DE10104787B4

DE10104787B4 - Verfahren zur Beheizung einer Kochplatte

Info

Publication number: DE10104787B4
Application number: DE2001104787
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Dorwarth; Paul Reinhold
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2021-01-30
Also published as: DE10104787A1

Abstract

Verfahren zur Beheizung einer Kochplatte (11, 111, 211, 311, 411) mit einer in wenigstens zwei Gruppen (128a, 128b) aufgeteilten Anzahl von Heizleitern (121), wobei jeweils die Gruppen einzeln ansteuerbar sind zur Wärmeerzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Anfangsphase eines Kochvorgangs oder bei einem Fortkochvorgang die Wärmeerzeugung anders als gleichmäßig verteilt und/oder unsymmetrisch zum Flächenschwerpunkt der Kochplatte erfolgt zur Erzeugung einer ungleichmäßigen Erwärmung von Kochgut (30) in einem Kochgefäß (18), wodurch eine eigendynamische thermische Konvektion des Kochguts erzeugt wird.

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung einer Kochplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere mit einer in wenigstens zwei Gruppen aufgeteilten Anzahl von Heizplatten, wobei jeweils die Gruppen einzeln ansteuerbar sind zur Wärmeerzeugung.
Es ist bei Kochvorgängen bekannt, daß eine effiziente und gleichmäßige sowie möglichst schnelle Erwärmung des Kochguts erreicht werden kann, wenn das Kochgut durchgemischt wird.
Einerseits geschieht dies in der Praxis durch eine in dieser Hinsicht erfahrene Bedienungsperson, die um die positiven Auswirkungen des Durchmischens während der Anfangsphase des Kochens weiß. Dies ist jedoch aufwendig und wird oftmals im Alltag vergessen.
Andererseits werden Durchmischungshilfen verwendet, beispielsweise Magnetrührer im Bereich der Laborchemie. Dabei wird ein ferromagne tischer Stab in das Kochgefäß gelegt und von einem rotierenden Magnetfeld, das unter Kochplatte erzeugt wird, zum Umrühren des Kochguts gedreht. Dies wird jedoch als aufwendig und für den täglichen Gebrauch oder in einer Küche als nicht praktikabel angesehen.
Des weiteren sind Kochplatten bekannt, die mehrere Heizzonen bildende Heizeinrichtungen aufweisen. In der Regel bildet eine mit Heizleitern bedeckte kreisrunde Fläche, die ein gutes Stück kleiner ist als die Kochplatte an sich, eine Grundheizzone. Diese Grundheizzone wird von einem Kreisring mit einer weiteren, zuschaltbaren Heizeinrichtung umgeben. Mit einer solchen Kochplatte können Töpfe unterschiedlicher Größe optimal und ohne Energievergeudung benutzt werden. Ebenso kann eine solche Zusatzheizzone aufgrund hoher elektrischer Heizleistung zur besonders schnellen Erwärmung verwendet werden.

Die EP 230 555 A2 beschreibt eine Kochstellenheizung, welche in Zonen unterschiedlicher Heizleistung unterteilt ist. Eine Zone ist eine Ankoch-Heizzone mit hoher Heizleistung. Eine andere Zone ist eine Normalkoch-Heizzone mit niedrigerer Heizleistung. Die Zonen können entweder konzentrisch oder kreissegmentförmig zueinander angeordnet sein.

Die DE 39 08 599 A1 beschreibt eine Strahlungsheizeinrichtung, welche aus zwei flächigen Bereichen besteht. Ein kleinerer runder Bereich ist seitlich am Rand liegend vorgesehen. Er wird von einem größeren Bereich umgeben, so dass insgesamt eine kreisrunde Fläche mit einem seitlichen Einschluss der kleineren Heizzone vorliegt.

Die EP 789 504 A2 beschreibt, wie für eine Regelschaltung eines elektrischen Strahlungsheizkörpers eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen sein kann. Dabei wird die Temperatur der Heizleiter selber erfasst.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebenes Verfahren zur Beheizung einer Kochplatte zu schaffen, durch das ein schnelles Aufheizen des Kochguts in einem Kochbehälter möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Erfindungsgemäß erfolgt vorteilhaft während der Anfangsphase eines Kochvorgangs oder bei einem Fortkochvorgang die Beheizung der Kochplatte bzw. Wärmeerzeugung gewollt ungleichmäßig. Dadurch wird das Kochgut in dem Kochgefäß ungleichmäßig erwärmt und es wird eine eigendynamische thermische Konvektion des Kochgutes erzeugt, jedenfalls wenn es sich um Wasser oder ähnliche flüssige Kochmedien handelt. Der Begriff "unsymmetrisch" ist dabei in bezug auf eine Draufsicht auf die Kochplatte bzw. bezüglich deren Fläche zu verstehen. Dabei kann "unsymmetrisch" in dem Sinne von "anders als gleichmäßig verteilt" und/oder "anders als symmetrisch" zum Flächenschwerpunkt der Kochplatte verstanden werden.

