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Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Induktionsmodul für mindestens eine Induktionsspule
als induktive Heizeinrichtung, eine Anordnung mehrerer solcher Induktionsmodule
sowie ein Verfahren zur Einrichtung eines solchen Induktionsmoduls.
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Es
ist bekannt, sowohl bei Induktionskochfeldern für Privathaushalte als auch
bei Induktionskocheinrichtungen für den gewerblichen Bereich
wie beispielsweise in Restaurants, mehrere Induktionsspulen auf
einer Kochfläche
bzw. unter einer Kochfeldplatte anzuordnen. Die Induktionsspulen
werden dabei von Induktionsmodulen bzw. von Leistungselektronikeinheiten
mit Leistung versorgt und entsprechend angesteuert. Während bei
Induktionskochfeldern für
Privathaushalte eine abgeschlossene Funktionseinheit bilden, sind
sie für
den gewerblichen Bereich teilweise modular aufgebaut, um einen leichteren
Austausch bzw. Erweiterungen oder Veränderungen zu ermöglichen. Üblicherweise
sind dabei die Leistungselektroniken bzw. die Induktionsmodule für die Verwendung
von speziellen bzw. unterschiedlichen Induktionsspulen, die durch
Charakteristika wie Leistungsverbrauch und notwendige Ansteuerung gekennzeichnet
sind, ausgelegt.
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Aufgabe und Lösung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Induktionsmodul
sowie eine Anordnung mehrerer solcher Induktionsmodule zu schaffen,
mit denen Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und
vorteilhafte Weiterbildungen möglich
sind sowie insbesondere ein verbessertes Zusammenwirken mehrerer
solcher Induktionsmodule möglich
ist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Induktionsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie eine Anordnung mehrerer solcher Induktionsmodule mit den
Merkmalen des Anspruchs 8 und ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 14. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden
näher erläutert. Der
Wortlaut der Ansprüche
wird durch ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Es
ist vorgesehen, dass ein Induktionsmodul für mindestens eine Induktionsspule
als induktive Heizeinrichtung vorgesehen ist, vorteilhaft für mehrere
Induktionsspulen vorgesehen ist. Ein Induktionsmodul weist eine
Leistungselektronik zur Leistungsversorgung für die eine oder die mehreren
Induktionsspulen auf sowie eine Steuerung für die Ansteuerung dieser Leistungselektronik.
Dabei sind die Leistungselektronik und die Steuerung in einem Gehäuse des
Induktionsmoduls angeordnet bzw. sie sind in einer Funktionseinheit
zusammengefasst. Erfindungsgemäß weist
das Induktionsmodul bzw. die Steuerung ein Synchronisations-Bussystem
auf zur Synchronisierung bzw. Verbindung dieses Induktionsmoduls
mit anderen Induktionsmodulen. Der Vorteil eines solchen Synchronisations-Bussystems
liegt darin, dass mehrere Induktionsmodule bzw. deren Leistungselektroniken
mit den Induktionsspulen zu größeren, sozusagen
virtuellen Geräten
zusammengeschaltet werden können
und dann unter Umständen gemeinsam
bzw. nach gemeinsamen Vorgaben angesteuert werden können. Darauf
wird nachfolgend noch genauer eingegangen.
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In
vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist ein Induktionsmodul ohne
Bedienelemente ausgebildet, jedenfalls für den Betrieb. Bei einer Anordnung mehrerer
Induktionsmodule gemäß der Erfindung
ist es möglich,
dass entweder eine separate Bedieneinrichtung mit Bedienelementen
vorgesehen ist, die zwar mit den Induktionsmodulen verbunden ist,
aber darin nicht gerätemäßig integriert
ist. Alternativ kann eine Bedieneinrichtung aber auch an einem Induktionsmodul
von vielen bzw. an oder in dessen Gehäuse vorgesehen sein. Ein solches
Induktionsmodul ist dann sozusagen ein übergeordnetes Induktionsmodul
für die
Gesamtanordnung mit den anderen Induktionsmodulen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die
Induktionsmodule ohne Induktionsspulen ausgebildet sind bzw. diese
nicht aufweisen, also keine gerätemäßige Einheit
mit ihnen bilden. So sind der Anschluss und die gemeinsame Verwendung
mit beliebigen Induktionsspulen möglich für eine größere Flexibilität beim Einsatz.
