, vorzugsweise wenigstens 600 MPa, insbesondere wenigstens 700 MPa, sogar wenigstens 750 MPa, bei der nicht enthärteten Platte (das heißt an der Platte, die nach ihrer Herstellung keinen erneuten Wärmebehandlungen unterzogen wird).
Die Biegebruchspannung beträgt ferner überraschender- und vorteilhafterweise wenigstens 400 MPa, insbesondere wenigstens 500 MPa, insbesondere wenigstens 550 MPa, sogar wenigstens 600 MPa, bei der Platte nach Erhitzen auf 350°C für 1000 Std. (das eine normale Verwendung einer Induktionsplatte über 5 Jahre simuliert). Ebenfalls überraschender- und vorteilhafterweise beträgt die Biegebruchspannung ebenfalls wenigstens 550 MPa, insbesondere wenigstens 600 MPa, sogar wenigstens 650 MPa, insbesondere wenigstens 700 MPa, bei der Platte nach Erhitzen auf 450°C für 10 Minuten (das ein versehentliches Ereignis eines Überhitzens der Platte simuliert).
Die erfindungsgemäßen Platten bewahren folglich überraschenderweise ihre mechanische Festigkeit (und die Wirkungen ihrer Verstärkung durch Ionenaustausch) nach dem Enthärten, das im Allgemeinen von dem Einsatz des Glases bei einer Anwendung, wie derjenigen der Induktionskochplattten herrührt (im Gegensatz insbesondere zu den üblicherweise durch Natrium-Ionenaustausch verstärkten Lithium-Aluminosilikat-Platten, die ihre mechanische Verstärkung verlieren, wenn sie einer Hitzealterung über eine erhebliche Zeitdauer ausgesetzt sind, wie später erläutert wird). Die Erfindung betrifft somit auch eine Platte, die dazu bestimmt ist, Induktionsheizelemente zu bedecken oder aufzunehmen, wobei diese Platte eine Glasplatte ist, deren Zusammensetzung vom Lithium-Aluminosilikat-Typ ist, derart, dass sie eine Biegebruchspannung bei einer ”Ring-auf-Dreibein”-Prüfung von wenigstens 400 MPa, vorzugsweise wenigstens 500 MPa, insbesondere wenigstens 550 MPa und gegebenenfalls wenigstens 600 MPa, vor und nach Alterung, insbesondere nach Erhitzen auf 350°C für 1000 Std. oder nach Erhitzen auf 450°C für 10 Minuten aufweist.
Durchgeführt wird die Biegeprüfung mittels der Ring-auf-Dreibein-Methode mit Hilfe einer Instron 4400R-Maschine, die mit einer Absenkgeschwindigkeit der Traverse von 2 mm/Min. eingestellt ist, mit einem 10 kN-Kraftsensor instrumentiert ist, eines Rings mit einem Durchmesser von 10 mm, mit einem Torus mit 1 mm-Radius, der am Ende der Instron-Maschine befestigt ist, sowie eines Sockels, an dem 3 Kugeln mit einem Radius von 5 mm befestigt sind, die unter 120° über einen Kreis angeordnet sind, der einen Radius von 20 mm hat und dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Rings zusammenfällt.
Der Prüfkörper mit Abmessungen von 70 mm × 70 mm wird zwischen diesen drei Kugeln und dem Ring derart platziert, dass der Mittelpunkt des Prüfkörpers mit dem Mittelpunkt des Rings, bis auf 1 mm, fluchtet. Nun wird an den Ring eine zunehmende Kraft bis zum Brechen des Prüfkörpers angelegt. Es werden nur diejenigen Prüfkörper erfasst, deren Bruchanfang unter dem Ring liegt. Die Bruchspannung in Abhängigkeit der Bruchkraft und der Dicke des Prüfkörpers wird durch folgende Formel angegeben:
Die erfindungsgemäße Glasplatte weist auch eine Kernspannung (im mittleren Bereich) zwischen 2 und 80 MPa bei einer Dicke im Bereich zwischen 1,5 und 6 mm auf. Diese Kernspannung (S_c) wird aus dem Spannungsprofil, das mit Hilfe eines mit einem Babinet-Kompensator ausgestatteten Polarisationsmikroskops bestimmt wird, gezogen. Ein solches Verfahren wird durch H. Aben und C. Guillemet in "Photoelasticity of glass", Springer Verlag, 1993, Seiten 65, 123, 124, 146, beschrieben.
Ebenfalls vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäß definierte Glasplatte eine verbesserte Kratzfestigkeit auf, die dadurch zum Ausdruck kommt, dass ihre Oberfläche nach Anwenden einer Vickers-Diamantspitze (mit einer nach der Norm ISO 6507 oder C1327 definierten Geometrie) unter einer Kraft von 1 N (oder weniger) schuppenfrei bleibt, wobei diese Prüfung dadurch vollzogen wird, dass die Spitze mit einer konstanten Kraft (wobei im Allgemeinen unterschiedliche zunehmende Kräfte bis zur Feststellung des Auftretens von Schuppen, d. h. ausgebrochenem Glas über eine Breite von wenigstens 100 μm in Bezug auf die Anlegelinie der Spitze, getestet werden) an die Glasplatte angelegt wird und dass sie mit einer Geschwindigkeit von 2 m/Min. über eine Länge von 1 mm bei Raumtemperatur bewegt wird. Die verbesserte Kratzfestigkeit der erfindungsgemäß definierten Glasplatte kommt auch dadurch zum Ausdruck, dass ihre Oberfläche nach Anlegen einer Erichsen-Kugel (Stahlkugel mit einem Durchmesser von 500 μm), unter einer Kraft von 20 N (oder weniger), sogar 30 N, frei von seitlichen Rissen (mit der Form von Hufeisen) (oder Hertzschen Kegelbrüchen) ist, wobei diese Prüfung ebenfalls dadurch vollzogen wird, dass die Kugel mit einer konstanten Kraft (wobei unterschiedliche zunehmende Kräfte bis zur Feststellung des Auftretens von seitlichen Rissen in Bezug auf die Anlegelinie der Kugel, getestet werden) an die Glasplatte angelegt wird und dass sie mit einer Geschwindigkeit von 2 m/Min. über eine Länge von 1 mm bei Raumtemperatur bewegt wird.