Durch die Konvektion des Kochgutes, beispielsweise im einfachsten Fall bei Wasser, erfolgt eine gewisse Durchmischung des Kochguts und somit eine gleichmäßige Aufheizung desselben. Diese Konvektion muß nicht unbedingt eine schnelle Strömung sein, in vielen Fällen reicht es, wenn eine Umwälzung innerhalb 10 bis 60 Sekunden stattfindet.

Eine solche Konvektion sieht dabei vorteilhaft so aus, daß über einer überdurchschnittlich heißen Stelle der Kochplatte das Kochgut stärker erwärmt wird als in seiner Umgebung. Daraufhin steigt es über dieser Stelle nach oben, breitet sich aus, kühlt dort ab und drängt wieder zum Boden des Kochgefäßes. Das aufsteigende heißere Kochgut zieht dabei aus seiner Umgebung noch nicht derart erhitztes Kochgut nach. Insgesamt entsteht so eine Art Kreislauf bzw. die gewünschte Umwälzung bzw. Durchmischung des Kochgutes.

Der Hauptvorteil der Erfindung liegt darin, daß keine mechanische Durchmischung mit Rührern o. dgl. notwendig ist. Mit besonderem Vorteil wird deswegen die Erfindung bei automatischen Kochsystemen angewendet, bei denen ein Kochvorgang möglichst weitgehend unabhängig von einem Benutzer nach vorgegebenen Kochprogrammen gesteuert wird. Ein weiterer großer Vorteil ist der, daß nicht nur in einer Anfangsphase eine gleichmäßigere und somit schnellere Aufwärmung des Kochgutes möglich ist. Auch bei einem Fortkochvorgang kann eine im wesentlichen kontinuierliche oder in Intervallen erfolgende Durchmischung von Vorteil sein, beispielsweise um bei bestimmten Kochgut ein Ansetzen zu verhindern oder eine ständige gleichmäßige Temperatur zu halten.

Als Kochplatten kommen einerseits übliche Kochplatten mit elektrischen Heizelementen, beispielsweise Strahlheizkörpern, in Frage. Andererseits ist es möglich, die Erfindung auch bei einer Induktionskochplatte oder einer bekannten Gusseisenkochplatte einzusetzen.

Während der ungleichmäßigen Erwärmung in der Anfangsphase kann der Leistungsunterschied zwischen den heißeren und den weniger heißen Gruppen von Heizleitern mindestens 10%, bevorzugt mindestens 30% betragen. Dieser Unterschied sollte so gewählt werden, daß ein lokaler Temperaturunterschied von mindestens 10°C, bevorzugt 20°C, im Kochgut erzeugt wird. Der Leistungsunterschied kann bevorzugt so gewählt werden, daß in Abhängigkeit von den Wärmeübertragungseigenschaften der Kochplatte selber sowie einem bevorzugten Einsatzgebiet oder Kochgut einerseits eine ausreichende Konvektion bzw. Durchmischung erreicht wird, andererseits auch durch den weniger heißen Teil der Heizleitern genügend Wärme übertragen wird zur schnellen Aufheizung des Kochguts. Dabei ist vorteilhaft vorgesehen, daß der stärker beheizte Teil der Kochplatte der kleinere Teil ist, beispielsweise mit einem Anteil von 20% bis 40% an der Gesamtfläche der Kochplatte.

Vorteilhaft kann im Verlauf des Kochvorgangs die Temperatur der Kochplatte und/oder des Kochgefäßbodens und/oder des Kochguts in dem Kochgefäß gemessen werden. Besonders vorteilhaft kann dies mittels Temperatursensoren im Bereich der Heizleiter erfolgen, beispielsweise indem die Heizleiter selber zur Temperaturbestimmung über eine Widerstandsmessung verwendet werden. Dadurch kann einerseits die Temperaturinformation für ein Kochprogramm bei einem automatischen Kochsystem gewonnen werden. Andererseits kann eine Überhitzung vermieden werden.

