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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Heizgeräts und auf ein Heizgerät, beispielsweise eines Herds.
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Ein Heizgerät kann Teil eines Herdes sein, der zusätzlich einen Backofen aufweist, oder als separates Gerät ausgeführt sein. Ein Heizgerät kann beispielsweise zur Erwärmung von Speisen eingesetzt werden. Ein Heizgerät kann mehrere Kochstellen aufweisen, die auch als Kochfelder bezeichnet werden können.
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Die
DE 10 2008 042 512 A1 befasst sich mit einem Verfahren zum Betreiben eines Kochfelds, das mehrere zu einer Heizzone zusammengefasste Heizelemente aufweist.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines Heizgeräts, eine verbesserte Vorrichtung zum Steuern eines Heizgeräts und ein verbessertes Heizgerät gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Ein Verfahren zum Steuern eines Heizgeräts mit zumindest zwei zyklisch ansteuerbaren Kochstellen ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Ermitteln, für jede der zumindest zwei Kochstellen, einer Impulsdauer eines Ansteuerimpulses innerhalb eines Schaltzyklus zum Ansteuern der Kochstellen; und
Verteilen der für jede der zumindest zwei Kochstellen ermittelten Impulsdauern auf eine Schaltdauer des Schaltzyklus.
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Ein Heizgerät kann eine Mehrzahl von mit elektrischer Energie betriebenen Kochstellen, beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr Kochstellen aufweisen. Das Heizgerät kann ein eigenständiges Gerät oder beispielsweise Teil eines Herdes sein. Jede Kochstelle kann ein Kochfeld oder eine Heizzone des Heizgeräts bilden. Eine Kochstelle kann aus einem oder mehreren Heizelementen aufgebaut sein. Die Kochstellen können räumlich getrennt voneinander angeordnet sein, sodass auf jede der Kochstellen ein eigenes Kochgeschirr, beispielsweise ein Topf gestellt werden kann. Eine Kochstelle kann ein Strahlungskochfeld oder ein Induktionskochfeld darstellen. Eine Heizleistung einer Kochstelle kann geregelt werden, indem die Kochstelle nicht permanent, sondern während zeitlich aufeinanderfolgender Schaltzyklen jeweils nur während einer an die geforderte Heizleistung der Kochstelle angepassten Impulsdauer angesteuert wird. Die Kochstelle kann beispielsweise unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation angesteuert werden. Ein Schaltzyklus, auch Schaltungszyklus genannt, kann eine vorgegebene Schaltdauer, auch Schaltungsdauer genannt, aufweisen. Die Schaltdauer eines Schaltzyklus kann für das Heizgerät fest vorgeben sein. Beispielsweise kann die Schaltdauer einen Wert zwischen 30 Sekunden und 60 Sekunden aufweisen. Bei einem Induktionsheizgerät kann die Schaltdauer beispielsweise auch kleiner als 30 Sekunden sein. Bei einem Strahlungskochheizgerät kann die Schaltdauer beispielsweise auch eine oder mehrere Minuten dauern. Die Impulsdauer eines Ansteuerimpulses kann einen Zeitabschnitt innerhalb der Schaltdauer definieren, in dem die Kochstelle mit elektrischer Energie versorgt werden soll, um die geforderte Heizleistung zu erbringen. Während eines außerhalb der Impulsdauer liegenden Zeitabschnitts der Schaltdauer soll