CH645229A5

CH645229A5 - Kocheinrichtung zur induktiven beheizung eines kochgefaesses.

Info

Publication number: CH645229A5
Application number: CH16380A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Goessler; Friedrich Koch
Original assignee: Ego Regeltech
Priority date: 1979-01-16
Filing date: 1980-01-10
Publication date: 1984-09-14
Also published as: JPS55124982A; ES487716A1; FR2447128A1; US4303816A; FR2447128B1; AT388637B; IT1129512B; US4381438A; DE2901556A1; IT8019212A0; JPH0230150B2; GB2041583A; ATA819679A; GB2041583B

Description

Die Erfindung betrifft eine Kocheinrichtung zur induktiven Beheizung eines Kochgefässes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das induktive Beheizen von Kochgefässen hat den Vorteil, dass die Wärme unmittelbar im Kochgefäss entsteht und daher Wärmeübertragungsprobleme nicht auftreten. Zur Leistungssteuerung kann entweder die Arbeitsfrequenz verändert werden oder die Leistung getaktet werden. Wegen der geringen Trägheit der induktiven Kochstelle ergeben sich hierbei allerdings Schwierigkeiten, weil die Taktimpulse sehr schnell aufeinander folgen müssten. Es ist jedoch in der DE-OS 26 33 741 bereits vorgeschlagen worden, die der Induktionsheizspule zugeführte Hochfrequenz mit einer so hohen Taktfrequenz zu takten, dass ein in seiner Grösse noch zu vertretender Glättungskondensator eingangsseitig Stromschwankungen auffängt. Damit werden die Rückwirkungen vermindert oder ausgeschaltet, die eine zu schnelle Takt-Impulsfolge anderenfalls auf das Netz ausüben würde.

Bei den bekannten Kocheinrichtungen mit induktiver Beheizung wird die Leistungseinstellung von Hand vorgenommen. Es handelt sich also um eine Leistungssteuerung. Eine temperaturabhängige Regelung macht Schwierigkeiten. Die Kochfläche, d.h. die Aufstellfläche für das Kochgefäss besteht vorzugsweise aus nichtmetallischem Material. Wenn metallisches Material verwendet wird, kommt dafür nur nicht-ferromagnetisches Material in Frage, das einerseits keine magnetische Abschirmung der Induktionsspule darstellt und andererseits wegen der zu seiner Dicke vergleichsweise grossen Eindringtiefe der elektromagnetischen Feldlinien keine wesentliche Leistung aufnimmt. Um die vollen Vorteile eines Induktionsherdes erreichen zu können, muss diese relativ dünne Aufstellfläche für das Kochgefäss über mehrere Kochstellen hinweg reichen. Aus diesem Grunde würden Durchbrüche für Temperaturfühler stören, weil dadurch die Festigkeit der Aufstellfläche sehr stark leiden würde. Ausserdem würden hier Durchbrüche entstehen, die es verhindern, dass der unter der Aufstellfläche liegende Raum gegen Feuchtigkeit usw. gesichert ist.

Auch andere Kontaktwärmefühler wären ungeeignet, weil dann wieder ein absolut ebener Boden der Kochgefässe zu fordern wäre, der an sich für die induktive Beheizung nicht notwendig ist. Auf jeden Fall wäre in diesem Falle die Reproduzierbarkeit der Temperaturregelung schlecht.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Kocheinrichtungen zur induktiven Beheizung von Kochgeräten eine temperaturabhängige Regelung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Derartige, der Dampfentwicklung im Kochgefäss ausgesetzte Fühlereinheiten sind für den Betrieb mit üblichen Kochplatten bekannt und beispielsweise unter dem Namen «EGOMAT» in der Praxis vielfach verwendet worden. Sie sind in den DE-PS 1 022 331 und 1 029 502 beschrieben worden. Auch eine Ausführung mit drahtloser Verbindung zwischen der auf den Kochtopfdeckel aufgesetzten Fühlereinheit und dem Steuer- und Regelteil ist aus der DE-PS 21 61 371 bekannt geworden. Die Verwendung im Zusammenhang mit Induktions-Kocheinrichtungen ist jedoch neu und bringt erstaunliche Vorteile mit sich. Die geringe Wärmeträgheit der Induktionsbeheizung, die lediglich durch die Wärmespeicherfähigkeit des Kochtopfbodens bestimmt ist, ermöglicht es, mit der im wesentlichen auf die Dampfentwicklung ansprechenden Fühlereinheit eine ausserordentlich feinfühlige Regelung durchzuführen, die frei von einem «Überschiessen» beim Eintreten des Siedens ist und die es sogar ermöglicht, Milch oder andere aufgrund einer Hautbildung zum Überkochen neigende Speisen ohne weiteres automatisch vom Ankochen bis zum Weiterkochen zu regeln. Zur Offenbarung wird auf die DE-PS 10 22 331, 10 29 502 und 21 61 371 ausdrücklich Bezug genommen.

