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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kochprozesses
bei einem Kochfeld der im Anspruch 1 genannten Art.
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Ein
derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 198 56 140 A1 bekannt.
Das bekannte Verfahren steuert einen Kochprozess bei einem Kochfeld,
mit einer Kochfeldplatte, insbesondere aus Glaskeramik, die senkrecht
zu deren Hauptausdehnungsrichtungen eine durch eine flächige Ober-
und Unterseite begrenzte Materialstärke s aufweist, mit wenigstens
einer Kochzone, die mittels einer in der Einbaulage des Kochfelds
unterhalb der Kochfeldplatte angeordneten Heizeinrichtung beheizbar
ist, mit einer elektrischen Steuerung zur Steuerung der Heizleistung
der Heizeinrichtung und mit einer unterhalb der Kochfeldplatte angeordneten
ersten Wärmesensoreinheit.
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Um
die Heizleistung der Heizeinrichtung unabhängig von einem auf die Kochzone
abgestellten Kochgeschirr regeln zu können, schlägt das bekannte Verfahren vor,
dass eine als Recheneinheit ausgebildete Verarbeitungseinheit der
elektrischen Steuerung das Ausgangssignal der ersten Wärmesensoreinheit
mit in einem Speicher der elektrischen Steuerung abgelegten Kenndaten
der Messanordnung vergleicht und in Abhängigkeit eines daraus gebildeten Vergleichswerts
die Heizleistung der Heizeinrichtung gesteuert wird.
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Hierzu
sieht es das bekannte Verfahren als Wesentlich an, dass die erste
Wärmesensoreinheit derart
ausgebildet ist, dass diese im Wesentlichen bis ausschließlich die
von der Unterseite der Kochfeldplatte abgestrahlte Wärmestrahlung
empfängt und
dass daraus dann auf die Temperatur des auf der Kochzone abgestellten
Kochgeschirrs geschlossen wird bzw. diese geregelt wird. Die bekannte
Anordnung weißt
hierfür
eine Kochfeldplatte auf, deren Transmissionsgrad zumindest in dem
Erfassungsbereich der ersten Wärmesensoreinheit
und zumindest in deren spektralen Messbereich kleiner als 30% ist.
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Der
Erfindung stellt sich somit das Problem ein Verfahren zur Steuerung
eines Kochprozesses bei einem Kochfeld sowie ein zugchönges Kochfeld anzugeben,
bei dem der Einfluss des Kochgeschirrs berücksichtigt wird.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Die
mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen neben einer verbesserten
Steuerung eines Kochprozesses bei einem Kochfeld insbesondere in der
verbesserten Genauigkeit und Schnelligkeit der Regelung der an dem
Kochgeschirr tatsächlich
vorhandenen Temperatur.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
dass mit der ersten Wärmesensoreinheit
beispielsweise nur der mittels Wärmeleitung
von der Kochfeldplatte nach unten ausgehende Teil des Wärmestroms,
beispielsweise mittels eines Berührungs-Temperaturfühlers, erfasst
wird. Zweckmäßigerweise
sieht das erfindungsgemäße Verfahren
vor, dass mit der ersten und der zweiten Wärmesensoreinheit die Wärmestrahlung
als Teil des jeweiligen Wärmestroms
detektiert wird.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
zur Steuerung des Kochprozesses zusätzlich der Emissionsgrad des
Kochgeschirrbodens eines auf der Kochzone abgestellten Kochgeschirrs
mittels einer weiteren Wärmesensoreinheit
ermittelt wird. Hierdurch ist die Genauigkeit der Steuerung des
Kochprozesses weiter verbessert. Ferner kann aus dem so ermittelten Emissionsgrad
die Temperatur des Kochgeschirrbodens mit einer ebenfalls verbesserten
Genauigkeit automatisch bestimmt werden.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch ein Kochfeld mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Die
mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen neben einer verbesserten
Steuerung eines Kochprozesses bei einem Kochfeld insbesondere in der
verbesserten Genauigkeit und Schnelligkeit der Regelung der an dem
Kochgeschirr tatsächlich
vorhandenen Temperatur.
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Grundsätzlich ist
die erste Wärmesensoreinheit
nach Art, Anordnung und Messbereich in weiten geeigneten Grenzen
wählbar.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass der
Messbereich der ersten Wärmesensoreinheit
auf die Messung von Wärmestrahlung
in einem ersten Wellenlängenbereich
begrenzt ist und die Kochfeldplatte im Bereich der Kochzone wenigstens
in dem Erfassungsbereich der ersten Wärmesensoreinheit für Wärmestrahlung
des ersten Wellenlängenbereichs einen
Transmissionsgrad von weniger als 20% aufweist. Hierdurch ist gewährleistet,
dass durch die erste Wärmesensoreinheit
im Bereich der Kochzone im Wesentlichen allein nur von der Kochfeldplatte
nach unten abgestrahlte Wärmestrahlung
erfasst wird.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass
der Transmissionsgrad der Kochfeldplatte für Wärmestrahlung des ersten Wellenlängenbereichs
wenigstens in dem Erfassungsbereich der ersten Wärmesensoreinheit annähernd 0%
ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass
durch die erste Wärmesensoreinheit
im Bereich der Kochzone im Wesentlichen allein der von der Unterseite
der Kochfeldplatte nach unten abgestrahlte Wärmestrahlung erfasst wird.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass der
Messbereich der zweiten Wärmesensoreinheit
auf die Messung von Wärmestrahlung
in einem zweiten Wellenlängenbereich
begrenzt ist, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet,
und die Kochfeldplatte im Bereich der Kochzone wenigstens in dem
Erfassungsbereich der zweiten Wärmesensoreinheit
für Wärmestrahlung
des zweiten Wellenlängenbereichs
einen Transmissionsgrad von mehr als 20% aufweist. Auf diese Weise
ist gewährleistet, dass
durch die zweite Wärmesensoreinheit
im Bereich der Kochzone im Wesentlichen die von der Kochfeldplatte
und dem darauf abgestellten Kochgeschirr nach unten abgestrahlte
Wärmestrahlung
erfasst wird.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass
der Transmissionsgrad der Kochfeldplatte für Wärmestrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs
wenigstens in dem Erfassungsbereich der zweiten Wärmesensoreinheit
wenigstens etwa 50% beträgt.