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Vorteilhaft
ist ein Induktionsmodul bzw. seine Leistungselektronik dazu ausgebildet,
eine oder mehrere Induktionsspulen anzusteuern. Dabei kann von einem
Induktionsmodul eine maximale Leistung, welche der Summe der Maximalleistungen
der Leistungselektroniken entspricht, gesteuert werden, zum Beispiel
also 5 kW pro angesteuerter Leistungselektronik, was zu einem Ausbau
bei 4 Kanälen
zu 20 kW führen
würde welche
aus dem selben Induktionsmodul gesteuert werden. Besonders vorteilhaft
ist die Leistungselektronik eines Induktionsmoduls in mehrere Leistungselektronik-Module
aufgeteilt, vorteilhaft ein Leistungselektronik- Modul pro anzusteuernder Induktionsspule.
Aber auch mehrere Induktionsspulen pro Leistungselektronik-Modul
sind denkbar in weiteren Ausbaustufen. Dies ermöglicht einen flexibleren Aufbau
eines Induktionsmoduls, so dass je nach gewünschter Konfiguration von anzuschließenden Induktionsspulen
entsprechende Leistungselektronik-Module in das Induktionsmodul
eingesetzt werden können.
So kann eine an eine entsprechende Induktionsspulenkonfiguration
technisch und preismäßig optimal
angepasste Konfiguration von Leistungselektronik-Modulen bzw. der
gesamten Leistungselektronik im Induktionsmodul erreicht werden.
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Das
Synchronisations-Bussystem ist bevorzugt in der Steuerung des Induktionsmoduls
integriert bzw. wird dadurch bereitgestellt. Vorteilhaft wird dafür ein sogenanntes
serielles Bussystem verwendet, beispielsweise ein CAN-Bussystem,
dem noch einige Signale hinzugefügt
sind. Dessen Funktionalität
ist für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung als optimal anzusehen. Ein
solches CAN-Bussystem kann beliebig viele verschiedene Induktionsmodule funktional
zusammenschalten. Darauf wird nachfolgend noch genauer eingegangen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Induktionsmodul ein
Service-Interface aufweisen für
eine leichtere und bessere Zugänglichkeit. Dafür kann beispielsweise
ein Service-Anschlussstecker am Induktionsmodul vorgesehen sein, über den nach
Anschluss eines entsprechenden externen Service-Gerätes Daten
eingegeben oder ausgelesen werden können. So ist beispielsweise
eine Parametrisierung bzw. Einstellung der Steuerung oder auch der
Leistungselektronik möglich.
Bestimmte Betriebsparameter können
so nachträglich
auch verändert werden,
beispielsweise als nachträgliche
Anpassung an mit der Leistungselektronik verbundenen Induktionsspulen.
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Vorteilhaft
ist jedes Induktionsmodul als eigenes Modul bzw. in einem eigenen
Gehäuse
vorgesehen. So kann bei einer erfindungsgemäßen Anordnung mehrerer solcher
Induktionsmodule eine Ansammlung dieser Gehäuse vorgesehen sein. Die Gehäuse weisen
neben der Leistungselektronik und einer Steuerung auf einer oder
mehrerer Steuerungsplatinen Steuerungseinheiten für Lüfter zur
Kühlung sowie
entsprechende Anschlussmöglichkeiten
in Form von Stecker, Schraubklemmen odgl. auf. Besonders vorteilhaft
sind die Gehäuse
für sämtliche Ausbildungen
von Induktionsmodulen gleich ausgebildet und werden dann entsprechend
bestückt,
beispielsweise auch mit unterschiedlicher Anzahl von Leistungselektroniken,
abhängig
von der mit einem Induktionsmodul anzusteuernden Anzahl von Induktionsspulen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Anordnung
von einem oder vorteilhaft mehreren Induktionsmodulen weisen diese
jeweils mehrere Induktionsspulen auf bzw. sind mit diesen verbunden.