Weitere Vorteile der Erfindung und von bevorzugten Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung bzw. ein Blockschaltbild einer Kocheinrichtung, die mehrere Kochstellen hat, von denen jedoch nur eine vollständig dargestellt ist,

Fig. 2 und 3 andere Ausführungsformen der Fühlereinheit in schematischer Darstellung und

Fig. 4 eine weitere Variante der Fühlereinheit und eines Teils des zugehörigen Steuergerätes.

In Fig. 1 ist eine Kocheinrichtung 11, beispielsweise ein Herd, dargestellt, der als Kochfläche eine Platte 12 aus einem vorzugsweise nichtmetallischen und auf jeden Fall nicht fer-romagnetischen Material besteht, das geeignet ist, ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld infolge von Wirbelströmen in Wärme umzusetzen.

Unter der Platte 12 sind an den Kochstellen 14,15 Induktionsheizspulen 16 angeordnet, die mit einem hochfrequenten Wechselstrom beaufschlagt werden, der aus einem strichpunktiert angedeuteten steuerbaren Umformer 17 kommt.

Der Umformer 17 ist über Anschlüsse 18 an das Haus5

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haltstromnetz angeschlossen und enthält eine doppelpolige Abschaltung 19, mit der das Gerät im Auszustand vom Stromnetz getrennt werden kann, und einen Wechselrichter/Leistungsteiler 20, in dem der Wechselstrom des Haushaltnetzes normalerweise zuerst gleichgerichtet und danach durch einen Wechselrichter in eine hochfrequente Wechselspannung von über 20 kHz umgeformt wird. Ausserdem ermöglicht der Wechselrichter/Leistungsteiler die Herabsetzung der Höchstleistung auf eine oder vorzugsweise mehrere der an sich bekannten Arten. Zum einen kann durch eine Änderung bzw. Herabsetzung der Arbeitsfrequenz die Grundleistung wahlweise herabgesetzt werden, und ausserdem kann durch eine Taktung eine Änderung der Gesamtleistung oder der herabgesetzten Teilleistung vorgenommen werden. Diese Taktung kann beispielsweise mit einer sehr hohen Taktfrequenz im Bereich zwischen 2 und 100 Hz vorgenommen werden, und durch einen Stützkondensator können die negativen Rückwirkungen auf das Netz sowie eventuelle Netzstörungen praktisch ausgeschaltet werden.

Zum Umformer 17 gehört ferner ein Regel- und Steuerteil 21, der zu seiner eigenen Stromversorgung ebenfalls an das Netz angeschlossen ist. Zur Sollwerteinstellung besitzt der Regel- und Steuerteil einen einstellbaren Widerstand 22, der an einem Einstellknopf 23 ausregelbar ist, der auch die doppelpolige Abschaltung 19 steuert.

An das Regel- und Steuerteil 21 ist über einen Streckan-schluss 24 eine Fühlereinheit 25 angeschlossen, die auf dem Kochgefäss 13, und zwar an einer Öffnung seines Deckels 26, angeordnet ist. Der Deckel 26 hat eine von einem Rand begrenzte Öffnung 27, auf die die Fühlereinheit 25 aufgesetzt ist und in die sie mit einem vorspringenden Teil 28 teilweise hineinragt oder über der Öffnung liegt.