die Kochstelle dagegen nicht mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Kochstelle kann somit getaktet betrieben werden. Dabei kann der Ansteuerimpuls verwendet werden, um die Kochstelle mit elektrischer Energie zu versorgen. Anders ausgedrückt kann die Kochstelle mit elektrischer Energie versorgt werden, also betrieben oder beheizt werden, wenn ein dieser Kochstelle zugeordneter Ansteuerimpuls vorliegt und nicht mit elektrischer Energie versorgt werden, also nicht betrieben oder nicht beheizt werden, wenn für diese Kochstelle kein Ansteuerimpuls vorliegt. Die Impulsdauer eines Ansteuerimpulses einer Kochstelle kann basierend auf der von dieser Kochstelle geforderten Heizleistung ermittelt werden. Beispielsweise kann im Schritt des Ermittelns für jede der zumindest zwei Kochstellen die Impulsdauer anhand einer für die jeweilige Kochstelle ausgewählten Kochstufe oder Stufe ermittelt werden. Beispielsweise kann von einem Anwender des Heizgeräts eine Kochstufe aus einer Mehrzahl auswählbarer Kochstufen ausgewählt und eingestellt werden. Im Schritt des Verteilens können die Impulsdauern so verteilt werden, das die Maximalzahl der innerhalb eines Schaltzyklus zeitlich parallel bereitgestellten Ansteuerimpulse möglichst gering ist. Dazu können im Schritt des Verteilens die für jede der zumindest zwei Kochstellen ermittelten Impulsdauern zeitlich aufeinanderfolgend innerhalb des Schaltzyklus terminiert werden. Der Schritt des Verteilens kann so aufgefasst werden, dass für jeden Ansteuerimpuls ein die für den jeweiligen Ansteuerimpuls ermittelte Impulsdauer aufweisendes Zeitfenster innerhalb des Schaltzyklus gemäß einer dem Schritt des Verteilens zugrunde liegenden Verteilungsvorschrift belegt wird. Vorteilhafterweise lässt sich durch das Verteilen der Impulsdauern eine gleichmäßigere Stromaufnahme des Heizgeräts erzielen.
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Gemäß einer Ausführungsform können im Schritt des Verteilens zumindest Anteile von zumindest zwei der für die zumindest zwei Kochstellen ermittelten Impulsdauern zeitlich parallel innerhalb des Schaltzyklus terminiert werden, wenn eine Summe der für die zumindest zwei Kochstellen ermittelten Impulsdauern größer als die Schaltdauer ist. Auf diese Weise wird eine Möglichkeit geschaffen, die Impulsdauern auf die Schaltdauer auch dann möglichst optimal zu verteilen, wenn die Schaltdauer nicht ausreichend ist, um alle Impulsdauern zeitlich nacheinander anordnen zu können. In diesem Fall kann während der Schaltdauer durchgehend zumindest eine Kochstelle betrieben werden und zumindest während eines Abschnitts der Schaltdauer können zumindest zwei Kochstellen parallel betrieben werden. Auf diese Weise kann die Anzahl von Kochstellen, die während eines Verlaufs eines Schaltzyklus gleichzeitig betrieben werden, maximal um eine Kochstelle variieren. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Verteilung so durchgeführt werden, dass sich die Anzahl von Kochstellen, die zu einem beliebigen ersten Zeitpunkt innerhalb der Schaltdauer eines Schaltzyklus sich maximal um eine Kochstelle von der Anzahl von Kochstellen unterscheidet, die zu einem beliebigen zweiten Zeitpunkt innerhalb der Schaltdauer des Schaltzyklus betrieben werden oder betrieben werden sollen.