Die Induktionsmodule sind miteinander über ein Synchronisations-Bussystem
verbunden, welches besonders vorteilhaft ein serielles Bussystem
ist. Des weiteren gehört
zu der Anordnung mindestens eine Bedieneinrichtung mit entsprechenden
Bedienelementen, um die Induktionsmodule damit zu steuern bzw. letztendlich
den Betrieb der angesteuerten Induktionsspule. Vorteilhaft ist dabei
die Bedieneinrichtung entfernt von den Induktionsmodulen vorgesehen
und über eine
Datenverbindung mit einem Induktionsmodul verbunden, welche drahtlos
oder aber auch über
Kabel erfolgen kann. Die Verbindung ist auch hier vorteilhaft ein
Bussystem, besonders vorteilhaft ein LIN-Bussystem, also ein Bussystem
mit einem Local Interconnect Network. Über Bedienelemente an der mindestens
einen Bedieneinrichtung kann die Steuerung jedes Induktionsmoduls
entsprechend angesprochen und so der Betrieb der damit verbundenen Induktionsspulen
gesteuert werden, wobei es möglich
ist, dass eine Bedieneinrichtung an ein Induktionsmodul verbunden
ist und über
dieses bzw. das Synchronisations-Bussystem alle Induktionsmodule mit
dieser einen Bedieneinrichtung gesteuert werden.
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Es
können
auch mehrere Bedieneinrichtungen für mehrere Induktionsmodule
vorgesehen sein, und zwar an verschiedenen Stellen. So ist ge rade
bei einem Aufbau mit einer größeren Anzahl
von Induktionsspulen, also beispielsweise einer großen Heizfläche mit
beispielsweise 10 bis 20 Heizstellen, eine Bedienung bzw. Einstellung
von mehreren Positionen aus möglich.
Dies verbessert die Handhabbarkeit und Praxistauglichkeit einer
solchen Anordnung bzw. einer davon gebildeten Heizfläche. Besonders
vorteilhaft sind die Bedieneinrichtungen dabei aber in direkter
Nähe zu
der Heizfläche
vorgesehen. Die Induktionsmodule können in Ausgestaltung der Erfindung
durchaus weiter entfernt von der Heizfläche bzw. den Induktionsspulen
vorgesehen sein. Sie können
beispielsweise in einem separaten Raum im selben Gebäude angeordnet
sein, um Geräuschproblematik,
Wärmeentwicklung
und Kühlung
zu vereinfachen. Besonders vorteilhaft kann eine solche Anordnung
eine Kocheinrichtung sein, also eine Art großes Kochfeld, wobei jede Induktionsspule
eine Kochstelle für
einen Topf definieren kann. Auch andere Heizeinrichtungen für induktive
Beheizung sind möglich,
beispielsweise bei Schmelzöfen
odgl..
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Eine
vorbeschriebene Anordnung oder auch nur ein Induktionsmodul kann
zwar lauter identische Induktionsspulen aufweisen. Vorteilhaft sind
die Induktionsspulen aber zumindest teilweise unterschiedlich ausgebildet
hinsichtlich der Parameter wie Größe, Leistung oder Bauform,
so dass eine vielfältigere
Verwendbarkeit gegeben ist bzw. dass für unterschiedlich große Heizflächen, beispielsweise
unterschiedlich große
Töpfe,
sowie unterschiedliche Leistungsstufen jeweils eine geeignete Induktionsspule als
Heizquelle vorhanden ist. Bei der Anordnung als Heizfläche bzw.
Heizeinrichtung können
die Induktionsspulen in Ausgestaltung der Erfindung einen geringen
Abstand zueinander aufweisen, beispielsweise maximal wenige Millimeter,
insbesondere weniger als vier Zentimeter. So ist es beispielsweise
auch vorstellbar, dass zwei Induktionsspulen gemeinsam von einem
einzigen Topf überdeckt
werden und diesen beheizen. Ob derart nahe beieinander angeordnete Induktionsspulen
von demselben Induktionsmodul angesteuert werden oder von verschiedenen,
spielt dabei keine Rolle. Einer der Hauptvorteile der Ver bindung
mehrerer Induktionsmodule miteinander durch das genannte Synchronisations-Bussystem
liegt nämlich
darin, dass sie einen beliebig gemeinsamen aufeinander abgestimmten
und problemlosen Betrieb mehrerer Induktionsmodule und Leistungselektroniken
mit deren Induktionsspulen ermöglichen.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Einrichtung eines genannten Induktionsmoduls oder einer genannten
Anordnung mehrerer Induktionsmodule kann über das Synchronisations-Bussystem bzw.