Im Kochgefäss entstehender Dampf tritt aus der Öffnung 27 aus und streicht dabei unmittelbar an dem vorspringenden Teil 28 der Fühlereinheit vorbei, in der sich der Temperaturfühler 29 befindet. Bei Fig. 1 ist der Temperaturfühler 29 eine Ausdehnungsdose, die mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt ist und ihre Ausdehnungsbewegung auf einen Schnappschalter 30 überträgt, der bei Fig. 1 ein Doppelschnappschalter ist, dessen beide Kontakte an zwei Seiten einer gemeinsamen Federbrücke angeordnet und normalerweise geschlossen sind. Die Stromzuleitung erfolgt über die Stützlage der die Schnappwirkung erzeugenden Federzungen. Die als «Öffner» konzipierten Schaltkontakte könnten auch als «Schliesser» ausgebildet sein.

Neben der einen vollständig, wenn auch schematisch dargestellten Kochstelle ist noch eine weitere Kochstelle teilweise angedeutet, die eine gleiche Induktionsspule und einen gleichen Umformer hat. Die Fühlereinheit 25 mit ihrem im Steckanschluss 24 endenden Zuleitungskabel, das im vorliegenden Falle in einen Dreifachstecker 31 einsteckbar ist, kann auch in den gleichen Stecker 31 der zweiten Kochstelle 15 gesteckt werden und regelt dann diese.

Die Kocheinrichtung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt:

Nach dem Aufsetzen des Kochgefässes 13 wird am Einstellknopf 23 die gewünschte Leistungsstufe (Kochstufe) eingestellt. Die Induktionsspule 16 wird von dem Wechselrichter/Leistungsteiler 20 anfänglich mit der vollen Frequenz und dementsprechend der vollen Auslegungsleistung der Kochstelle beaufschlagt. Die hochfrequenten Wechselfelder wandeln sich im Kochtopfboden durch Wirbelströme in Wärme um und erhitzen das Kochgut. In der Fühlereinheit sind während des Aufheizens beide Kontaktpaare 33,34 geschlossen. Es wäre auch möglich, den Regel- und Steuerteil so auszulegen, dass auch beim Aufheizen nicht die volle Leistung freigesetzt wird, sondern eine getaktete Teilleistung entsprechend der Einstellung des Leistungsstellers 22.

Kurz unterhalb der Kochtemperatur hat sich die Ausdehnungsdose 29 soweit erwärmt, dass ihre Ausdehnung das Kontaktpaar 34 öffnet. Der Doppelschnappschalter 30 ist bei seinen beiden Kontaktpaaren auf unterschiedliche Temperaturen einjustiert. Das Öffnen des Kontaktpaares 34 bildet ein Regelsignal, das über den Regel- und Steuerteil 21 den Wechselrichter/Leistungsteiler 20 dazu veranlasst, von einer hohen Ankochleistung auf eine niedrigere Fortkochleistung umzuschalten. Wenn dann die Kochtemperatur erreicht ist, so erhitzt sich die Ausdehnungsdose 29 infolge des den Vorsprung 28 kondensierenden Dampfes ausserordentlich schnell auf die Dampftemperatur, so dass nun auch der höher justierte Kontakt 33 geöffnet wird. Dies ist ein Regelsignal, das ebenfalls über den Regel- und Steuerteil 21 den Wechselrichter/Leistungsteiler dazu veranlasst, die nun wesentlich niedrigere Fortkochleistung zu takten. Im einfachsten Falle könnte dies dadurch geschehen, dass beim Öffnen des Kontaktpaares 33 die Leistung abgeschaltet und beim Wieder-schliessen des Kontaktpaares 33 wieder angeschaltet wird. Die Rückwirkungen auf das Netz wären nicht so stark, weil die Fortkochleistung unter 50%, vorzugsweise Vs bis W der Auslegungsleistung beträgt und daher die Schalthäufigkeit relativ gering und die Rückwirkungen nicht so schwerwiegend sind. Es hat sich gezeigt, dass die Steuerung ausserordentlich exakt erfolgt und eine einwandfreie Taktung ergibt.

Wenn diese Art der Taktung wegen der Netzrückwirkung nicht in Kauf genommen werden kann, so ist es auch möglich, das Öffnen des Kontaktpaares 33 als ein Regelsignal zu verwenden, die eine Taktung mit einer hohen Taktfrequenz, wie vorstehend beschrieben, in Gang setzt.