Die chemische Zusammensetzung des Glases der Platte (anfangs vor Austausch, wobei diese Zusammensetzung auch diejenige im Kern der Platte nach Austausch ist) umfasst vorzugsweise gemäß der Erfindung die (oder besteht im Wesentlichen aus den) folgende(n) Bestandteile(n), die innerhalb der nachstehend definierten Gewichtsgrenzen variieren: SiO₂: 49–75%; Al₂O₃: 15–30%; Li₂O: 1–8%; K₂O: 0–5%; Na₂O: 0–5%; ZnO: 0–5%; MgO: 0–5%; CaO: 0–5%; BaO: 0–5%; SrO: 0–5%; TiO₂: 0–6%; ZrO₂: 0–5%; P₂O₅: 0–10%; B₂O₃: 0–5% (und vorzugsweise 0).
Eine besonders bevorzugte chemische Zusammensetzung (anfangs oder im Kern der Platte) umfasst die (oder besteht im Wesentlichen aus den) folgende(n) Bestandteile(n), die innerhalb der nachstehend definierten Gewichtsgrenzen variieren: SiO₂: 52–75%; Al₂O₃: 18–27%; Li₂O: 1,5–5,5%; K₂O: 0–3%; Na₂O: 0–3%; ZnO: 0–3,5%; MgO: 0–3%; CaO: 0–4,5%; BaO: 0–3,5%; SrO: 0–2%; TiO₂: 0–5,5%; ZrO₂: 0–3%; P₂O₅: 0–8%; B₂O₃: 0–3% (und vorzugsweise 0).
Bei den vorstehenden Zusammensetzungen ist Siliziumdioxid (SiO₂) das das Glas bildende Hauptoxid, wobei hohe Gehalte dazu beitragen, die Viskosität des Glases über das, was akzeptabel ist, hinaus zu erhöhen, und wobei zu geringe Gehalte den Wärmeausdehnungskoeffizienten erhöhen. Aluminiumoxid (Al₂O₃) trägt ebenfalls dazu bei, die Viskosität des Glases zu erhöhen und seinen Ausdehnungskoeffizienten zu verringern. Selbst wenn das Vorliegen weiterer alkalischer Oxide nicht ausgeschlossen ist (zum Beispiel Na₂O, wobei Natriumionen auch gegebenenfalls durch Natriumionen an der Oberfläche ersetzt werden können), ist Lithiumoxid (Li₂O) (abgesehen von den unvermeidbaren Verunreinigungen) vorzugsweise das in der Zusammensetzung vorliegende einzige alkalische Oxid. Zu hohe Gehalte erhöhen jedoch die Entglasungsneigung des Glases. Alkalische Oxide ermöglichen, das Glas zu verflüssigen und folglich sein Schmelzen und sein Läutern zu erleichtern, wobei Lithiumoxid ferner ermöglicht, gegenüber den anderen alkalischen Oxiden, geringe Wärmeausdehnungskoeffizienten aufrechtzuerhalten. Erdalkalioxide sowie Bariumoxid (BaO) sind aufgrund ihrer Wirkung einer Verringerung der Viskosität bei hoher Temperatur nützlich, um das Schmelzen des Glases und sein Läutern zu erleichtern.
Der Ausdruck ”besteht im Wesentlichen aus” soll in dem Sinn verstanden werden, dass die vorgenannten Oxide wenigstens 96%, sogar 98% des Gewichts des Glases ausmachen. Die Zusammensetzung kann auch Additive umfassen, die im Allgemeinen zur Läuterung des Glases oder zur Färbung des Glases dienen. Die Läuterungsmittel sind typischerweise aus den Oxiden von Arsen, Antimon, Zinn, Cer, aus den Halogenen, den Metallsulfiden, insbesondere Zinksulfid ausgewählt. Der Gewichtsgehalt an Läuterungsmitteln beträgt normalerweise höchstens 1%, vorzugsweise liegt er zwischen 0,1 und 0,6%. Die Färbemittel sind Eisenoxid, das in den meisten Rohstoffen als Unreinheit vorliegt, Kobalt-, Chrom-, Kupfer-, Vanadium-, Nickel-, Selenoxid. Der Gesamtgewichtsgehalt an Färbemitteln beträgt normalerweise höchstens 2%, sogar 1%. Das Einbringen eines oder mehrerer dieser Mittel kann zum Erhalt einer dunklen Glasplatte mit sehr geringer Lichtdurchlässigkeit (typischerweise von höchstens 3%, insbesondere 2% und sogar 1%) führen, die den Vorteil aufweisen wird, dass die Induktoren, die elektrische Verkabelung sowie die Steuer- und Kontrollschaltkreise der Kochvorrichtung kaschiert werden. Eine weitere Alternative, die später im Text beschrieben ist, besteht darin, einen Teil der Oberfläche der Platte mit einer opaken oder im Wesentlichen opaken Beschichtung zu versehen oder ein opakes, vorzugsweise dunkelfarbiges Material zwischen der Platte und den innenliegenden Elementen der Vorrichtung anzuordnen.
Vorzugsweise beträgt der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Glases (gemessen nach der Norm ISO 7991: 1987 zwischen 20 und 300°C) höchstens 70·10^–7/K, insbesondere liegt er zwischen 30·10^–7/K und 50·10^–7/K. Die hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten ermöglichen nicht, eine ausreichende Temperaturwechselbeständigkeit zu erhalten. Hingegen kann ein zu geringer Wärmeausdehnungskoeffizient die festgestellte Verstärkung verringern.
