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EFB-Forschungsbericht Nr. 024

Energie- und Rohstoffeinsparung bei Herstellung und Gebrauch von Geschirr für Elektroherde

Verfasser:
Prof. Dr. agr. Manfred Schätzke, Institut für Landtechnik, der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

76 Seiten (Sw 33 Abb., 9 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-102-4

Preis (Digital) EUR 38,00

Preis (Print) EUR 42,80

Schlagwörter: Geschirr, Wirkungsgrad

Zusammenfassung

Energie- und Rohstoffeinsparung bei Herstellung und Gebrauch von Geschirr für Elektroherde unter Berücksichtigung der Garverfahren, der tatsächlichen Beanspruchung in der Praxis und der Häufigkeit der Benutzung (Langzeitbeanspruchung)

Kochgeschirre für Elektroherde unterliegen bei der Nutzung vielfältigen Beanspruchungen, die ihrerseits Reaktionen am Topf hervorrufen. Dabei führen insbesondere Temperaturwechselbelastungen zu Veränderungen des Topfbodens, wodurch das Ankochverhalten und die Anbrenneignung beeinflußt werden können. Je nach Art der Temperaturwechselbelastungen sind die Veränderungen des Topfbodens irreversibel oder reversibel.

Bleibende Veränderungen treten zunächst nach dem Erhitzen auf ca. 180 °C bis 200 °C auf. Dabei werden herstellungsbedingte Spannungen im Topfboden abgebaut. Weitere bleibende Verformungen stellen sich durch das Altern der Töpfe ein. Reversible Bewegungen führt der Boden bei jedem, dem normalen Gebrauch entsprechenden Erwärmungsprozess aus.

Das Ausmaß und die Richtung der Veränderungen sind abhängt vom Material, der Bodendicke und dem Bodeneinzug in Neuzustand. Dadurch entsteht ein sich ebenfalls ändernder Luftraum zwischen Beheizungsoberfläche und Topfbodenunterseite, der den Wärmefluß behindert. Dieser Luftraum wird beschrieben durch eine Schnttfläche durch den Topfbodenmittelpunkt senkrecht zur Bodenfläche.

Da die Bodenbewegung bzw. -verformung entscheidenden Einfluß auf das Gebrauchsverhalten hat, werden vier Kriterien für die Beurteilung eines Topfes für Elektroherde definiert:

  • die Bodenbewegung selbst
  • die Langzeitstabilität
  • die Ankochzeit und der Ankochwirkungsgrad
  • die Temperaturverteilung auf dem Topfboden
Bodenbewegung:

Alle untersuchten Töpfe reagieren beim erstmaligen Erwärmen mit einer bleibenden Veränderung der Bodengeometrie. Werden die Töpfe einem Alterungsprozess durch Temperaturwechselbelastungen unterzogen, stellt sich eine weitere bleibende Veränderung ein, die sich mit zunehmendem Alter einem konstanten Wert nähert. Die Richtung der Veränderung ist im allgemeinen von der Beheizung weg. Ausnahmen sind besonders bei den Emailtöpfen mit geringer Vorbombierung festzustellen. Der Betrag der Veränderung nimmt mit dicker werdendem Boden ab.

Die sich einstellende bleibende Verformung ist demnach neben dem Material abhängig von der Dicke des Bodens und seiner Bombierung. Bei einem bestimmten Verhältnis beider müßte sich eine Bodenverformung erreichen lassen, die nicht auf die Beheizung gerichtet ist, aber auch nur sehr kleine Werte in der anderen Richtung aufweist. Voraussetzung hierfür sind u.a. sehr geringe Fertigungstoleranzen. Die reversible Verformung ist bei Emailtöpfen ausgeprägter als bei Edelstahltöpfen.

Langzeitstabilität:

Aus der irreversiblen Veränderung der Bodengeometrie durch das Altern wird eine Alterungswirkungszahl entwickelt. Sie ist ein Bewertungsmaßstab dafür, wie rasch sich bei einem Topf während des Alternsein stabiler Bodenzustand einstellt. Dieser Zustand wird umso eher erreicht, je dicker der Boden ist. Der Bodeneinzug spielt dabei, insbesondere bei Bodenstärken ab etwa 3 mm bei Edelstahltöpfen und etwa 2 mm bei Emailtöpfen, keine wesentliche Rolle mehr. Töpfe mit Bodendicken nach DIN 44 904 weisen eine ausreichende Langzeitstabilität auf.