Hierdurch ist die Messung durch die zweite Wärmesensoreinheit, aufgrund
eines größeren Eingangssignals
in die zweite Wärmesensoreinheit,
weiter verbessert.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die erste und die zweite Wärmesensoreinheit
zur Messung von Wärmestrahlung
ausgebildet sind und zumindest teilweise gemeinsame Bauteile, insbesondere
einen gemeinsamen Wärmesensor,
aufweisen. Auf diese Weise ist beispielsweise die Zahl der erforderlichen
Wärmesensoren
reduziert.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Materialstärke
s der Kochfeldplatte wenigstens in dem Erfassungsbereich der zweiten
Wärmesensoreinheit
reduziert ist. Hierdurch ist der Einfluss des allein von der Kochfeldplatte
nach unten ausgehenden Wärmestroms
auf den von der Kochfeldplatte und dem darauf abgestellten Kochgeschirr
nach unten ausgehenden Wärmestrom auf
einfache Weise reduziert.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform
sieht vor, dass die Kochfeldplatte wenigstens in dem Erfassungsbereich
der zweiten Wärmesensoreinheit
ausgehend von der Kochfeldplatte in Richtung der zweiten Wärmesensoreinheit
als Sammellinse ausgebildet ist. Auf diese Weise ist die Zahl der
Bauteile weiter reduziert.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, dass in dem Strahlengang von der Kochfeldplatte und/oder
dem Kochgeschirrboden zu der ersten und/oder zweiten Wärmesensoreinheit
wenigstens ein Umlenkmittel angeordnet ist. Hierdurch ist es auf
konstruktiv einfache Weise ermöglicht,
die erste und/oder zweite Wärmesensoreinheit
unabhängig
von der räumlichen
Anordnung der Kochzone, beispielsweise an einem kühleren Ort
des Kochfelds, insbesondere im Randbereich des Kochfelds, zu positionieren.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, dass die zweite Wärmesensoreinheit
ein in dem Strahlengang von der Kochfeldplatte und/oder dem Kochgeschirrboden zu
der zweiten Wärmesensoreinheit
angeordnetes optisches Filter aus dem gleichen Material wie die Kochfeldplatte
aufweist. Die geeigneten Materialien für Kochfeldplatten, insbesondere
Glaskeramik, sind in der Beschaffung im Vergleich zu beispielsweise spektralselektiven
optischen Filtern zur Beschränkung
des Messbereichs der zweiten Wärmesensoreinheit
kostengünstiger.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, dass der Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens eines auf der
Kochzone abgestellten Kochgeschirrs mittels der zweiten Wärmesensoreinheit
bestimmbar ist. Auf diese Weise ist die Genauigkeit der Steuerung
des Kochprozesses weiter verbessert. Ferner kann aus dem so ermittelten
Emissionsgrad die Temperatur des Kochgeschirrbodens mit einer ebenfalls
verbesserten Genauigkeit automatisch bestimmt werden. Grundsätzlich ist
es zwar möglich,
den Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens eines auf der Kochzone
abgestellten Kochgeschirrs mittels einer weiteren von der zweiten
Wärmesensoreinheit
verschiedenen Wärmesensoreinheit
zu bestimmen. Durch die Verwendung der zweiten Wärmesensoreinheit ist die Zahl
der Bauteile jedoch weiter reduziert.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht zusätzlich eine
dritte Wärmesensoreinheit
vor, deren Messbereich auf Wärmestrahlung
in einem dritten Wellenlängenbereich
begrenzt ist, der sich von dem zweiten Wellenlängenbereich unterscheidet,
wobei die Kochfeldplatte im Bereich der Kochzone wenigstens in dem
Erfassungsbereich der dritten Wärmesensoreinheit
für Wärmestrahlung
des dritten Wellenlängenbereichs einen
Transmissionsgrad von mehr als 20% aufweist. Hierdurch ist die Genauigkeit
der Bestimmung des Emissionsgrads des Kochgeschirrbodens eines auf der
Kochzone abgestellten Kochgeschirrs und damit die Genauigkeit der
Steuerung des Kochprozesses weiter verbessert.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, dass die Kochfeldplatte in dem Erfassungsbereich der
ersten Wärmesensoreinheit
auf deren Oberseite eine Beschichtung mit einem Transmissionsgrad
von annähernd 0%
aufweist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass durch die erste
Wärmesensoreinheit
unabhängig
von dem Transmissionsgrad der Kochfeldplatte in dem Erfassungsbereich
der ersten Wärmesensoreinheit im
Wesentlichen allein die von der Kochfeldplatte nach unten abgestrahlte
Wärmestrahlung
erfasst wird.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass
die Beschichtung einen Reflexionsgrad von etwa 100% aufweist. Hierdurch
ist die Beschichtung auf einfache Weise realisiert.