Die ungleichmäßige Verteilung der Heizleiter auf der Kochplatte kann beispielsweise bei einer runden Platte darin bestehen, daß ein Kreissegment, beispielsweise ca. 90° überdeckend, genommen wird. Ebenso kann eine beliebige asymmetrisch zum Flächenschwerpunkt angeordnete Teilfläche genommen werden, beispielsweise ein Kreis. Weitere Möglichkeiten sind streifenförmige Aufteilungen, wobei ein Streifen durch den Flächenschwerpunkt oder an ihm vorbei verlaufen kann. Hierbei ist asymmetrisch so zu verstehen, daß beispielsweise bei einer runden Kochplatte die Symmetrie eine Punktsymmetrie sein müßte.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann nach Erreichen einer bestimmten Temperatur des Kochgutes eine gleichmäßige Wärmeerzeugung erfolgen. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn beispielsweise Nudelwasser mit der vollen Fortkochleistung am Kochen gehalten werden soll. Hier würde ein Verzicht auf selbst einen kleinen Teil von Heizleistung zu einem schlechteren Ergebnis führen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann nach Ablauf einer bestimmten Zeit eine gleichmäßige Wärmeerzeugung erfolgen. Dies ist eine Möglichkeit für einfachere Kochsysteme ohne Temperatursensoren. Es sind Erfahrungswerte bestimmbar, nach denen bei einer bestimmten Kochplattengröße ein durchschnittliches Kochgefäß einer durchschnittlichen Menge von Kochgut, wie beispielsweise Wasser, auf eine ausreichende Temperatur gebracht worden ist.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist es möglich, nach Erreichen einer bestimmten vorgegebenen Temperatur des Kochgutes bzw. der Kochplatte nur einen oder wenige Bereiche bzw. Gruppen von Heizleitern zu betreiben. Dies kann besonders vorteilhaft vorgesehen werden zur kontinuierlichen Beheizung mit weniger als der vollen Gesamtleistung der gesamten Kochplatte. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, daß einerseits mit weniger als der vollen Gesamtleistung beheizt wird und andererseits diese Heizleiter kontinuierlich mit ihrer eigenen vollen Leistung betrieben werden können. Sie müssen also nicht reduziert werden. Dies ist insbesondere bei getakteten Heizleitern, wie Strahlheizkörpern, von Vorteil, wodurch die Schalthäufigkeit bzw. die Knackrate erheblich gesenkt oder sogar auf Null gebracht werden kann. Dabei kann die bestimmte vorgegebene Temperatur einerseits von einem Kochprogramm bestimmt sein. Andererseits kann dies eine maximal zulässige Temperatur beispielsweise für Kochplatte oder Kochgut sein.

Eine eingangs beschriebene erfindungsgemäße Kochplatte kann Gruppen von Heizleitern aufweisen, deren Anordnung in bezug auf den Flächenschwerpunkt der Kochplatte, bevorzugt auch bezüglich der Form der Kochplatte, nicht gleichmäßig bzw. unsymmetrisch ist. Wie zuvor erwähnt, kann dies durch Aufteilung nach Art von Kreissegmenten erfolgen. Ebenso sind andere Flächenaufteilungen möglich, wie aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung ebenfalls deutlich wird. Es hat sich in Versuchen gezeigt, daß gerade eine solche unsymmetrische Beheizung bzw. Anordnung von Heizungen eine Konvektion im Kochgefäß erzeugt.

Besonders vorteilhaft kann die Erfindung bei einer Kochplatte vorgesehen werden, deren Beheizung bzw. Heizleiter in weiten Grenzen frei gestaltbar sind, sowohl von der Form als auch von der Aufteilung in einzelne Gruppen her. Eine solche Kochplatte ist beispielsweise eine Keramikkochplatte, deren Heizleiter in Form dünner, länglicher Metallstreifen auf die Unterseite aufgebracht sind. Eine solche Form kann beispielsweise eine Speichenform sein.

Temperatursensoren, die beispielsweise für ein automatisches Kochsystem der Kochplatte benötigt werden, können vorteilhaft in Bereichen einzelner Gruppen von Heizleitern angeordnet sein. Sie können zu Bestimmung der Temperatur eines Kochgefäßbodens, der Kochplatte selber oder durch Berechnung der Temperatur des Kochgutes dienen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 einen seitlichen Schnitt durch eine Kochplatte mit Heizeinrichtung und aufgesetztem Kochgefäß,

2 eine Ansicht einer Ausführungsform von Heizleitern auf der Unterseite einer Kochplatte,

3 eine schematische Darstellung einer durch ungleichmäßige Beheizung erzeugten Konvektion innerhalb eines Kochgefässes, und

4 u. 5 alternative Ausbildungen für die Verteilung von Gruppen von Heizleitern.