Wie zuvor angegeben, können die erfindungsgemäßen Platten vorteilhafterweise dünne Platten sein, aber auch Platten mit großen seitlichen Abmessungen, Platten, die am ehesten zerbrechen können. Die Dicke der Platte beträgt höchstens 4,5 mm, insbesondere weniger als oder gleich 4 mm, sogar 3,5 mm, sogar weniger als oder gleich 3 mm, wie vorstehend angegeben. Die Dicke beträgt im Allgemeinen wenigstens 1,5 mm, insbesondere wenigstens 2 mm. Die Glasplatte weist vorzugsweise eine Seitenabmessung von wenigstens 0,5 m, sogar 0,6 m auf. Die größte Abmessung beträgt im Allgemeinen höchstens 1,50 m.
Die Platten können auf bekannte Weise durch Schmelzen von pulverförmigen Rohstoffen, dann Formen des erhaltenen Glases hergestellt werden. Das Schmelzen wird typischerweise in feuerfesten Öfen mit Hilfe von Brennern vollzogen, die als brandfördernden Stoff Luft oder Sauerstoff und als Brennstoff Erdgas oder Heizöl verwenden. Widerstände aus Molybdän oder aus Platin, die in die Glasschmelze eingetaucht sind, können ebenfalls die gesamte Energie, oder einen Teil davon, die für den Erhalt eines geschmolzenen Glases verwendet wird, zuführen. Rohstoffe (Siliziumdioxid, Spodumen, Petalit etc.) werden in den Ofen eingebracht und erfahren unter der Wirkung der hohen Temperaturen unterschiedliche chemische Reaktionen, wie Reaktionen einer Dekarbonatisierung, des eigentlichen Schmelzens etc. Die durch das Glas erreichte Maximaltemperatur liegt typischerweise bei wenigstens 1500°C, insbesondere zwischen 1600 und 1700°C. Die Formung des Glases zu Platten kann auf bekannte Weise durch Walzen des Glases zwischen Metall- oder Keramikwalzen oder aber durch Floating, eine Technik, die darin besteht, dass das geschmolzene Glas auf ein Bad aus geschmolzenem Zinn geleitet wird, erfolgen.
Die Verstärkung durch Kaliumionenaustausch erfolgt dadurch, dass die so gebildeten Glasplatten in wenigstens ein, vorzugsweise ein einziges Kaliumsalzbad getaucht werden (wobei die Kaliumsalze allein oder in Mischung mit weiteren Salzen, beispielsweise Silber- oder Natriumsalzen vorliegen können), zum Beispiel ein Bad, das Kaliumnitrat enthält, insbesondere ein Bad, das zu 100% aus Kaliumnitrat besteht, wobei dieses Bad vorzugsweise auf eine Temperatur von wenigstens 360°C für wenigstens 8 Std. erhitzt wird, um die erfindungsgemäße verstärkte Platte zu erhalten. Das Bad wird im Allgemeinen dadurch erhalten, dass das oder die ausgewählten Salze (die bei Raumtemperatur gegebenenfalls fest sind), zum Beispiel in einer Stahlwanne und mit Hilfe von Heizwiderständen bis auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden. Diese Badtemperatur liegt vorzugsweise zwischen 360°C und 500°C, insbesondere zwischen 400°C und 500°C, vor allem zwischen 450°C (sogar 460°C) und 500°C, bei der vorliegenden Erfindung, wobei die Haltezeit des Glases in dem Bad ebenfalls vorzugsweise zwischen 8 Std. und 72 Std., insbesondere zwischen 16 und 32 Std., sogar zwischen 16 und 24 Std. beträgt, um die erfindungsgemäße verstärkte Platte zu erhalten. Gegebenenfalls können die Gläser vorgeheizt worden sein, beispielsweise indem sie mehrere Minuten (insbesondere etwa zehn Minuten) über dem erhitzten Bad aus geschmolzenen Salzen gehalten werden, bevor sie in das Bad eingetaucht werden. Das Bad aus geschmolzenen Kaliumsalzen wird dann über die gesamte Zeit der Behandlung (insbesondere zwischen 8 und 72 Std., vor allem zwischen 16 und 24 Std.) auf Temperatur gehalten, anschließend werden die Gläser aus dem Bad herausgenommen, abgekühlt (wobei das Abkühlen beispielsweise bei Raumtemperatur unter Ruhenlassen der Gläser in dem Vorspannungsraum auf einem Träger, beispielsweise einem stahlkorbartigen Metallträger, erfolgt), dann – vor einem möglichen Trocknen (beispielsweise bei Raumtemperatur im Raum oder durch Luftstrom etc.) – gegebenenfalls gespült, beispielsweise mit Wasser oder mit einem anderen Lösungsmittel.
Wie zuvor angegeben, ermöglicht die besonders zufriedenstellende und dauerhafte Verstärkung, die bei den erfindungsgemäßen Platten erreicht wird, notfalls, die Dicke der verwendeten Platten zu reduzieren und gleichzeitig eine gute mechanische Festigkeit zu bewahren. Es ist vorzuziehen, dass die Glasplatte jedoch geeignet bleibt, die Induktoren, die elektrische Verkabelung sowie die Steuer- und Kontrollkreise der Kochvorrichtung zu kaschieren, wobei lediglich die Anzeigevorrichtungen vorzugsweise durch den Benutzer sichtbar bleiben. Insbesondere wenn die Transmission der Glasplatte als solche hoch ist (insbesondere jenseits von 3% liegt) und/oder wenn die Farbstoffe, die gegebenenfalls in dem Glas vorhanden sind, nicht ermöglichen, die Platte hinreichend undurchsichtig zu machen, ist es möglich, wenigstens einen Teil der Oberfläche