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Beispielsweise kann im Schritt des Verteilens zumindest eine Impulsdauer eines Ansteuerimpulses einer der zumindest zwei Kochstellen in eine erste Teilimpulsdauer und eine zweite Teilimpulsdauer aufgeteilt werden, wenn eine Summe der für die zumindest zwei Kochstellen ermittelten Impulsdauern größer als die Schaltdauer ist. In diesem Fall können eine Impulsdauer einer weiteren der zumindest zwei Kochstellen und die erste Teilimpulsdauer zeitlich aufeinanderfolgend und die Impulsdauer der weiteren der Kochstellen und die zweite Teilimpulsdauer zeitlich parallel innerhalb des Schaltzyklus terminiert werden. Auf diese Weise kann ein Ansteuerimpuls zum Ansteuern einer Kochstelle in zwei getrennte und innerhalb eines Schaltzyklus voneinander zeitlich beabstandete Teilimpulse aufgeteilt werden. Beispielsweise können die erste Teilimpulsdauer am Ende der Schaltdauer und die zweite Teilimpulsdauer am Anfang der Schaltdauer angeordnet werden. Auf diese können die Teilimpulse über zwei aufeinanderfolgende Schaltungszyklen gesehen wieder einen zusammenhängenden Ansteuerimpuls ergeben.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ermittelns die Impulsdauer für jede der zumindest zwei Kochstellen ermittelt werden, für die eine Kochstufe ausgewählt ist, die geringer als eine Kochstufe ist, bei der die jeweilige Kochstelle zum Erreichen einer maximalen Heizleistung permanent angesteuert wird. Wird eine Kochstelle auf einer maximalen Kochstufe betrieben, so kann diese Kochstelle während der gesamten Dauer des Schaltzyklus, also ungetaktet, betrieben werden. Eine solche Kochstelle kann daher bei der Verteilung der Impulsdauern der verbleibenden Kochstellen über den Schaltzyklus unberücksichtigt bleiben. Dadurch kann die Verteilung der Impulsdauern im Schritt des Verteilens beschleunigt werden. Ist für eine Kochstelle keine Kochstufe ausgewählt, ist diese Kochstelle also ausgeschaltet, so kann diese Kochstelle ebenfalls bei der Verteilung der Impulsdauern im Schritt des Verteilens unberücksichtigt bleiben.
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Die Schritte des Verfahrens können ansprechend auf eine Änderung einer Kochstufe einer der zumindest zwei Kochstellen ausgeführt werden. Ist einmal ein durch die Anordnung der Impulsdauern innerhalb des Schaltzyklus definiertes Schaltmuster oder Ansteuerschema für die Kochstellen bestimmt worden, so kann das Schaltmuster bis zu der Änderung der Kochstufe einer der Kochstellen für aufeinanderfolgende Schaltzyklen beibehalten werden. Ansprechend auf die Änderung kann durch Ausführung der Schritte des Ermittelns und des Verteilens ein aktualisiertes Schaltmuster bestimmt werden. Das aktualisierte Schaltmuster kann für einen dem aktuell ausgeführten Schaltzyklus folgenden Schaltzyklus verwendet werden oder direkt zur Aktualisierung des aktuell ausgeführten Schaltzyklus verwendet werden. Bewirkt die Änderung der Kochstufe eine Verringerung der Heizleistung der betreffenden Kochstelle, so kann der betreffenden Kochstelle zugeordnete Impulsdauer innerhalb des aktuellen Schaltzyklus entsprechend verkürzt werden. Auf diese Weise kann schnell auf eine Änderung der Kochstufe reagiert werden.
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Das Verfahren kann einen Schritt des Bereitstellens der Ansteuerimpulse entsprechend der auf den Schaltzyklus verteilten Impulsdauern umfassen. Der einer Kochstelle zugeordnete Ansteuerimpuls kann zum Generieren eines der entsprechenden Kochstelle zugeordneten Betriebssignals, beispielsweise eines Betriebsstroms verwendet werden. Somit können die Betriebssignale während der durch die jeweiligen Impulsdauern festgelegten Zeiten innerhalb des Schaltzyklus generiert werden. Beispielsweise kann ein Ansteuerimpuls zum Schalten einer Schalteinrichtung wie einem Relais oder einem Schalttransistor verwendet werden, durch das ein Betriebssignal, beispielsweise ein Betriebsstrom an eine dem Relais zugeordnete Kochstelle geleitet werden kann.
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Dabei können im Schritt Bereitstellens die Ansteuerimpulse unter Verwendung eines die Schaltdauer des Schaltzyklus ablaufenden Zeitgebers bereitgestellt werden. Der Zeitgeber kann ansprechend auf eine Erhöhung einer Kochstufe einer der zumindest zwei Kochstellen auf einen Beginn einer Impulsdauer des Ansteuerimpulses derjenigen Kochstelle versetzt werden, deren Kochstufe erhöht wurde. Auch kann der Zeitgeber ansprechend auf ein Einschalten einer Kochstufe einer der zumindest zwei Kochstellen auf einen Beginn einer Impulsdauer des Ansteuerimpulses derjenigen Kochstelle versetzt werden, die eingeschaltet wurde. Somit kann unter Umständen ein Teil des Schaltzyklus übersprungen werden, um zu dem Ansteuerimpuls zu gelangen, der derjenigen Kochstelle zugeordnet ist, dessen Kochstufe erhöht wurde. Auf diese Weise wird einem Benutzer des Heizgeräts der Eindruck vermittelt, dass die Erhöhung der Kochstufe unmittelbar umgesetzt wird.