In 1 ist eine Kochplatte 11 dargestellt, welche in ein Glaskeramikfeld 12 eingelassen ist. Unter der Kochplatte befindet sich eine schematisch dargestellte Heizeinrichtung 14 zur Wärmeerzeugung. Die Heizeinrichtung 14 ist mittels eines seitlichen Abdeckblechs 15 und eines unteren Abdeckblechs 16 gegen den Raum unterhalb des Kochfeldes 12 abgedeckt.
Auf der Kochplatte 11 befindet sich ein Kochgefäß 18, wobei es mit seinem Kochgefäßboden 19 auf der Oberseite der Kochplatte 11 steht. Das Kochgefäß kann dabei von beliebiger Art sein, beispielsweise ein Edelstahltopf. Es ist mit einem zu heizenden Kochgut gefüllt.
Die Kochplatte 11 besteht in der Darstellung aus einem Keramikmaterial, beispielsweise Siliziumnitrid. Eine solche Kochplatte bzw. ein solches Kochsystem geht aus der EP 0 853 444 hervor, deren Inhalt hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht wird.
Die 2 zeigt eine mögliche Heizeinrichtung für eine Kochplatte 111. Die Heizeinrichtung besteht aus radial verlaufenden strahlenförmigen Heizleitern 121, die abwechselnd dicker und dünner ausgebildet sind. Diese Art der Ausbildung hat jedoch auf die Erfindung keinen Einfluß. Die Kontaktierung der Heizleiter 121 erfolgt über einen äußeren Anschlußring 123a bzw. 123b sowie einen inneren Anschlußring 125a bzw. 125b. Diese Anschlußringe sind jeweils mit Anschlußkontaktfeldern 124a und 124b außen bzw. 126a und 126b innen versehen. An die Kontaktfelder 124 bzw. 126 kann eine elektrische Leitung für die Energieversorgung angeschlossen werden, beispielsweise durch Auflöten oder ein anderes geeignetes Verfahren. Derartige Heizleiter gehen ebenso aus der oben genannten EP 0 853 444 hervor.
Die Heizleiter 121 sind in zwei Gruppen eingeteilt. Die Heizleitergruppe 128b liegt in der 2 rechts oben und überdeckt in etwa einen Winkelbereich von etwas weniger als 90°.
Die Heizleitergruppe 128a ist weitaus größer und bedeckt den übrigen Bereich der Unterseite der Kochplatte 111. Wie aus 2 zu erkennen ist, ist beim gemeinsamen Betrieb bei den Heizleitergruppen 128a und 128b eine vollkommen gleichmäßige Beheizung über die gesamte Fläche der Kochplatte hinweg möglich. Bei ungleichmäßiger Beheizung der beiden Heizleitergruppen, beipielsweise bei einer stärkeren Beheizung der kleineren Heizleitergruppe 128b, wird in diesem Bereich die Kochplatte heißer und somit erfolgt in diesem Bereich eine stärkere Erwärmung des Kochgefäßes.
Selbstverständlich ist eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten sowohl für die Aufteilung der Heizleitergruppen als auch für die Ausbildung der Heizleiter 121 an sich möglich. Weitere Möglichkeiten sind beispielsweise geschwungene bzw. gebogene Speichenformen, spiralartig verlaufende Heizleiter o. dgl. Bei der Verwendung von bekannten Strahlheizkörpern aus Heizleiterbändern können diese auf übliche Verlegeart innerhalb der Bereiche der einzelnen Heizleitergruppen verlegt sein. Ebenso ist es möglich, bei Induktionskochplatten die Induktionsspulen gemäß der Aufteilung der Heizleitergruppen geformt zu wickeln.
Aus der 3 wird ein schematisches mögliches Strömungsbild ersichtlich. Eine Kochplatte 211 weist eine kleinere Heizleitergruppe 228b und eine größere Heizleitergruppe 228a auf. Auf der Kochplatte 211 ist das Kochgefäß 218, gefüllt mit einem Kochgut 30 in Form von beispielsweise Wasser, aufgesetzt. Durch die erfindungsgemäße stärkere Beheizung der kleineren Heizleitergruppe 228b wird in dem Kochgefäß 218 im Bereich des Kochgefäßbodens ein heißerer Bereich 31 erzeugt. In diesen heißeren Bereich 31 erwärmt sich das Kochgut 30 stärker als in dem übrigen Bereich, insbesondere über der größeren Heizleitergruppe 228a. Infolge der stärkeren Erwärmung steigt das Kochgut 30 in einer Hauptströmung 33 auf, bis kurz unter die Oberfläche des Kochguts, um daraufhin in einer Rückströmung 34 wieder nach unten zu fallen. Desweiteren wird zusätzlich zu den Strömungen 33 und 34 eine Sekundärströmung 35 erzeugt, welche vor allem über der größeren Heizleitergruppe 228a bzw. dem weniger beheizten Teil stattfindet. Aus der 3 ist ersichtlich, daß auf diese Weise eine Konvektion und somit eine Durchmischung des Kochguts 30 erzielt werden kann. Dabei braucht der heißere Bereich 31 nicht notwendigerweise am äußeren Rand der Kochplatte 211 zu liegen. Es kann jedoch vorteilhaft sein, ihn in etwa in der Nähe des Randbereiches anzuordnen.
Die 4 zeigt in Anlehnung an 2 eine weitere Möglichkeit für die Aufteilung von Heizleitergruppen. Dabei ist auf eine Unterseite 317 einer Kochplatte 311 eine größere Heizleitergruppe 328a und eine kleinere Heizleitergruppe 328b aufgebracht. Die kleinere Heizleitergruppe 328b ist dabei kreisförmig ausgebildet und am Rand der Kochplatte 311 angeordnet. Die größere Heizleitergruppe 328a bedeckt im wesentlichen den übrigen Bereich der Unterseite 317.
Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit geht aus der 5 hervor. Dabei weist die Unterseite 417 einer Kochplatte 411 eine über den Mittelpunkt verlaufende kleinere Heizleitergruppe 428b in Form eines breiten Steifens auf. Zu beiden Seiten dieser kleineren Heizleitergruppe 428b sind in halbkreisförmiger Ausbildung die zusammen die größere Heizleitergruppe 428a bildenden übrigen Heizleiter angeordnet. In diesem Fall wird ein heißerer Bereich, der den heißen Bereich 31 der
3 entspricht, über dem Streifen 428b in einem Kochgefäß erzeugt. Die aufgrund der Konvektion aufsteigende Haupt strömung 33 fällt dann zu beiden Seiten hin weg zu den Teilbereichen 428a. Bei einer solchen Ausbildung der Heizleitergruppen werden im wesentlichen zwei Konvektionsströmungen erzeugt, beide aber nach dem Prinzip der 3.
Aus der 5 geht hervor, daß die Ausdrücke "anders als gleichmäßig verteilt bzw. symmetrisch" zum Flächenschwerpunkt der Kochplatte 411 auch in der Hinsicht zu verstehen sind, daß sie von der Form der Kochplatte abhängen. So soll eine Ausbildung gemäß der 5 im Sinne der Erfindung und somit auch die Ausbildung der vorgenannten Begriffe auf diese Art und Weise erfolgen. Eine gleichmäßige oder symmetrische Verteilung im Sinne der vorgenannten Definition würde bei einer runden Kochplatte eine zentrische Anordnung runder Bereiche vorsehen. Insbesondere dies soll bei der Erfindung vermieden werden.