der Platte (insbesondere denjenigen, der bei der Kochvorrichtung den zu kaschierenden Elementen gegenüberliegt) mit einer Beschichtung zu versehen (die beispielsweise auf die verstärkte Platte, direkt im Anschluss nach ihrer Herstellung oder nachträglich) aufgebracht wird, wobei die Beschichtung die Fähigkeit besitzt, die Lichtstrahlung zu absorbieren und/oder zu reflektieren und/oder zu streuen. Die Beschichtung kann unter der Platte, das heißt auf der Fläche, die dazu bestimmt ist, gegenüber den innenliegenden Elementen der Vorrichtung angeordnet zu werden, auch als ”Unterseite” bezeichnet, und/oder auf der Platte, das heißt auf der abgewandten Seite oder Oberseite, aufgebracht werden. Diese Beschichtung kann durchgehend oder unterbrochen sein (beispielsweise Muster oder ein Raster aufweisen), oder kann in einigen Bereichen unterbrochen sein, zum Beispiel im Bereich der Heizelemente, und anderswo durchgehend, wobei ein oder mehrere nicht beschichtete Bereiche auch beispielsweise gegenüber den lichtemittierenden Vorrichtungen vorgesehen sein können (wobei diese Bereiche auch mit einer nicht opaken Beschichtung überzogen sein können). Die Lichtdurchlässigkeit der Platte in den beschichteten Bereichen beträgt vorzugsweise höchstens 0,5%, sogar höchstens 0,2%, wobei die Beschichtung auch vollkommen opak sein kann.
Die Platte kann auch eine Zierbeschichtung umfassen, die nicht unbedingt dazu bestimmt ist, die innenliegenden Elemente der Kochvorrichtung zu verdecken, wobei dieses Dekor beispielsweise ermöglicht, die Heizbereiche, die Bedienungsbereiche (insbesondere die sensitiven Tasten) zu erkennen, Informationen zu liefern, ein Logo darzustellen etc.
Die Beschichtung oder Beschichtungen können beispielsweise eine Schicht oder Schichten auf organischer Basis, wie eine Farb- oder Lackschicht, oder eine Schicht oder Schichten auf mineralischer Basis, wie ein Email, oder eine Metallschicht oder Schicht aus einem Oxid, Nitrid, Oxinitrid, Oxicarbid eines Metalls sein. Vorzugsweise werden die organischen Schichten auf der Unterseite aufgebracht, während die mineralischen Schichten, insbesondere Emaillen, auf der Oberseite aufgebracht werden.
Die verwendbare Anstrichfarbe ist vorteilhafterweise derart gewählt, dass sie hohen Temperaturen standhält, ihre Farbe und ihre Kohäsion mit der Platte bewahrt, und dass sie die mechanischen Eigenschaften der Platte nicht beeinträchtigt. Sie weist vorteilhafterweise eine Degradationstemperatur von über 300°C, insbesondere im Bereich zwischen 350°C und 700°C auf. Sie ist im Allgemeinen auf der Basis von Harz(en) (beispielsweise einem Silikonharz, das gegebenenfalls durch Einbettung eines Radikals, wie eines Alkyds oder Phenyls oder Methyls etc. modifiziert ist), gegebenenfalls (beispielsweise mit Pigment(en) oder Farbstoff(en)) beladen und eventuell verdünnt, um ihre Viskosität im Hinblick auf ihr Auftragen auf die Platte anzupassen, wobei das Verdünnungsmittel oder das Lösungsmittel (zum Beispiel Testbenzin, Toluol, Lösungsmittel vom Typ aromatische Kohlenwasserstoffe, wie das durch die Gesellschaft Exxon unter der Marke Solvesso 100^® auf den Markt gebrachte Lösungsmittel etc.) gegebenenfalls während des nachträglichen Brennens der Farbe entfernt wird.
Die vorhandenen Pigmente können zum Beispiel Pigmente für Emaillen (vom Typ Metalloxide oder Chromate, zum Beispiel Chrom-, Kupfer-, Eisen-, Kobalt- oder Nickeloxide, oder Kupfer- oder Kobaltchromate etc.), Partikel eines Metalls oder von Metallen oder Metalllegierungen sein. Die Pigmente können auch „Effekt”-Pigmente (Metalleffektpigmente, Interferenzpigmente, Perlglanzpigmente etc.) sein, insbesondere Pigmente in Form von Aluminiumoxidplättchen (Al₂O₃), die mit Metalloxiden überzogen sind, oder diejenigen auf der Basis von Glimmerpartikeln, die mit Oxiden oder Oxidkombinationen überzogen sind.
Die verwendete Farbe umfasst vorzugsweise wenigstens ein hochtemperaturbeständiges (Co-)Polymer (oder ist auf der Basis dessen) (das insbesondere eine Degradationstemperatur von über 400°C aufweist), umfasst beispielsweise ein oder mehrere der folgenden Harze: Polyimid-, Polyamid-, Polyfluor-, Polysilsesquioxan- und/oder Polysiloxanharz. Die Polysiloxanharze sind besonders vorteilhaft. Diese Harze können im vernetzbaren Zustand oder umgewandelt (vernetzt oder pyrolysiert) verwendet werden. Vorteilhafterweise weisen sie Phenyl-, Ethyl-, Propyl- und/oder Vinylmuster auf und sind insbesondere aus Polydimethylsiloxanen, Polydiphenylsiloxanen, Phenylmethylsiloxan-Polymeren und Dimethylsiloxan-Diphenylsiloxan-Copolymeren ausgewählt. Die Dow Corning^®-Harze 804, 805, 806, 808, 840, 249, 409 HS und 418 HS, Rhodorsil^®-Harze 6405 und 6406 von Rhodia, Triplus^® von General Electric Silicone und SILRES^® 604 von Wacker Chemie GmbH sind insbesondere perfekt geeignet. Die so gewählten Harze sind insbesondere geeignet, dem Induktionsheizen standzuhalten.