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Eine
alternative Weiterbildung zu der vorgenannten Ausführungsform
sieht vor, dass die Beschichtung einen Absorptionsgrad von etwa
100% aufweist. Auch hier ist gewährleistet,
dass durch die erste Wärmesensoreinheit
unabhängig
von dem Transmissionsgrad der Kochfeldplatte in dem Erfassungsbereich
der ersten Wärmesensoreinheit
im Wesentlichen allein die von der Kochfeldplatte nach unten abgestrahlte
Wärmestrahlung
erfasst wird.
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Ferner
stellt sich der Erfindung das Problem, ein System zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt
und wird nachfolgend näher
beschrieben. Es zeigt
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1 eine
teilweise Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kochfelds
in einem Vertikalschnitt,
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2 eine
teilweise Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems
in einem Vertikalschnitt mit dem Kochfeld aus 1,
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3 ein
Diagramm, das den Transmissionsgrad einer Kochfeldplatte eines erfindungsgemäßen Kochfelds
in Abhängigkeit
von der Wellenlänge der
elektromagnetischen Strahlung am Beispiel einer Glaskeramikplatte
zeigt,
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4 eine
teilweise perspektivische Unteransicht des Systems aus 2,
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5 ein
Diagramm, das den qualitativen Verlauf eines Ausgangssignals der
beiden Wärmesensoreinheiten
in Abhängigkeit
der Zeit beispielhaft zeigt,
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6 eine
teilweise Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kochfelds,
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7 eine
teilweise Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kochfelds
und
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8 eine
teilweise Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kochfelds.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kochfelds.
Das Kochfeld weist eine als Glaskeramikplatte ausgebildete Kochfeldplatte 2 auf,
mit einer senkrecht zu deren Hauptausdehnungsrichtungen durch eine
flächige
Ober- und Unterseite 2.1 und 2.2 begrenzte Materialstärke s, mit
wenigstens einer Kochzone 4, die mittels einer in der Einbaulage
des Kochfelds unterhalb der Kochfeldplatte 2 angeordneten
in 1 nicht dargestellten Heizeinrichtung beheizbar
ist, mit einer unterhalb der Kochfeldplatte 2 angeordneten
Sensorbaueinheit 6 auf, die eine erste und eine zweite
Wärmesensoreinheit
umfasst, wobei in 1 lediglich die erste Wärmesensoreinheit 6.1 dargestellt
ist. Die zweite Wärmesensoreinheit
ist hinter der Bildebene angeordnet. Die erste Wärmesensoreinheit 6.1 ist
zur Messung des im Bereich der Kochzone 4 im Wesentlichen
allein von der Kochfeldplatte 2 nach unten ausgehenden
Wärmestroms
ausgebildet, während
die zweite Wärmesensoreinheit
zur Messung des im Bereich der Kochzone 4 im Wesentlichen
von der Kochfeldplatte 2 und einem darauf abgestellten
in 1 nicht dargestellten Kochgeschirr nach unten
ausgehenden Wärmestroms
ausgebildet ist, was nachfolgend näher erläutert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die erste und die zweite Wärmesensoreinheit 6.1 jeweils
als Wärmestrahlungssensoreinheiten
ausgebildet, wobei der Messbereich der ersten Wärmesensoreinheit 6.1 auf
die Messung von Wärmestrahlung
in einem ersten Wellenlängenbereich
begrenzt ist und der Messbereich der zweiten Wärmesensoreinheit auf die Messung
von Wärmestrahlung
in einem zweiten Wellenlängenbereich
begrenzt ist, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet.
Damit durch die erste Wärmesensoreinheit
im Wesentlichen allein die von der Kochfeldplatte 2 nach
unten abgestrahlte Wärmestrahlung
und durch die zweite Wärmesensoreinheit im
Wesentlichen die von der Kochfeldplatte 2 und dem darauf
abgestellten Kochgeschirr nach unten abgestrahlte Wärmestrahlung
erfassbar ist, weißt
die Kochfeldplatte 2 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
für Wärmestrahlung
des ersten Wellenlängenbereichs
einen Transmissionsgrad von weniger als 20% und für Wärmestrahlung
des zweiten Wellenlängenbereichs
einen Transmissionsgrad von mehr als 20% auf. Alternativ hierzu
ist es auch denkbar, die ersten und zweiten Wellenlängenbereiche bzw.
die Empfindlichkeit der ersten und zweiten Wärmesensoreinheiten 6.1 derart
zu wählen
und damit an die Eigenschaften der Kochfeldplatte 2 anzupassen,
dass der Transmissionsgrad der Kochfeldplatte 2 in dem
ersten Wellenlängenbereich
annähernd
0% und in dem zweiten Wellenlängenbereich
wenigstens etwa 50% beträgt.
Dabei kann der einzelne Wellenlängenbereich
sehr unterschiedlich dimensioniert sein, was nachfolgend anhand
von 3 näher
erläutert
wird.
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Eine
Begrenzung des Messbereichs der ersten und zweiten Wärmesensoreinheit 6.1 auf
einen ersten bzw. zweiten Wellenlängenbereich kann zum einen
dadurch erreicht werden, dass der jeweilige Wärmesensor selbst eine selektive
Empfindlichkeit aufweist. Zum anderen besteht die Möglichkeit,
in dem Strahlengang zwischen der Kochfeldplatte 2 bzw.
dem Kochgeschirr und dem Wärmesensor
der jeweiligen Wärmesensoreinheit 6.1 ein
nicht dargestelltes optisches Filter anzuordnen. Dieses Filter kann
grundsätzlich
ein handelsübliches
spektralselektives Filter sein, dass nur Wärmestrahlung des ersten bzw.
zweiten Wellenlängenbereichs
hindurchlässt.