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Eine Vorrichtung zum Steuern eines Heizgeräts mit zumindest zwei zyklisch ansteuerbaren Kochstellen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung folgende Merkmale umfasst:
eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln, für jede der zumindest zwei Kochstellen, einer Impulsdauer eines Ansteuerimpulses innerhalb eines Schaltzyklus zum Ansteuern der Kochstellen; und
eine Verteileinrichtung zum Verteilen der für jede der zumindest zwei Kochstellen ermittelten Impulsdauern auf eine Schaltdauer des Schaltzyklus.
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Unter Verwendung der Vorrichtung kann das Verfahren zum Steuern eines Heizgeräts ausgeführt werden. Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das Sensorsignale oder Schaltsignale, die beispielsweise eine Auswahl von Kochstufen der Kochstellen anzeigen, verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Ein Heizgerät mit zumindest zwei zyklisch ansteuerbaren Kochstellen ist dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät eine Vorrichtung zum Steuern des Heizgeräts umfasst. Die Vorrichtung kann beispielsweise als eine elektrische Schaltung in eine Steuereinheit des Heizgeräts integriert werden.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Somit kann die Vorrichtung zum Steuern eines Heizgeräts oder eine Logikeinheit der Vorrichtung in Hardware oder in Software ausgeführt werden.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Heizgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Steuern eines Heizgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahren zum Steuern eines Heizgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 Ansteuerimpulse zum Ansteuern einer Kochstelle mit einer kleinen Kochstufe;
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5 Ansteuerimpulse zum Ansteuern einer Kochstelle mit einer großen Kochstufe;
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6 eine Überlagerung von Ansteuerimpulsen;
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7 eine Verteilung von Ansteuerimpulsen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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8 eine Verteilung von Ansteuerimpulsen auf Schaltungszyklen;
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9 eine Darstellung einer Durchführung einer Verteilung der in 8 gezeigten Ansteuerimpulsen auf einen Schaltzyklus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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10 eine Darstellung einer Verteilung der in 8 gezeigten Ansteuerimpulsen auf einen Schaltzyklus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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11 eine weitere Darstellung der in 10 gezeigten Verteilung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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12 eine Darstellung einer Abfolge von Schaltungszyklen die jeweils die in 11 gezeigte Verteilung aufweisen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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13 eine Darstellung einer Änderung einer Kochstufe einer Kochstelle; und
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14 eine Darstellung einer Auswirkung einer Änderung einer Kochstufe einer Kochstelle auf einen Schaltzyklus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Heizgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Heizgerät, beispielsweise ein Teil eines Herds, weist vier Kochstellen 101, 102, 103, 104 auch Kochfelder oder Kochplatten genannt auf. Auf jede der Kochstellen 101, 102, 103, 104 kann beispielsweise ein Topf zur Erwärmung von Speisen gestellt werden. Die Kochstellen 101, 102, 103, 104 können unabhängig voneinander betrieben werden. Dabei können mehrere der Kochstellen 101, 102, 103, 104 gleichzeitig betrieben werden. Das Heizgerät weist vier Einstelleinrichtungen 111, 112, 113, 114 beispielsweise in Form von Drehschaltern oder Berührungsschaltern auf, über die ein Benutzer des Heizgeräts die Kochstellen 101, 102, 103, 104 bedienen kann. Jeder der Kochstellen 101, 102, 103, 104 ist eine der Einstelleinrichtungen 111, 112, 113, 114 zugeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der Benutzer die Einstelleinrichtungen 111, 112, 113, 114 verwenden, um die Kochstellen 101, 102, 103, 104 unabhängig zueinander einzuschalten, eine einer Mehrzahl von Kochstufen auszuwählen und die Kochstellen 101, 102, 103, 104 auszuschalten. Über die Mehrzahl von Kochstufen kann eine Mehrzahl von Heizleistungen der Kochstellen 101, 102, 103, 104 eingestellt werden.