Claims

Verfahren zur Beheizung einer Kochplatte (11, 111, 211, 311, 411) mit einer in wenigstens zwei Gruppen (128a, 128b) aufgeteilten Anzahl von Heizleitern (121), wobei jeweils die Gruppen einzeln ansteuerbar sind zur Wärmeerzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Anfangsphase eines Kochvorgangs oder bei einem Fortkochvorgang die Wärmeerzeugung anders als gleichmäßig verteilt und/oder unsymmetrisch zum Flächenschwerpunkt der Kochplatte erfolgt zur Erzeugung einer ungleichmäßigen Erwärmung von Kochgut (30) in einem Kochgefäß (18), wodurch eine eigendynamische thermische Konvektion des Kochguts erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der ungleichmäßigen Erwärmung in der Anfangsphase mit einem Leistungsunterschied von mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 30%, zwischen den Gruppen (128a, 128b) von Heizleitern (121) geheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Kochvorgangs die Temperatur der Kochplatte (11) und/oder des Kochgefäßbodens (19) und/oder des Kochguts (30) in dem Kochgefäß (18) gemessen wird, vorzugsweise mittels Temperatursensoren im Bereich der Heizleiter (121).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen einer bestimmten vorgegebenen Temperatur des Kochgutes (30) eine gleichmäßige Wärmeerzeugung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf einer bestimmten vorgegebenen Zeit eine gleichmäßige Wärmeerzeugung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen einer bestimmten vorgegebenen Temperatur, insbesondere der maximal zulässigen Temperatur, des Kochgutes (30) und/oder der Kochplatte (11) nur einzelne Gruppen von Heizleitern (121) beheizt werden zur kontinuierlichen Beheizung mit einer geringeren als der vollen Gesamtleistung der Kochplatte.