Alternativ hierzu ist es auch denkbar, ein optisches Filter aus
dem gleichen Material wie die Kochfeldplatte 2 zu verwenden.
Ferner wäre
es denkbar, dass die genannten Ausführungsformen der Filter zur Beschränkung der
Messbereiche der jeweiligen Wärmesensoreinheit
zusätzlich
als Polarisationsfilter ausgebildet sind.
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Wird
abweichend von dem vorgenannten Ausführungsbeispiel eine bezüglich des
Transmissionsgrads inhomogene Kochfeldplatte 2 verwendet, ist
es ausreichend, dass die Kochfeldplatte 2 im Bereich der
Kochzone 4 wenigstens in dem Erfassungsbereich der ersten
Wärmesensoreinheit 6.1 einen möglichst
geringen und in dem Erfassungsbereich der zweiten Wärmesensoreinheit
einen möglichst
hohen Transmissionsgrad für
Wärmestrahlung
gemäß den obigen
Ausführungen
aufweist. Dies kann beispielsweise durch einen Materialaustausch
in den Erfassungsbereichen der ersten und/oder der zweiten Wärmesensoreinheit 6.1 an
der Kochfeldplatte 2 erfolgen. Ein hierfür geeignetes
Material ist beispielsweise Aluminiumoxid.
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Darüber hinaus
wäre es
auch möglich,
die Sensorbaueinheit 6 anstelle mit zwei unabhängig voneinander
benutzbaren Wärmesensoreinheiten 6.1 derart
auszubilden, dass beide Wärmesensoreinheiten 6.1 zumindest
teilweise gemeinsame Bauteile, beispielsweise einen gemeinsamen
Wärmesensor, aufweisen.
Der dann einzige Wärmesensor
müsste auf
dem Fachmann bekannte Weise beispielsweise zwischen zwei Lagen,
von denen die eine der Lage des Wärmesensors der ersten Wärmesensoreinheit 6.1 und
die andere der Lage des Wärmesensors
der zweiten Wärmesensoreinheit
der Sensorbaueinheit 6 des obigen Ausführungsbeispiels entspräche, hin- und
her bewegbar sein. Alternativ hierzu wäre es denkbar, durch die Verwendung
von Umlenkmitteln, wie beispielsweise Spiegel oder dergleichen,
einen lagefesten Wärmesensor
einzusetzen.
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Die
erste und die zweite Wärmesensoreinheit
der Sensorbaueinheit 6 sind mit einer ebenfalls nicht dargestellten
elektrischen Steuerung, die eine Verarbeitungseinheit und einen
Speicher aufweist, in Signalübertragungsverbindung.
In der Verarbeitungseinheit ist aus den Ausgangssignalen der ersten
und der zweiten Wärmesensoreinheit 6.1 ein
Vergleichswert erzeugbar, der mit vorher festgelegten und in dem
Speicher abgespeicherten Referenzwerten vergleichbar ist. In Abhängigkeit
dieses Vergleichs ist die Heizleistung der Heizeinrichtung steuerbar.
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Um
die Heizleistung der Kochzone 4 des erfindungsgemäßen Kochfelds
möglichst
genau steuern zu können,
ist es erforderlich, die Temperatur des auf der Kochzone abgestellten
Kochgeschirrs zu ermitteln, was durch die oben erläuterte Ermittlung
des Vergleichswert erfolgt.
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Da
die Temperatur des Kochgeschirrs bzw. des Kochgeschirrbodens jedoch
auch von dessen Emissionsgrad abhängig ist, ist es deshalb ebenfalls erforderlich,
den Emissionsgrad des Kochgeschirrs bzw. des Kochgeschirrbodens
vorzugeben und in dem Speicher abzuspeichern oder während des Kochvorgangs
zu messen und für
eine Verarbeitung in der Verarbeitungseinheit zur Verfügung zu
stellen. Grundsätzlich
ist es möglich,
hierzu eine in 1 nicht dargestellte weitere
Wärmesensoreinheit
zu verwenden. Alternativ hierzu wird in dem vorliegenden ersten
Ausführungsbeispiel
hierfür
die zweite Wärmesensoreinheit
verwendet. Das erfindungsgemäße Kochfeld
weist zu diesem Zweck ferner einen Zerhacker 8 auf, dessen
konstruktiver Aufbau anhand von 4 näher erläutert wird,
und eine Lichtquelle 10 auf. Die Bestimmung des Emissionsgrads des
auf der Kochzone 4 abgestellten Kochgeschirrs bzw. Kochgeschirrbodens
wird ebenfalls anhand der nachfolgenden Fig. näher erläutert.
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Um
den Einfluss von direkter und indirekter Störstrahlung, beispielsweise
von der Heizeinrichtung, auf die Ausgangssignale der ersten und
der zweiten Wärmesensoreinheit 6.1 zu
verringern, weißt das
erste Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Kochfelds
einen von innen mit einer die Wärmestrahlung
reflektierenden Beschichtung, beispielsweise einer Goldschicht,
verspiegelten Hohlleiter 12 auf. Alternativ hierzu ist
beispielsweise die Verwendung eines Saphirwellenleiters denkbar.