das Service-Interface das Zusammenarbeiten einzelner Bedienelemente,
Induktionsmodule und/oder deren Leistungselektronik definiert werden. Des
weiteren können
darüber
erfindungsgemäß aktuelle
sowie zurückliegende
Betriebsdaten oder Betriebsparameter ausgelesen werden. Vorteilhaft
kann ein so genanntes Energiemanagement eingespeichert werden welches
durch eine Schnittstelle parametrisierbar ist, so dass einzelne
Induktionsmodule oder auch deren Anordnung nicht mehr als eine bestimmte
Gesamtspitzenleistung aus dem Versorgungsnetz beziehen. So kann
auf tarifliche Vorgaben oder Unterschiede von Stromanbietern reagiert
werden bzw. Spitzenverbräuche
können
reduziert oder ganz vermieden werden. Auch Netzrückwirkungen oder ungewünscht hohe
Blindleistungen können
so reduziert oder vermieden werden, beispielsweise durch Leistungsverschiebungen
beim Betrieb einer größeren Anzahl
von Induktionsspulen. Bislang notwendige Energieoptimierungsanlagen
von separaten Herstellern, die aufwendig an bisheriger induktive Kocheinrichtungen
angeschlossen werden mussten, können
so vermieden und der Prozess der Energieverteilung optimiert werden.
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Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus
den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombination bei einer
Ausführungsform
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird.
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Die
Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die
unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbezeichnung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden im Folgenden näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus eines Induktionsmoduls mit
Leistungselektronik und Steuerung sowie Anschlüssen und
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2 eine
Anordnung mehrerer Induktionsmodule aus 1 als Kocheinrichtung
mit einer gemeinsamen Kochfläche.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Induktionsmodul 11 schematisch
vom Aufbau her dargestellt. In einem Gehäuse 12 ist die Leistungselektronik 13 auf
der rechten Seite angeordnet, die aus vier Leistungselektronik-Modulen 14a–14d besteht.
Diese können
gleich ausgebildet sein, müssen
es jedoch nicht und können
unter Umständen
auch jeweils für unterschiedliche
Leistungen ausgebildet sein und dazu insbesondere unterschiedlich
groß sein.
Jedes Leistungselektronik-Modul 14a–14d ist mit einem
Anschluss 15a–15d am
Gehäuse 12 versehen,
an dem grundsätzlich
eine oder mehr Induktionsspulen angeschlossen werden können. Die
Maximalleistung eines Leistungselektronik-Moduls 14a–14d kann
bei 5 kW liegen. Ein Lüfter 16 ist
in der 1 allgemein dargestellt, er kann die Leistungselektronik 13 sowie sämtliche
Einrichtungen in dem Gehäuse
kühlen.
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In
dem Gehäuse 12 des
Induktionsmoduls 11 ist auch eine Steuerung 17 enthalten,
insbesondere mit einem entsprechend ausgestatteten Mikroprozessor.
Die Steuerung 17 weist einen Steuerungsanschluss 18a für das genannte
LIN-Bussystem auf, insbesondere als Steckanschluss, einen Steuerungsanschluss 18b für das genannte
CAN-Bussystem sowie einen Service-Anschluss 19, vorteilhaft
ebenfalls als Steckanschluss. Über
den Steuerungsanschluss 18a wird das Induktionsmodul 11 von
außen
angesteuert, insbesondere auch mit Bedienbefehlen für den Betrieb
des Induktionsmoduls 11 bzw. der Leistungselektronik-Module 14a–14d samt
angeschlossener Induktionsspulen. Über den Steuerungsanschluss 18b ist
das Induktionsmodul 11 mit anderen Induktionsmodulen verbunden.
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Wie
zu erkennen ist, weist das Induktionsmodul 11 weder eingebaute
bzw. daran direkt befestigte Induktionsspulen auf noch eine Bedieneinrichtung oder
Bedienelemente. Zwar können
manche Bedienelemente in Form von Schaltern bzw. Netztrennungsschaltern
vorgesehen sein, jedoch keine zur Leistungseinstellung der Leistungselektronik 13 oder mit
einer vergleichbaren Funktion, also zum bestimmungsgemäßen Betrieb
als Heizeinrichtung bzw. als Kocheinrichtung.
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Ebenso
ist ein Netzanschluss 20 sowie eine Einheit 21 aus
Netzfilter, Gleichrichter und Kleinspannungs-Versorgung für die Steuerung 17 vorgesehen. Diese
Einheit stellt die elektrische Leistung zur Verfügung aus der Netzspannung,
die von den Leistungselektronik-Modulen 14a–14d umgewandelt
an die Induktionsspulen gegeben wird.