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Das Heizgerät weist ferner eine Stromversorgungseinrichtung 127, eine Vorrichtung 129 zum Steuern des Heizgeräts und vier Schalteinrichtungen 131, 132, 133, 134 auf. Die Schalteinrichtungen 131, 132, 133, 134 können beispielsweise als Relais ausgeführt sein und werden nachfolgend häufig auch als Relais bezeichnet. Auch wenn in einem Ausführungsbeispiel von einem Relais die Rede ist, kann jeweils auch eine anders ausgeführte Schalteinrichtung eingesetzt werden. Die Stromversorgungseinrichtung 127 ist ausgebildet, um einen erforderlichen elektrischen Betriebsstrom über die Schalteinrichtungen 131, 132, 133, 134 an die Kochstellen 101, 102, 103, 104 bereitzustellen. Die Stromversorgungseinrichtung 127 kann dazu ausgebildet sein, um die benötigte elektrische Energie aus einem zu dem Heizgerät externen Versorgungsnetz zu beziehen.
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Die Vorrichtung 129 zum Steuern des Heizgeräts ist ausgebildet, um die Einstellsignale der Einstelleinrichtungen 111, 112, 113, 114 zu empfangen und basierend auf den Einstellsignalen Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 zum Ansteuern der Schalteinrichtungen 131, 132, 133, 134 zu erzeugen und an die Schalteinrichtungen 131, 132, 133, 134 bereitzustellen. Jede der Schalteinrichtungen 131, 132, 133, 134 ist ausgebildet, um ansprechend auf den Empfang eines Ansteuerimpulses 121, 122, 123, 124 einen Betriebsstrom von der Stromversorgungseinrichtung 127 an die der jeweiligen Schalteinrichtung 131, 132, 133, 134 zugeordneten Kochstelle 101, 102, 103, 104 zu leiten. Die Vorrichtung 129 kann ausgebildet sein, um die Schalteinrichtungen 131, 132, 133, 134 so zyklisch anzusteuern, dass der von der Stromversorgungseinrichtung 127 an die Kochstellen 101, 102, 103, 104, entsprechend der für die Kochstellen 101, 102, 103, 104 ausgewählten Kochstufe bereitgestellte Betriebsstrom periodisch ein- und ausgeschaltet wird. Bei dem Betriebsstrom kann es sich dabei um einen konstanten oder annähernd konstanten elektrischen Strom handeln, sodass die Heizleistung der Kochstellen 101, 102, 103, 104 ausschließlich über eine Taktung des Betriebsstroms gesteuert werden kann. Ein Schaltzyklus zum Ansteuern der Kochstellen 101, 102, 103, 104 kann dabei für jede der Kochstellen 101, 102, 103, 104, die nicht ausgeschaltet oder für die gemäß einem Ausführungsbeispiel auch nicht eine maximale Kochstufe eingestellt ist, einen Einschaltvorgang und einen Ausschaltvorgang des Betriebsstroms umfassen. Je höher die einer Kochstufe zugeordnete Heizleistung ist, desto länger können die Perioden sein, während der der Strom den Kochstellen 101, 102, 103, 104 zugeführt wird. Auf diese Weise können die Kochstellen 101, 102, 103, 104 pulsweitenmoduliert angesteuert werden. Je länger eine Ansteuerimpuls 121, 122, 123, 124 dauert, desto größer ist die Heizleistung einer Kochstelle 101, 102, 103, 104.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die erste Kochstelle 101 unter Verwendung der ersten Einstelleinrichtung 111 und der ersten Schalteinrichtung 131, die zweite Kochstelle 102 unter Verwendung der zweiten Einstelleinrichtung 112 und der zweiten Schalteinrichtung 132, die dritte Kochstelle 103 unter Verwendung der dritten Einstelleinrichtung 113 und der dritten Schalteinrichtung 133 und die vierte Kochstelle 104 unter Verwendung der vierten Einstelleinrichtung 114 und der vierten Schalteinrichtung 134 angesteuert werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 129 zum Steuern eines Heizgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Heizgerät kann es sich um das in 1 gezeigte Heizgerät mit den bereits beschriebenen Einstelleinrichtungen und Schalteinrichtungen handeln. Die Vorrichtung 129 kann ausgebildet sein, um ein Leistungsmanagement durchzuführen, wie es nachfolgend noch näher beschrieben wird.