Eine weitere Möglichkeit
den Einfluss von Störstrahlung
auf die Ausgangssignale der beiden Wärmesensoreinheiten zu reduzieren
bzw. zu verhindern besteht darin, dass hierzu in dem Strahlengang
von der Kochfeldplatte 2 und/oder dem Kochgeschirrboden
zu der ersten und/oder zweiten Wärmesensoreinheit 6.1 wenigstens
ein Umlenkmittel, wie beispielsweise ein Spiegel oder dergleichen,
angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Sensorbaueinheit 6 dem
Einfluss der oben genannten Störstrahlung
vollständig,
zumindest jedoch weitgehend, entzogen werden. Siehe hierzu auch 8.
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2 zeigt
das bereits erläuterte
erfindungsgemäße System
aus erfindungsgemäßen Kochfeld und
auf die Kochzone 4 der Kochfeldplatte 2 abgestellten
Kochgeschirr 14 in einer zur 1 um 90° gedrehten
Darstellung. In dieser Darstellung sind die erste und die zweite
Wärmesensoreinheit 6.1 und 6.2 der
Sensorbaueinheit 6 gezeigt. Ferner ist in 2 die
Heizeinrichtung 16 dargestellt, die auf an sich bekannte
Weise in einem Isolationskörper 20 angeordnet
ist. Die Pfeile 18 symbolisieren die oben bereits erläuterte direkte
und indirekte Störstrahlung
von der Heizeinrichtung 16. Die im Bereich der Kochzone 4 von
der Kochfeldplatte 2 bzw. von dem Kochgeschirrboden ausgehende
Wärmestrahlung
wird in dem Hohlleiter 12 auf ebenfalls bekannte Weise
zu der ersten bzw. zweiten Wärmesensoreinheit 6.1, 6.2 weitergeleitet,
was in 2 durch die Pfeile 22 symbolisiert ist.
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Um
den Einfluss der Störstrahlung
an dem Eingangssignal der jeweiligen Wärmesensoreinheit 6.1, 6.2 weiter
zu reduzieren, ist es möglich,
in dem Strahlengang zwischen der Kochfeldplatte 2 bzw. dem
Kochgeschirr 14 und den beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 zusätzlich eine
nicht dargestellte Blende, beispielsweise unmittelbar vor den beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2,
anzuordnen. Ergänzend
oder alternativ hierzu ist es auch denkbar, die beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 möglichst nahe
an der Unterseite 2.2 der Kochfeldplatte 2 anzuordnen.
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In 3 ist
ein Diagramm dargestellt, dass den Transmissionsgrad eines erfindungsgemäßen Kochfelds
in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
der elektromagnetischen Strahlung am Beispiel einer Glaskeramikplatte
zeigt. Wie bereits anhand von 1 erläutert, sind
die Messbereiche der ersten und der zweiten Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 auf den
Transmissionsgrad der für
das erfindungsgemäße Kochfeld
verwendeten Kochfeldplatte 2 derart abgestimmt, dass der
Messbereich der ersten Wärmesensoreinheit 6.1 auf
einen ersten Wellenlängenbereich
begrenzt ist, für
den die Kochfeldplatte 2 einen Transmissionsgrad von weniger
als 20%, insbesondere annähernd
0% und der Messbereich der zweiten Wärmesensoreinheit 6.2 auf
einen zweiten Wellenlängenbereich
begrenzt ist, für
den die Kochfeldplatte 2 einen Transmissionsgrad von mehr
als 20%, insbesondere wenigstens etwa 50%, aufweist. Bei der Kochfeldplatte 2 des
ersten Ausführungsbeispiels,
deren Transmissionsgradverlauf in Abhängigkeit von der Wellenlänge in 3 beispielhaft
dargestellt ist, ist der erste Wellenlängenbereich bei etwa 3 μm und der
zweite Wellenlängenbereich
bei etwa 4 μm
gewählt.
Alternativ hierzu wäre
es auch möglich den
ersten Wellenlängenbereich
mit etwa mehr als 5 μm
und den zweiten Wellenlängenbereich
bei etwa 2 μm
zu wählen.
Erfindungsgemäß wäre es darüber hinaus
denkbar, mehrere Wellenlängenbereiche
mit den oben genannten Transmissionsgraden als Eingangssignale für die erste
bzw. die zweite Wärmesensoreinheit 6.1, 6.2 zu
verwenden. Dies hätte
den Vorteil, dass dadurch der Wert des Eingangssignals für die jeweilige
Wärmesensoreinheit 6.1, 6.2 größer wäre.
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4 zeigt
den Zerhacker 8 aus 1 im Detail,
mit Blickrichtung von unten auf das erfindungsgemäße Kochfeld.
Der Zerhacker 8 weist einen elektrischen Antrieb 8.1 und
eine zwischen den beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 sowie
der Lichtquelle 10 und dem Hohlleiter 12 angeordnete
kreisförmige
Platte 8.2 auf. Zwischen den beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 und
der Lichtquelle 10 ist eine in 4 lediglich
grob dargestellte Barriere 24 angeordnet. Hierdurch wird
verhindert, dass von der Lichtquelle 10 ausgehende Störstrahlung
die Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 in
ungewünschter
Weise beeinflusst. Der elektrische Antrieb 8.1 des Zerhackers 8 ist
mit der elektrischen Steuerung des erfindungsgemäßen Kochfelds in Signalübertragungsverbindung
und dreht die Platte 8.2 im Verlauf der Bestimmung des
Emissionsgrads des Kochgeschirrbodens um eine senkrecht zur Platte 8.2 und
durch deren Mittelpunkt verlaufende, nicht dargestellte Drehachse.