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In 2 ist
eine Anordnung 22 dargestellt, bei der unter einer Kochfläche 23 mehrere
Induktionsspulen 25 angeordnet sind, die jeweils eine Kochstelle 24 bilden.
Die Kochfläche 23 kann
beispielsweise aus Glaskeramik bestehen und unter Umständen auch
in mehrere einzelne Felder unterteilt sein. Die Induktionsspulen 25 sind
auf übliche
Art und Weise ausgebildet, vorteilhaft als Flachspulen, und unter der
Kochfläche 23 befestigt.
Auf einer Kochstelle 24 ist beispielhaft ein Topf 26 gestellt,
um mittels der Induktionsspule 25 darunter an dieser Kochstelle 24 induktiv
beheizt zu werden.
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Die
Anordnung bzw. die Kocheinrichtung 22 weist zwei Bedieneinrichtungen 28 auf,
eine an jeder Seite, die jeweils Bedienelemente 29 aufweisen,
beispielsweise sogenannte Drehknebel oder alternativ Berührschalter.
Es können
auch durchaus mehr Bedieneinrichtungen 28 vorgesehen sein.
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Die
Bedieneinrichtungen 28 sind jeweils über eine Verbindung 32 mit
einem Induktionsmodul 11 verbunden. Diese Verbindung 32 kann
als vorgenanntes Bussystem ausgebildet sein bzw. ein solches beinhalten,
vorteilhaft als LIN-Bussystem. Somit erfolgt dadurch die Kommunikation
der Bedieneinrichtungen 28 mit den Induktionsmodulen 11 über einen
Bus, beispielsweise ein LIN-Bussystem 32. Die Kommunikation
der Induktionsmodule 11 miteinander erfolgt über ein
Synchronisations-Bussystem, vorteilhaft ein CAN-Bussystem, als Verbindung 31.
Ebenso kann damit die vorgenannte Einrichtung oder Programmierung
der Induktionsmodule erfolgen. Dies sind eingangs genannte wichtige
Vorteile der Erfindung.
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Die
Induktionsmodule 11 sind über die Anschlüsse 15 mit
je vier Induktionsspulen 25 und der Kochfläche 23 verbunden,
was jedoch nicht für
alle Induktionsmodule 11 dargestellt ist. Die Entfernung zwischen
den Induktionsmodulen 11 und den Induktionsspulen 25 kann
relativ gering sein, beispielsweise einige Zentimeter, insbesondere
etwa 10 cm bis 40 cm, wenn die Induktionsmodule 11 insbesondere direkt
darunter angeordnet sind. Alternativ kann die Entfernung auch einige
Meter betragen, so dass die Induktionsmodule 11 beispielsweise
in einem separaten Raum bzw. Zimmer angeordnet sind und deren Kühlung sowie
auch mögliche
Geräuschentwicklung unproblematisch
ist.
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Des
Weiteren ist in 2 dargestellt, wie ein Service-PC
mittels eines Anschlusskabels 34 an einen Service-Anschluss 19 des
linken Induktionsmoduls 11 angeschlossen ist und somit
auch an dessen Steuerung. Mit diesem Service-PC kann ein gewisses
Umkonfigurieren bzw. Umprogrammieren einer Steuerung 17 bzw.
des entsprechenden Induktionsmoduls 11 erfolgen. Des Weiteren
können
Betriebsdaten, die über
den Betrieb hinweg in der Steuerung 17 gesammelt werden,
ausgelesen werden, beispielsweise um mögliche bald auftretende Fehler
zu identifizieren und zu vermeiden, um Service-Intervalle zu bestimmen
oder um fehlerhafte Teile schneller identifizieren zu können.
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Die
Anzahl der Induktionsmodule 11 in der Anordnung 22 gemäß 2 ist
grundsätzlich
beliebig, wobei in der Regel eine Anzahl von 5 bis 10 Induktionsmodule
mit je vier angeschlossenen Induktionsspulen als ausreichend angesehen
wird.
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Des
Weiteren ist es möglich,
innerhalb der Anordnung 22 bzw. innerhalb der Induktionsmodule 11 ein
bevorzugtes Induktionsmodul festzulegen, welches dann beispielsweise
auch das Synchronisations-Bussystem des CAN-Bussystems hauptsächlich steuert.