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Die Vorrichtung 129 weist eine Schnittstelle zum Empfang der Einstellsignale der Einstelleinrichtungen auf. Die Einstellsignale weisen eine Information über die mittels der Einstelleinrichtungen 111, 112, 113, 114 ausgewählten Kochstufen auf. Alternativ können die Einstellsignale auch von einer automatischen Heizsteuerung bereitgestellt werden.
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Die Vorrichtung 129 ist ausgebildet, um basierend auf den Einstellsignalen Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 zu bestimmen und beispielsweise an die anhand von 1 beschriebenen Schalteinrichtungen bereitzustellen. Weist ein Ansteuerimpuls 121, 122, 123, 124 einen ersten Wert auf, so kann die entsprechende Schalteinrichtung ausgebildet sein, um einen Betriebsstrom an die entsprechende Kochstelle zu leiten. Weist ein Ansteuerimpuls 121, 122, 123, 124 dagegen einen zweiten Wert auf, so kann die entsprechende Schalteinrichtung ausgebildet sein, um eine Versorgung der entsprechenden Kochstelle mit dem Betriebsstrom zu unterbinden. Zum Bestimmen der Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 weist die Vorrichtung 129 eine Ermittlungseinrichtung 241 und eine Verteileinrichtung 243 auf.
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Die Ermittlungseinrichtung 241 ist ausgebildet, um für jede Kochstelle basierend auf dem der jeweiligen Kochstelle zugeordneten Einstellsignal eine Impulsdauer eines Ansteuerimpulses 121, 122, 123, 124 innerhalb eines für alle Kochstellen geltenden Schaltzyklus zum Ansteuern der Kochstellen zu ermitteln. Beispielsweise kann die Ermittlungseinrichtung 241 ausgebildet sein, um die Impulsdauer basierend auf einer gespeicherten Zuordnungsvorschrift zu ermitteln, die eine Zuordnung zwischen einer ausgewählten Kochstufe und einer der Kochstufe entsprechenden Impulsdauer umfasst. Eine Impulsdauer kann eine Zeit oder eine andere Größe, beispielsweise einen Wert der ausgewählten Kochstufe darstellen. Die Ermittlungseinrichtung 241 ist ausgebildet, um die für jede der Kochstellen ermittelten Impulsdauern an die Verteileinrichtung 243 bereitzustellen. Die Impulsdauern geben gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Zeitdauern an, während der die Kochstellen innerhalb eines Schaltzyklus beheizt werden. Eine Schaltdauer des Schaltzyklus kann fest vorgegeben sein. Nach Beendigung eines Schaltzyklus beginnt ein neuer Schaltzyklus, und so fort.