Die Farbe kann frei von mineralischen Füllstoffen sein, insbesondere wenn ihre Dicke gering bleibt, oder kann solche Füllstoffe umfassen, um insbesondere die Farbschicht zu verstärken, um zu ihrer Kohäsion beizutragen, um das Auftreten und das Ausbreiten von Rissen innerhalb dieser zu bekämpfen, etc. (wobei ein Teil dieser Füllstoffe vorzugsweise eine Lamellenstruktur aufweist), wobei die Füllstoffe auch für die Färbung zum Einsatz kommen können. Der Anteil an mineralischen Füllstoffen kann insbesondere 10 bis 60 Vol.-%, weiterhin insbesondere 15 bis 30% (Volumenanteile, die auf dem Gesamtvolumen der Füllstoffe und der Farbe basieren) betragen.
Die Dicke jeder aufgebrachten Farbschicht kann zwischen 1 und 100 Mikron, insbesondere zwischen 5 und 50 Mikron betragen. Das Auftragen der Farbe kann durch jedwede geeignete Technik erfolgen (mit der Bürste, der Spachtel, durch Zerstäubung, elektrostatisches Beschichten, Tauchen, Vorhangbeschichten, Siebdruck, Tintenstrahl etc.) und erfolgt vorzugsweise mittels Siebdruck. An das Auftragen kann sich eine Wärmebehandlung anschließen, die dazu bestimmt ist, je nach Fall, die Trocknung, die Vernetzung, die Pyrolyse etc. der aufgebrachten Schicht oder Schichten zu gewährleisten.
Die Farbschicht oder -schichten können gegebenenfalls mit einer Schutzschicht, zum Beispiel aus Silikonharz, das durch Alkylradikale modifiziert ist, oder Polysiloxanharz, überzogen sein.
Wie zuvor angegeben, kann die Beschichtung auch wenigstens ein Email sein. Das Email ist aus einem Pulver, das eine Glasfritte und Pigmente (wobei diese Pigmente auch Teil der Fritte sein können) enthält, sowie aus einem Medium für das Auftragen auf das Substrat gebildet. Die Glasfritte wird vorzugsweise aus einem verglasbaren Gemisch gewonnen, das im Allgemeinen Oxide enthält, die insbesondere aus den Silizium-, Zink-, Natrium-, Bor-, Lithium-, Kalium-, Kalzium-, Aluminium-, Magnesium-, Barium-, Strontium-, Antimon-, Titan-, Zirkonium-, Bismutoxiden ausgewählt sind. Die Pigmente können aus den vorstehend in Verbindung mit der Farbe genannten ausgewählt sein, wobei der Anteil an Pigment(en) in der Fritte(n)/Pigment(e)-Einheit beispielsweise im Bereich zwischen 30 und 60 Gew.-% liegt.
Die Schicht kann insbesondere durch Siebdruck aufgebracht werden (wobei die Basis und die Pigmente gegebenenfalls in einem Medium suspendiert sind, das im Allgemeinen dazu bestimmt ist, in einem nachträglichen Brennschritt aufgezehrt zu werden, wobei dieses Medium insbesondere Lösungsmittel, Verdünnungsmittel, Öle, Harze etc. enthalten kann), wobei die Dicke der Schicht beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 6 μm liegt (wobei die Dicke im Allgemeinen 6 μm, insbesondere 3 μm nicht überschreitet). Die Siebdrucktechnik ist dadurch vorteilhaft, dass sie insbesondere ermöglicht, gewisse Bereiche der Platte auszusparen, insbesondere die Bereiche, die den lichtemittierenden Vorrichtungen gegenüberliegen werden.
Die Beschichtung kann weiterhin wenigstens eine Metallschicht oder Schicht aus einem Oxid, Nitrid, Oxinitrid, Oxicarbid eines Metalls sein. Unter „Schicht” werden auch Schichtenstapel verstanden. Diese Schicht kann beispielsweise eine metallische oder im Wesentlichen metallische einfache Schicht sein (zum Beispiel eine dünne Schicht aus Ag, W, Ta, Mo, Ti, Al, Cr, Ni, Zn, Fe, oder aus einer Legierung von Metallen oder auf der Basis von rostfreien Stählen etc.), oder sie kann ein Stapel aus (Unter)Schichten sein, der eine oder mehrere Metallschichten, beispielsweise eine metallische (oder im Wesentlichen metallische) Schicht umfasst, die durch wenigstens eine Schicht auf der Basis eines dielektrischen Materials geschützt (auf wenigstens einer Seite und vorzugsweise auf ihren beiden gegenüberliegenden Seiten beschichtet) ist, (beispielsweise wenigstens eine Silber- oder Aluminiumschicht, die mit wenigstens einer Schutzschicht aus Si₃N₄ – insbesondere einem Si₃N₄/Metall/Si₃N₄-Stapel – oder aus SiO₂ beschichtet ist).
Alternativ hierzu kann es sich um eine Einlagenbeschichtung auf der Basis eines dielektrischen Materials mit hohem Brechungsindex n, das heißt von über 1,8, vorzugsweise über 1,95, insbesondere über 2 handeln. Die Schicht kann auch von einem Stapel aus dünnen (Unter)Schichten auf der Basis eines (von) dielektrischen Materials (Materialien) abwechselnd mit hohen (vorzugsweise über 1,8, sogar 1,95, sogar 2) und niedrigen (vorzugsweise unter 1,65) Brechungsindizes, insbesondere aus einem Material(ien) vom Typ Metalloxid (oder Metallnitrid oder -oxinitrid) oder Mischoxid (Zinn-Zink, Zink-Titan, Silizium-Titan etc.) oder Legierung etc. gebildet sein, wobei die (Unter)Schicht, die gegebenenfalls als erste abgeschieden wird und sich an der Innenseite der Platte befindet, vorteilhafterweise eine Schicht mit hohem Brechungsindex ist.