Die Platte 8.2 weist in dem Bereich, der bei deren Drehung
die beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 überstreicht,
ein Langloch 8.3, mit einer an einem Ende des Langlochs 8.3 ausgebildeten
Erweiterung 8.3.1, auf und in dem Bereich, der bei deren Drehung
im Wesentlichen die beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 und
die Lichtquelle 10 überstreicht, einen
als Spiegel ausgebildeten und auf der diesen Bauteilen 6.1, 6.2 und 10 zugewandten
Fläche
der Platte 8.3 angeordneten Reflektor 8.4 auf.
Die Erweiterung 8.3.1 überstreicht
im Unterschied zu dem Rest des Langlochs 8.3 neben den
beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 ebenfalls
die Lichtquelle 10. Die Funktionsweise des Zerhackers 8 wird
nachfolgend näher
erläutert.
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Die
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems
bzw. des erfindungsgemäßen Kochfelds wird
nachfolgend anhand der 1 bis 5 näher erläutert:
Das
erfindungsgemäße Kochfeld
ist ausgeschaltet und ein Kochgeschirr 14 ist auf der Kochzone 4 abgestellt.
Die der Kochzone 4 zugeordnete Heizeinrichtung 16 wird
mittels eines in den Fig. nicht dargestellten Bedienelements eingeschaltet,
so dass sich die Heizeinrichtung 16 aufheizt und damit
die Kochzone 4 und das darauf abgestellte Kochgeschirr 14 erwärmt. Sobald
das erfindungsgemäße Kochfeld
in seiner Gesamtheit auf Betriebstemperatur aufgeheizt ist, wird
mit den Messungen der in dem Bereich der Kochzone 4 im
Wesentlichen nach unten abgestrahlten Wärmestrahlungen mittels der
oben bereits erläuterten
ersten und zweiten Wärmesensoreinheit 6.1, 6.2 begonnen,
was anhand der 5 beispielhaft erläutert wird.
Die 5 ist qualitativ und gilt von dem grundsätzlichen
zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals sowohl für die erste wie auch für die zweite
Wärmesensoreinheit 6.1, 6.2.
Die Platte 8.2 des Zerhackers 8 befindet sich
in einer in 4 nicht dargestellten Drehlage,
in der die Platte 8.2 sowohl die beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 wie
auch die Lichtquelle 10 abdeckt und damit die beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 gegen
von dem Hohlleiter 12 in Richtung der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 wie
auch gegen von der Lichtquelle 10 in Richtung der beiden
Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 abgestrahlte
Wärmestrahlung
im Wesentlichen abschirmt. Da auch die Elektronik und andere auf
der Plattenseite der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 angeordneten
Bauteile des Kochfelds durch die Heizeinrichtung 16 erwärmt worden
sind, ist das von jeder der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 empfangene
Eingangssignal in dieser Drehlage der Platte 8.2 ungleich
Null, siehe den durch eine rechteckige Umrandung abgegrenzten Bereich
a in 5.
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Die
Platte 8.2 dreht sich kontinuierlich weiter um deren Drehachse
bis in die in 4 dargestellte Drehlage, in
der der Reflektor 8.4 der Platte 8.2 die beiden
Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 und
die Lichtquelle 10 überdeckt.
In dieser Drehlage der Platte 8.2 wird die von der Lichtquelle 10 ausgestrahlte
Wärmestrahlung
an dem Reflektor 8.4 nahezu vollständig in Richtung der beiden
Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 umgelenkt
und von diesen in den entsprechenden ersten und zweiten Wellenlängenbereichen
als Eingangssignal empfangen, siehe Bereich b in 5.
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Die
Platte 8.2 dreht sich weiter und die beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 und
die Lichtquelle 10 werden erneut von der Platte 8.2,
nämlich in
dem zwischen dem Reflektor 8.4 und dem Langloch 8.3 angeordneten
Bereich der Platte 8.2 überdeckt,
siehe 4 und 5, Bereich c, so dass für diese
Drehlage der Platte 8.2 die Ausführungen zu dem Bereich a aus 5 analog
gelten.
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Die
Platte 8.2 dreht sich weiter, bis dass das in der Platte 8.2 angeordnete
Langloch 8.3 den Strahlengang zwischen der Kochfeldplatte 2 bzw.
der Kochfeldplatte 2 und dem Kochgeschirrboden des Kochgeschirrs 14 in
dem Bereich des Hohlleiters 12 und den beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 freigibt.
Die in dem Bereich der Kochzone 4 von der Kochfeldplatte 2 bzw.
von der Kochfeldplatte 2 und dem darauf abgestellten Kochgeschirr 14 nach
unten abgestrahlte Wärmestrahlung
gelangt bis zu den beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 und
wird von diesen entsprechend den ersten und zweiten Wellenlängenbereichen
als Eingangssignal empfangen, was zu einem Anstieg des Ausgangssignals
jeder Wärmesensoreinheit 6.1, 6.2 bis
zu dem in 5 mit d gekennzeichneten qualitativen
Wert führt.
Hierbei ist zu beachten, dass der Wert des Ausgangssignals der ersten
Wärmesensoreinheit 6.1 etwas
geringer ist als der Wert des Ausgangssignals der zweiten Wärmesensoreinheit 6.2,
da die erste Wärmesensoreinheit 6.1 im
Wesentlichen die allein von der Kochfeldplatte 2 nach unten
abgestrahlte Wärmestrahlung
empfängt,
während
die zweite Wärmesensoreinheit 6.2 im
Wesentlichen die von der Kochfeldplatte 2 und dem darauf
abgestellten Kochgeschirr 14 nach unten abgestrahlte Wärmestrahlung
empfängt,
und zwar jeweils in dem Erfassungsbereich der jeweiligen Wärmesensoreinheit 6.1, 6.2.