Die zuletzt erwähnte Art der Regelung könnte besonders vorteilhaft auch mit einer Fühlereinheit 25a (Fig. 2) erreicht werden, bei der in der Fühlereinheit lediglich ein temperaturabhängiger Widerstand 35 (NTC oder PTC) angeordnet ist. Dabei wäre es möglich, an einem festen oder entsprechend der Sollwerteinstellung veränderlichen Schaltpunkt die Umschaltung auf Fortkochleistung und danach die Taktung vorzunehmen.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 enthält die Fühlereinheit 25b eine Ausdehnungsdose 29b, die auf einen Einfach-Schnappschalter 30b einwirkt. Beim ersten Schalter wird auf Fortkochleistung umgeschaltet und anschliessend diese Leistung getaktet. Die Ausdehnungsdose 29b kann in diesem Falle mit einer Flüssigkeit gefüllt sein, die bei einer fest eingestellten Temperatur kurz unterhalb des Siedpunktes von Wasser siedet und dadurch einen plötzlich Druckanstieg und eine sichere und schnelle Schaltung des Schalters 30b erzeugt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 enthält die Fühlereinheit 25c ebenfalls einen temperaturabhängigen Widerstand 35, der an einen in der Fühlereinheit 25c vorgesehenen Sender 36 angeschlossen ist, der von einer Batterie 37 gespeist wird. Dieser Sender sendet Regelsignale in Form von elektromagnetischen Wellen aus, die von einem Empfänger 38 aufgefangen und dem Regel- und Steuerteil 21 in gleicher Weise zugeführt werden wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Auch hier ist es möglich, zuerst eine Umschaltung auf Fort-kochieistung und danach deren Taktung vorzunehmen.

Einzelheiten einer Fühlereinrichtung nach Fig. 4 sind aus der DE-PS 21 61 371 bekannt. Es ist auch eine Übertragung mit Ultraschall oder Infrarot möglich. Es ist auch möglich, durch die Fühlereinheit nur eine Umschaltung auf Fortkochleistung vorzunehmen und die Leistungsanpassung im übrigen manuell durch den Sollwertsteller 22 vornehmen zu lassen. Die Verknüpfung der Fühlereinheit 25 mit dem Steuergerät ist vorzugsweise derart, dass die Handsteuerung über den Einstellknopf 23 auch ohne Temperatureinwirkung auf die Fühlereinheit möglich ist.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Kocheinrichtung zur induktiven Beheizung eines Koch-gefässes mit einer Induktionsheizspule und einem steuerbaren Umformer mit manueller Leistungssteuerung der Heizleistung, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umformer (17) ein temperaturabhängiges Steuer- und Regelteil (21) zugeordnet ist, zu dem eine auf das Kochgefäss (13) aufsetzbare, der Dampfentwicklung im Kochgefäss ausgesetzte Fühlereinheit (25,25a bis c) gehört, die temperaturabhängige Regelsignale an das Steuer- und Regelteil (21) abgibt.

2. Kocheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlereinheit (25, 25b) auf eine Schalttemperatur unterhalb des Siedepunktes von Wasser fest eingestellt ist und einen Temperaturfühler (29,29b) aufweist, der der Einwirkung des Dampfes des Kochgutes ausgesetzt ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kocheinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlereinheit (25,25b) einen Schalter (30,30b) zur Umschaltung des Umformers (17) von einer hohen Ankochleistung auf eine niedrigere Weiterkochleistung aufweist.

4. Kocheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlereinheit (25) wenigstens zwei Schalter bzw. Schaltkontaktpaare (33, 34) aufweist, die in ihrer Ansprechtemperatur gegeneinander verjustiert sind, von denen der niedriger justierte (34) eine Umschaltung von Ankoch- auf Weiterkochleistung und der höher justierte (33) die Weiterkochleistung regelt.

5. Kocheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlereinheit (25a, 25c) ein temperaturempfindliches elektrisches oder elektronisches Fühlerbauteil (35), z.B. einen NTC- oder PTC-Widerstand'aufweist, mittels dessen Regelsignale der Umformer (17) zu einer der jeweiligen Fühlertemperatur zugeordneten Leistungsverminderung steuerbar ist.

6. Kocheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mehreren Kochstellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlereinheit (25) durch Umschalten oder Umstecken unterschiedlichen Kochstellen zuzuordnen ist.