Als (Unter)Schichtmaterial mit hohem Brechungsindex kann beispielsweise TiO₂ oder eventuell SnO₂, Si₃N₄, Sn_xZn_yO_z, TiO_x oder Si_xTi_yO_z, ZnO, ZrO₂, Nb₂O₅ etc. genannt werden. Als (Unter)Schichtmaterial mit niedrigem Brechungsindex kann beispielsweise SiO₂ oder eventuell ein Siliziumoxinitrid und/oder -oxicarbid oder ein Silizium- und Aluminium-Mischoxid oder eine Fluorverbindung, beispielsweise vom Typ MgF₂ oder AlF₃, etc. genannt werden.
Die (geometrische) Dicke einer jeden abgeschiedenen Schicht auf der Basis einer dünnen (dünner) Schicht(en) liegt im Allgemeinen zwischen 15 und 1000 nm, insbesondere 20 und 1000 nm, wobei die Dicke einer jeden der (Unter)Schichten (im Fall eines Stapels) zwischen 5 und 160 nm, im Allgemeinen zwischen 20 und 150 nm variieren kann. Die Schicht auf der Basis einer dünnen (dünner) Schicht(en) kann direkt im Anschluss oder nachträglich (zum Beispiel nach dem Schneiden und/oder der Formgebung der Platte) auf die Platte aufgebracht werden, insbesondere durch Pyrolyse, durch Verdampfen oder durch Zerstäubung. Vorzugsweise wird sie durch Zerstäubung und/oder durch ein Vakuum- und/oder plasmaunterstütztes Beschichtungsverfahren abgeschieden, insbesondere durch Kathodenzerstäubung (Magnetron), insbesondere magnetfeldunterstützt, wobei die Oxide oder Nitride anhand eines geeigneten (geeigneter) Metall- oder Legierungs- oder Silizium- oder Keramiktarget(s) etc. abgeschieden werden, falls erforderlich unter oxidierenden oder nitrierenden Bedingungen (Mischungen gegebenenfalls aus Argon/Sauerstoff oder aus Argon/Stickstoff).
Wie vorstehend angegeben, betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Induktionskochvorrichtung, die wenigstens eine erfindungsgemäße Platte (die mit einer verdunkelnden oder undurchsichtig machenden Beschichtung, wie sie in den vorhergehenden Absätzen beschrieben ist, versehen ist oder nicht) und wenigstens einen Induktor (der insbesondere unter der Platte angeordnet ist) umfasst. Außer der Platte und dem oder den Induktor(en) kann die Kochvorrichtung auch wenigstens eine lichtemittierende Vorrichtung sowie wenigstens eine Steuer- und Kontrollvorrichtung umfassen, wobei das Ganze im Allgemeinen in einem Kasten enthalten ist.
Die lichtemittierende(n) Vorrichtung(en) sind vorteilhafterweise aus den Leuchtdioden (die beispielsweis zu 7-Segment-Anzeigeeinrichtungen gehören), den Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen (LCD), Anzeigeeinrichtungen mit Leuchtdioden, eventuell organischen (OLED), den Fluoreszenzanzeigen (VFD) ausgewählt, wobei die durch die Platte hindurch gesehenen Farben unterschiedlich sein können (Rot, Grün, Blau sowie alle möglichen Kombinationen, darunter Gelb, Violett, Weiß etc.). Diese Vorrichtungen können dekorativ sein und/oder können gegebenenfalls verschiedene, für den Benutzer nützliche Informationen anzeigen, insbesondere Heizleistung, Temperatur, Kochprogramme, Kochzeiten, Bereiche der Platte, die eine vorbestimmte Temperatur überschreiten, etc.
Die Steuer- und Kontrollvorrichtungen können insbesondere mechanisch sein oder vorteilhafterweise sensitive Tasten, beispielsweise vom kapazitiven Typ oder mit Infrarot, umfassen.
Alle innenliegenden Elemente sind im Allgemeinen an einem oftmals metallischen Kasten befestigt, der beispielsweise den unteren Teil der Kochvorrichtung bildet, normalerweise in der Arbeitsfläche oder im Körper des Kochherdes verborgen ist. Alternativ zu der zuvor erläuterten mehr oder weniger undurchsichtig machenden Beschichtung, die auf der Platte abgeschieden ist, kann ein insbesondere undurchsichtig machendes Material oder Element auch zwischen der Platte und den innenliegenden Elementen der Vorrichtung angeordnet sein, um insbesondere wenigstens einen Teil der innenliegenden Elemente zu verdecken.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, ohne sie jedoch einzuschränken, unter Vorstellen der mit den Glasplatten gemäß der vorliegenden Erfindung erzielten Ergebnisse (Beispiel 1) im Vergleich zu einem Referenzbeispiel, das Glasplatten mit gleicher Ausgangszusammensetzung, jedoch durch Natriumaustausch verstärkte Glasplatten betrifft.
Erfindungsgemäßes Beispiel:
Bei diesem Beispiel wurde auf bekannte Weise durch Schmelzen und Formgebung mittels Walzen eine 3 mm dicke Lithium-Aluminosilikat-Glasscheibe mit der folgenden Gewichtszusammensetzung hergestellt:

SiO₂ 67,4%

Al₂O₃ 20,0%

Li₂O 3,45%

Na₂O 0,15%

K₂O 0,2%

ZnO 1,6%

MgO 1,25%

TiO₂ 2,6%

ZrO₂ 1,7%

As₂O₃ 0,8%

BaO 0,8%

Fe₂O₃ 0,019%
Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Glases betrug 41·10^–7/K.
Aus dieser Glasscheibe wurden 70 × 70 mm-Platten geschnitten, anschließend für 32 Std. bei 460°C in ein Kaliumnitratbad getaucht, um eine Austauschtiefe (Dicke des Oberflächenbereichs, erfindungsgemäß Kalium-verstärkt, und durch das Gewichtszuwachs-Verfahren bemessen) von 50 μm zu erreichen.
Die Glasplatten wurden dann bei Raumtemperatur von 20°C abgekühlt, anschließend mit Wasser gespült, dann bei Raumtemperatur von 20°C getrocknet.
Der Kaliumanteil wurde dann an der Oberfläche des Glases mit Hilfe einer elektronischen Mikrosonde für die erhaltenen Platten gemessen, wobei der gemessene Anteil bei diesem Beispiel 9% betrug, wobei die Differenz Δ_S[K₂O] zwischen dem Kaliumanteil an der Oberfläche des Glases ([K₂O]_S = 9 Gew.-%) und dem Kaliumanteil im Kern der Platte ([K₂O]_C = 0,2 Gew.-%) somit etwa 8,8% beträgt. Die Biegebruchspannung bei der Ring-auf-Dreibein-Prüfung wurde ebenfalls an den Platten vor Enthärten bemessen, wobei die an 10 geprüften Platten erreichten Werte zwischen 740 MPa und 820 MPa lagen. Die Kernspannung wurde ebenfalls bemessen, diese Spannung lag bei 5 MPa.
An diesen Gläsern wurden dann Enthärtungsprüfungen durchgeführt. Es wurden zwei Fälle einer Enthärtung betrachtet, nämlich ein 1000-stündiges Verweilen in einem Ofen bei 350°C, das eine normale Verwendung einer 3 mm dicken Induktionsplatte über 5 Jahre simuliert, sowie ein 10-minütiges Verweilen in einem Ofen bei 450°C, das ein versehentliches Ereignis eines Überhitzens der Platte simuliert. Die Bruchspannungen bei der Ring-Biegeprüfung sind anschließend ausgewertet worden. Die an 5 geprüften Platten erreichten Werte lagen zwischen 600 und 700 MPa nach Erhitzen auf 350°C für 1000 Std. und lagen zwischen 680 und 820 MPa nach Erhitzen auf 450°C für 10 Minuten.
Trotz eines Verlustes an mechanischer Festigkeit, der an den 1000 Std. bei 350°C enthärteten Gläsern gemessen wird, bleibt man trotz alledem weit oberhalb der Leistungsfähigkeit, die bei dieser Dicke (und selbst bei geringeren Dicken von beispielsweise 1,6 mm) für die Kochplatten-Anwendung erforderlich ist, wobei die mechanische Festigkeit ferner durch das 10-minütige Enthärten bei 450°C quasi nicht beeinträchtigt wird.
Die erhaltenen Glasplatten sind auch Kratzprüfungen unterzogen worden. Ihre Oberfläche blieb nach Anwendung einer Vickers-Spitze unter einer Kraft von 1 N (gegen 0,5 N für die gleichen, nicht verstärkten Gläser) frei von Schuppen und blieb nach Anwendung einer Erichsen-Kugel unter einer Kraft von 30 N (gegen 10 bis 15 N für die gleichen, nicht verstärkten Gläser) frei von seitlichen Rissen.
Referenzbeispiel:
Es wurde wie bei dem vorhergehenden Beispiel vorgegangen, dieses Mal unter Vollziehen des Härtens bei 395°C für 4 Std. (wobei das Härten viel schneller als im Fall von Kalium erfolgte), wobei die Dicke des Oberflächenbereichs der nach diesem Vergleichsbeispiel erhaltenen Natrium-verstärkten Platte 130 μm betrug.
Der (mittels elektronischer Mikrosonde) gemessene Natriumanteil an der Oberfläche des Glases bei den erhaltenen Platten betrug 6%. Die Biegebruchspannung bei der Ring-auf-Dreibein-Prüfung wurde ebenfalls vor Enthärten bemessen, wobei die an 2 geprüften Platten erreichten Werte zwischen 450 MPa und 600 MPa lagen. Die Kernspannung wurde ebenfalls bemessen, wobei diese Spannung bei 14 MPa lag.
Anschließend wurden Enthärtungsprüfungen durchgeführt, und es wurden die Bruchspannungen bei der Ring-Biegeprüfung bemessen. Die an 5 geprüften Platten erzielten Werte lagen zwischen 90 und 300 MPa nach Erhitzen auf 350°C für 1000 Std. Auf diese Weise hat man eine wesentlich stärkere Wirkung des Enthärtens im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Kalium-verstärkten Glas festgestellt, was diese Platten für die Verwendung als Kochplatten weit weniger geeignet macht.
Die erfindungsgemäßen Glasplatten können vorteilhaft als Induktionskochplatten, die beispielsweise dazu bestimmt sind, in eine Arbeitsfläche oder einen Herd oder einen festen oder tragbaren Kasten etc. integriert zu werden, verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2079119 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

H. Aben und C. Guillemet in ”Photoelasticity of glass”, Springer Verlag, 1993, Seiten 65, 123, 124, 146 [0025]
Norm ISO 6507 [0026]
C1327 [0026]
Norm ISO 7991: 1987 [0031]