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Die
Platte 8.2 dreht sich weiter, bis das andere Ende des Langlochs 8.3 mit
der Erweiterung 8.3.1 erreicht ist. In dieser Drehlage
der Platte 8.2 ist zusätzlich
auch der Strahlengang zwischen der Lichtquelle 10 und dem
Hohlleiter 12 durch die Platte 8.2 freigegeben,
so dass die von der Lichtquelle 10 ausgestrahlte Wärmestrahlung
durch den Hohlleiter 12 auf die Kochfeldplatte 2 bzw.
die Kochfeldplatte 2 und den Kochgeschirrboden abgestrahlt
und von diesen zumindest teilweise in Richtung der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 reflektiert
wird, siehe 5, Bereich e. Die Werte der
daraus resultierenden Ausgangssignale der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 sind
deshalb etwas größer als
im vorgenannten Bereich d.
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Die
Platte 8.2 dreht sich weiter in einen Bereich der Platte 8.2,
der analog zu den bereits erläuterten
Bereichen a und c die beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 gegen
die von der Kochfeldplatte 2 bzw. der Kochfeldplatte 2 und
dem auf der Kochzone 4 abgestellten Kochgeschirr 14 nach
unten ausgestrahlten Wärmestrahlung
abschirmt, siehe 5, Bereich f. Die Wirkung der
Barriere 24 gegen von der Lichtquelle 10 ausgestrahlte
Störstrahlung
ist weiter oben bereits erläutert
worden.
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Die
Platte 8.2 dreht sich weiter und der oben erläuterte Messzyklus
beginnt von Neuem.
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Die
Auswertung der Ausgangssignale der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 in
der Verarbeitungseinheit der elektrischen Steuerung ist nachfolgend
kurz erläutert:
In
der Verarbeitungseinheit wird aus den so gewonnenen Ausgangssignalen
der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 fortlaufend
oder in vorher festgelegten zeitlichen Abständen ein Vergleichswert gebildet
und auf an sich bekannte Weise mit vorher festgelegten und in dem
Speicher der elektrischen Steuerung abgespeicherten Referenzwerten
verglichen. Um die Genauigkeit der Regelung der Heizleistung bei
dem erfindungsgemäßen System
bzw. Kochfeld zu verbessern, ist es erforderlich, bei dem Vergleich des
auf den aktuellen Messungen mit den beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 basierenden
Vergleichswerts mit den abgespeicherten Referenzwerten den Emissionsgrad
des Kochgeschirrs 14 bzw. des Kochgeschirrbodens zu berücksichtigen.
Auf der Basis des oben erläuterten
Messablaufs während des
Kochvorgangs ist es möglich,
in der Verarbeitungseinheit den Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens
durch den Vergleich der Ausgangssignale der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 in
dem Bereich b aus 5 mit den Ausgangssignalen in den
Bereichen d und e aus 5 auf an sich bekannte Weise
zu bestimmen. In der Regel ist es erforderlich, dass die Ausgangssignale
der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 für die Verarbeitung
in der elektrischen Steuerung auf dem Fachmann bekannte Weise, beispielsweise
mittels des sogenannten Lock-in-Verfahrens, aufbereitet werden müssen.
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Die
nachfolgend genannten Alternativen und weiteren Ausführungsbeispiele
zu dem oben genannten ersten Ausführungsbeispiel sind nur soweit erläutert, wie
sich diese von dem ersten Ausführungsbeispiel
unterscheiden.
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Anstelle
der Lichtquelle 10 ist es auch denkbar, die Heizeinrichtung 16 für die Bestimmung
des Emissionsgrads des Kochgeschirrbodens und damit deren eigentlich
unerwünschte
Störstrahlung
für die Messung
zu verwenden, so dass die Anzahl der Bauteile weiter reduziert ist.
Hierbei ist es aber erforderlich, dass bei den übrigen Messungen, also den
Messungen der im Bereich der Kochzone 4 im Wesentlichen
allein von der Kochfeldplatte 2 und der im Bereich der
Kochzone 4 von der Kochfeldplatte 2 und dem auf
der Kochzone 4 abgestellten Kochgeschirrs 14 ausgestrahlten
Wärmestrahlung,
die Heizeinrichtung 16 kurzzeitig abgeschaltet wird.
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Alternativ
zu der Anordnung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ist es auch möglich,
den Einfluss des Emissionsgrads des Kochgeschirrbodens durch den
Einsatz einer in den Fig. nicht dargestellten dritten Wärmesensoreinheit
in die Regelung der Heizleistung mit einzubeziehen. Hierzu ist der
Messbereich der dritten Wärmesensoreinheit
auf Wärmestrahlung
in einem dritten Wellenlängenbereich
begrenzt, der sich von dem zweiten Wellenlängenbereich unterscheidet,
wobei die Kochfeldplatte 2 im Bereich der Kochzone 4 wenigstens
in dem Erfassungsbereich der dritten Wärmesensoreinheit für Wärmestrahlung
des dritten Wellenlängenbereichs einen
Transmissionsgrad von mehr als 20% aufweist. Da die Temperatur des
Kochgeschirrbodens und damit der Wert der von dem Kochgeschirrboden
ausgestrahlten Wärmestrahlung
nicht nur von deren Wellenlängenbereich
sondern auch von dem Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens abhängig ist,
ist es möglich,
durch eine an sich bekannte Verhältnispyrometer-Messung
mittels der zweiten und der dritten Wärmesensoreinheit 6.2,
und der auf diese Weise ermittelten Steigung des Werts der Wärmestrahlung über einen
vorher festgelegten Wellenlängenbereich auch
ohne den Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens dessen Temperatur
zu bestimmen und damit die Heizleistung zu regeln.