Ankochzeit und Ankochwirkungsgrad:

Sie stellen ein Maß für die Ausnutzung der von der Beheizung angebotenen Energie dar und sind insbesondere abhängig vom Luftraum zwischen Boden und Beheizung, der sich durch die Bodenbewegung ergibt. Dies führt bei vergleichbaren Töpfen zu einer Verlängerung der Ankochzeit von bis zu 10%. Für die Wirkungsgrade gilt grundsätzlich dasselbe, allerdings bewirkt das Takten der Beheizung infolge verschlechtertem Wärmeübergang bei Töpfen mit großer Bodenwölbung nach innen z.T. günstigere Wirkungsgradwerte. Die Dicke des Bodens ist hier von untergeordneter Bedeutung.

Temperaturverteilung auf dem Topfboden:

Für die quantitative Bewertung der Temperaturverteilung wird eine Gleichmäßigkeitszahl vorgestellt, die aus den Ergebnissen von thermografischen Messungen der Topfbodentemperatur beim Aufheizen errechnet wird. Danach weisen Töpfe mit großer Bodenwölbung nach innen eine gleichmäßigere Temperaturverteilung auf als solche, die dem planen Aufliegen auf der Beheizung nahekommen. Bei Töpfen mit dickem Boden ist dies besonders zu beobachten.

Die für die Beurteilung eines Topfes herangezogenen Kriterien stellen z. T. gegensätzliche Anforderungen an das Gebrauchsverhalten.
Während eine geringe bleibende Verformung des Bodens durch vielmaligen Gebrauch auf eine gute Langzeitstabilität hindeutet und diese, zusammen mit einer ebenfalls geringen Bombierung nach innen, gute Verbrauchswerte und kurze Ankochzeiten liefern, weist ein solcher Topf eine schlechte Temperaturverteilung im Boden auf, wodurch die Gefahr des Anbrennens größer wird.

Die durchgeführten Untersuchungen und die dabei gewonnenen Ergebnisse sind, zusammen mit Untersuchungen an anderen Stellen, als erste Schritte zur Lösung der Probleme bei dem komplexen System Kochplatte - Topf zu verstehen. Sie reichen noch nicht aus, allgemein gültige Vorschläge für die Gestaltung eines allen Anforderungen gerecht werdenden Topfes zu machen.

Das Forschungsvorhaben "Energie- und Rohstoffeinsparung bei Herstellung und Gebrauch von Geschirr für Elektroherde unter Berücksichtigung der Garverfahren, der tatsächlichen Beanspruchung in der Praxis und der Häufigkeit der Benutzung (Langzeitbeanspruchung)" wurde unter Fördernummer DFB/AiF S100 von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 24 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Versuchsdurchführung
2.1 Auswahl der Versuchstöpfe
2.2 Versuchsaufbau, Methoden und Geräte
2.2.1 Simulation der haushaltsüblichen Langzeitbelastung
2.2.2 Erfassung der Topfbodengeometrie und -dicke
2.2.2.1 Statische Messung der Bodengeometrie und der Bodendicke
2.2.2.2 Dynamische Messung der Bodengeometrie
2.2.3 Messung der Ankochzeit und Ermittlung des Ankochwirkungsgrades
2.2.4 Thermografische Messungen zur Beurteilung der Temperaturverteilung auf dem Topfboden
3 Ergebnisse
3.1 Statische Veränderung der Topfbodengeometrie
3.2 Dynamische Veränderung der Topfbodengeometrie
3.3 Alterungsverhalten
3.4 Veränderung der Topfbodengeometrie unter Berücksichtigung der Bewegung beim Aufheizen
3.5 Ankochzeit und Ankochwirkungsgrad
3.6 Temperaturverteilung auf dem Topfboden
3.6.1 Thermogramme
3.6.2 Quantitative Bewertung der Temperaturverteilung
4 Schlußbetrachtung
5 Literaturverzeichnis