Claims

Platte, die dazu bestimmt ist, Induktionsheizelemente zu bedecken oder aufzunehmen, insbesondere Induktionskochplatte, wobei die Platte eine Glasplatte ist, deren Zusammensetzung vom Lithium-Aluminosilikat-Typ ist, wobei die Platte einen Oberflächenbereich mit einer Dicke von wenigstens 5 μm aufweist, der Kalium-Ionen als Ersatz für die Lithium-Ionen des Glases umfasst.
Induktionsplatte nach Anspruch 1, die derart ist, dass die Dicke des Oberflächenbereichs zwischen 6 und 120 μm, vorzugsweise zwischen 20 und 90 μm, insbesondere zwischen 40 und 80 μm liegt, sogar 50 bis 70 μm beträgt.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 2, die derart ist, dass der Kaliumanteil an der Oberfläche des Glases und an jeder Stelle der Dicke des Oberflächenbereichs höher ist als der Kaliumanteil in dem mittleren Bereich, insbesondere, im Vergleich zu dem Kaliumanteil in dem mittleren Bereich, um wenigstens 0,5 Gew.-% höher ist.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die derart ist, dass der Kaliumanteil an der Oberfläche des Glases im Vergleich zu dem Kaliumanteil in dem mittleren Bereich um wenigstens 3 Gew.-% höher ist.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die derart ist, dass der Kaliumanteil über eine Dicke von 5 μm, ausgehend von der Oberfläche des Glases, nach Erhitzen auf 350°C für 1000 Stunden um weniger als 30% abnimmt.
Platte, die dazu bestimmt ist, Induktionsheizelemente zu bedecken oder aufzunehmen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Platte eine Glasplatte ist, deren Zusammensetzung vom Lithium-Aluminosilikat-Typ ist, derart, dass ihre Biegebruchspannung, vor und nach Alterung, insbesondere nach Erhitzen auf 350°C für 1000 Std. oder nach Erhitzen auf 450°C für 10 Minuten, wenigstens 400 MPa, vorzugsweise wenigstens 500 MPa, insbesondere wenigstens 550 MPa und gegebenenfalls wenigstens 600 MPa beträgt.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die derart ist, dass ihre Biegebruchspannung vor Enthärten wenigstens 550 MPa, vorzugsweise wenigstens 600 MPa, insbesondere wenigstens 700 MPa, sogar wenigstens 750 MPa beträgt.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die derart ist, dass ihre Biegebruchspannung, nach Erhitzen auf 350°C für 1000 Std., wenigstens 400 MPa, insbesondere wenigstens 500 MPa, insbesondere wenigstens 550 MPa, sogar wenigstens 600 MPa und/oder, nach Erhitzen auf 450°C für 10 Minuten, wenigstens 550 MPa, insbesondere wenigstens 600, sogar wenigstens 650 MPa, insbesondere wenigstens 700 MPa bei der Platte beträgt.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die derart ist, dass ihre Kernspannung bei einer Dicke von 1,5 bis 6 mm im Bereich zwischen 2 und 80 MPa liegt.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die derart ist, dass sie der Bildung von Schuppen durch Anwendung einer Spitze unter einer Kraft von 1 N standhält und/oder derart, dass sie der Bildung von Rissen nach Anwendung einer Stahlkugel mit einem Durchmesser von 500 μm unter einer Kraft von 20 N, sogar 30 N standhält.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die derart ist, dass die Dicke der Glasplatte weniger als oder gleich 4 mm, insbesondere weniger als oder gleich 3,5 mm, vor allem weniger als oder gleich 3 mm beträgt.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die derart ist, dass die chemische Zusammensetzung des Glases, anfangs oder im Kern der Platte, Siliziumdioxid SiO₂ in einem Gewichtsgehalt von 49 bis 75%, Aluminiumoxid Al₂O₃ in einem Gewichtsgehalt von 15 bis 30% und Lithiumoxid Li₂O in einem Gewichtsgehalt von 1 bis 8% umfasst.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die derart ist, dass die chemische Zusammensetzung des Glases, anfangs oder im Kern der Platte, die folgenden Bestandteile umfasst, die innerhalb der nachstehend definierten Gewichtsgrenzen variieren: SiO₂: 49–75%; Al₂O₃: 15–30%; Li₂O: 1–8%; K₂O: 0–5%; Na₂O: 0–5%; ZnO: 0–5%; MgO: 0–5%; CaO: 0–5%; BaO: 0–5%; SrO: 0–5%; TiO₂: 0–6%; ZrO₂: 0–5%; P₂O₅: 0–10%; B₂O₃: 0–5% (und vorzugsweise 0).
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die derart ist, dass die chemische Zusammensetzung des Glases, anfangs oder im Kern der Platte, die folgenden Bestandteile umfasst, die innerhalb der nachstehend definierten Gewichtsgrenzen variieren: SiO₂: 52–75%; Al₂O₃: 18–27%; Li₂O: 1,5–5,5%; K₂O: 0–3%; Na₂O: 0–3%; ZnO: 0–3,5%; MgO: 0–3%; CaO: 0–4,5%; BaO: 0–3,5%; SrO: 0–2%; TiO₂: 0–5,5%; ZrO₂: 0–3%; P₂O₅: 0–8%; B₂O₃: 0–3% (und vorzugsweise 0).
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die derart ist, dass der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Glases höchstens 70·10^–7/K beträgt, insbesondere zwischen 30·10^–7/K und 50·10^–7/K liegt.
Induktionskochvorrichtung, umfassend wenigstens einen Induktor und wenigstens eine Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
Vorrichtung nach Anspruch 16, die derart ist, dass wenigstens ein Teil der Oberfläche der Platte mit wenigstens einer Beschichtung versehen ist und/oder dass ein Material oder Element, insbesondere undurchsichtig machendes, zwischen der Platte und den innenliegenden Elementen der Vorrichtung angeordnet ist.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Lithium-Aluminosilikat-Glasplatte mit wenigstens einem Kaliumsalz, insbesondere für wenigstens 8 Std. bei wenigstens 360°C in Kontakt gebracht ist.
Induktionsplatte nach Anspruch 18, bei der die Glasplatte in wenigstens ein Kaliumsalzbad getaucht ist, insbesondere ein Kaliumnitratbad, das auf eine Temperatur vorzugsweise zwischen 360°C und 500°C, insbesondere zwischen 450°C und 500°C erhitzt ist, wobei die Haltezeit des Glases in dem Bad ebenfalls vorzugsweise zwischen 8 Std. und 72 Std., insbesondere zwischen 16 und 32 Std. beträgt.
Induktionsplatte nach einem der Ansprüche 18 oder 19, bei der das Glas vor Eintauchen in das Bad vorgeheizt ist, wobei das Glas ferner nach Herausnehmen aus dem Bad abgekühlt, dann, vor eventueller Trocknung, gegebenenfalls gespült ist.