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Eine
besonders einfache Alternative zu den vorgenannten Möglichkeiten,
den Einfluss des Emissionsgrads des Kochgeschirrbodens in die Regelung der
Heizleistung mit einzubeziehen besteht darin, dass auf den Kochgeschirrboden
wenigstens in dem Bereich, der bei auf der Kochzone 4 abgestellten Kochgeschirr 14 mit
dem Erfassungsbereich der zweiten Wärmesensoreinheit 6.2 überlappt,
eine Beschichtung mit einem vorher festgelegten und in dem Speicher
der elektrischen Steuerung abgespeicherten Emissionsgrad aufgebracht
ist.
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Eine
weitere Alternative zu dem ersten Ausführungsbeispiel sieht vor, dass
die Kochfeldplatte 2 in dem Erfassungsbereich der ersten
Wärmesensoreinheit 6.1 auf
deren Oberseite eine Beschichtung mit einem Transmissionsgrad von
annähernd
0% aufweist. Eine Realisierungsmöglichkeit
besteht darin, dass die Beschichtung einen Reflexionsgrad von etwa
100% aufweist. Hierdurch ist eine Ausgestaltung der ersten Wärmesensoreinheit 6.1 und
deren Anpassung an die Kochfeldplatte 2 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
nicht erforderlich, da durch die erfindungsgemäße und in den Fig. nicht dargestellte
Beschichtung gewährleistet
ist, dass die erste Wärmesensoreinheit 6.1 in
dem Bereich der Kochzone 4 im Wesentlichen allein die von
der Kochfeldplatte 2 nach unten abgestrahlte Wärmestrahlung
empfängt.
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Alternativ
zu der vorgenannten Möglichkeit ist
es auch denkbar, dass die Kochfeldplatte 2 in dem Erfassungsbereich
der ersten Wärmesensoreinheit 6.1 auf
deren Oberseite eine Beschichtung mit einem Absorptionsgrad von
etwa 100% aufweist.
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In 6 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kochfelds
gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist in den Erfassungsbereichen der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 ausgehend
von der Kochfeldplatte 2 in Richtung der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 eine
Sammellinse 26, aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit beispielsweise
aus Bariumfluorid oder Aluminiumoxid hergestellt, angeordnet, mittels
der die von der Kochfeldplatte 2 und dem auf der Kochzone 4 abgestellten
Kochgeschirr 14 nach unten ausgestrahlte Wärmestrahlung
auf die erste und/oder zweite Wärmesensoreinheit 6.1, 6.2 auf
an sich bekannte Weise fokussiert wird. Um den Einfluss der im Bereich
der Kochzone 4 allein von der Kochfeldplatte 2 nach
unten abgestrahlten Wärmestrahlung
auf das Ausgangssignal der zweiten Wärmesensoreinheit 6.2 zu reduzieren,
so dass dadurch der Teil der Wärmestrahlung,
der allein von dem Kochgeschirrboden nach unten abgestrahlt wird,
einen größeren Einfluss auf
das Ausgangssignal der zweiten Wärmesensoreinheit 6.2 ausübt, ist
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
in dem Erfassungsbereich der zweiten Wärmesensoreinheit 6.2 zusätzlich die
Materialstärke
s der Kochfeldplatte 2 reduziert.
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Alternativ
zu der vorgenannten Lösung
ist es gemäß eines
dritten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Lehre
denkbar, dass die Kochfeldplatte 2 wenigstens in dem Erfassungsbereich
der zweiten Wärmesensoreinheit 6.2 ausgehend
von der Kochfeldplatte 2 in Richtung der zweiten Wärmesensoreinheit 6.2 als
die Sammellinse 26 ausgebildet ist, siehe 7.
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Die 8 zeigt,
wie bereits erläutert,
ein viertes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lehre,
bei dem die Sensorbaueinheit 6 anstelle unterhalb der Kochzone 4 in
dem Randbereich des erfindungsgemäßen Kochfelds angeordnet ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird auf die Verwendung eines Hohlleiters 12 verzichtet,
da die Störstrahlung aufgrund
des in dem Strahlengang zwischen der Kochfeldplatte 2 bzw.
dem Kochgeschirr 14 und den beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 angeordneten
Umlenkmittels 28 zur Umlenkung der nach unten abgestrahlten
Wärmestrahlung
an den beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 vorbei
gelenkt wird, was in 8 durch einen gestrichelten
Pfeil 30 symbolisiert ist. Im Unterschied dazu wird die
allein von der Kochfeldplatte 2 bzw. von der Kochfeldplatte 2 und dem
auf der Kochzone 4 abgestellten Kochgeschirr 14 nach
unten ausgestrahlte Wärmestrahlung
in Richtung der beiden Wärmesensoreinheiten 6.1, 6.2 auf
dem Fachmann bekannte Weise gelenkt, was in 8 durch
Pfeile 32 symbolisiert ist.
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In
den vorgenannten Ausführungsbeispielen wurde
insbesondere die Verwendung des Zerhackers 8 als Teil der
Messeinrichtung zur Bestimmung des Emissionsgrads des Kochgeschirrs 14 bzw.
des Kochgeschirrbodens eingehend erläutert. Alternativ hierzu sind
jedoch auch andere dem Fachmann bekannte Ausgestaltungen der Messeinrichtung
denkbar.