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Die Verteileinrichtung 243 ist ausgebildet, um die Impulsdauern auf die Schaltdauer des Schaltzyklus zu verteilen. Durch das Verteilen der Impulsdauern auf die Schaltdauer kann die Anzahl gleichzeitig beheizter Kochstellen auf ein Minimum reduziert werden. Das Verteilen der Impulsdauern kann entsprechend einer vorgegebenen Verteilungsvorschrift erfolgen. Die Verteileinrichtung 243 kann ausgebildet sein, um ein Schaltmuster zu bestimmen, wobei Einträge innerhalb des Schaltmusters für jede der Impulsdauern die Impulsdauer selbst und einen zeitlichen Beginn der jeweiligen Impulsdauer innerhalb des Schaltzyklus umfassen. Das Schaltmuster kann für einen oder mehrere aufeinanderfolgende Schaltungszyklen zur Ansteuerung der Kochstellen verwendet werden. Die Einträge innerhalb des Schaltmusters können von einer Bereitstellungseinrichtung zur Bereitstellung der Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 verwendet werden. Beispielsweise können die Einträge des Schaltmusters unter Verwendung eines Zeitgebers von einer Ablaufsteuerung der Bereitstellungseinrichtung ausgelesen werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Verteileinrichtung 243 ausgebildet, um die Impulsdauern zeitlich nacheinander und ohne Überlappungen zu terminieren, wenn eine Summe der Impulsdauern kleiner als die Schaltdauer des Schaltzyklus ist, für den die Impulsdauern terminiert werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Schaltzyklus um einen nächstfolgenden Schaltzyklus handeln, der beginnt, wenn ein aktuell ausgeführter Schaltzyklus beendet wird. Zwei aufeinanderfolgende Impulsdauern können dabei entweder direkt aufeinanderfolgend oder mit einem kurzen Abstand versehen terminiert werden. Wenn die Summe der Impulsdauern größer als die Schaltdauer des Schaltzyklus ist, ist die Verteileinrichtung 243 ausgebildet, um die Impulsdauern zunächst ab Beginn der Schaltdauer des Schaltzyklus aufeinanderfolgend zu terminieren und bei Erreichen des Endes der Schaltdauer die verbleibenden Impulsdauern in einer zeitlich parallelen Reihe wieder ab Beginn der Schaltdauer des Schaltzyklus aufeinanderfolgend zu terminieren. Auf diese Weise können Impulsdauern parallel zueinander innerhalb ein und desselben Schaltzyklus terminiert werden. Reicht auch die parallele Reihe nicht aus, um alle Impulsdauern zu terminieren, so können die jeweils verbleibenden Impulsdauern wiederum in einer oder mehreren weiteren Impulsdauern terminiert werden. Ist also eine Impulsdauer am Ende einer Reihe nicht vollständig abgeschlossen, so kann die entsprechende Impulsdauer zu Beginn der folgenden Reihe fortgesetzt werden. Dabei wird eine neue Reihe von parallel auszuführenden Impulsdauern jeweils erst dann eröffnet, wenn die bestehenden Reihen bereits durchgängig belegt sind.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahren zum Steuern eines Heizgeräts mit zumindest zwei zyklisch ansteuerbaren Kochstellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann beispielsweise von den Einrichtungen der in 2 gezeigten Vorrichtung zum Steuern eines Heizgeräts umgesetzt werden. Das Verfahren weist einen Schritt 341 auf, in dem für jede der Kochstellen des Heizgeräts eine Impulsdauer eines Ansteuerimpulses innerhalb eines Schaltzyklus zum Ansteuern der Kochstellen ermittelt wird. Anschließend werden die ermittelten Impulsdauern in einem Schritt 343 auf eine Schaltdauer des Schaltzyklus aufgeteilt.
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Die Schritte 341, 343 können für jeden Schaltzyklus wiederholt ausgeführt werden oder ansprechend auf eine Änderung einer Impulsdauer eines Ansteuerimpulses wiederholt ausgeführt werden.
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4 zeigt Ansteuerimpulse 121 zum Ansteuern einer Kochstelle, beispielsweise eines Heizgeräts, wie es in 1 gezeigt ist. Für die Kochstelle ist eine kleine Kochstufe ausgewählt, sodass die Kochstelle nur eine geringe Heizleistung aufweist.
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Gezeigt ist eine Zeitlinie, auf der die Schaltdauern 451 zweier aufeinanderfolgender Schaltungszyklen aufgetragen sind. Innerhalb jeden der zwei Schaltungszyklen wird die Kochstelle mittels eines Ansteuerimpulses 121 angesteuert. Der Ansteuerimpuls 121 weist eine Impulsdauer 453 auf, die auch als Ein-Phase bezeichnet werden kann. Während der Impulsdauer 453 wird die Kochstelle beheizt. Während einer Aus-Phase 455 wird die Kochstelle nicht beheizt. Beispielsweise kann der Ansteuerimpuls 121 verwendet werden, um die erste der in 1 gezeigten Schalteinrichtungen anzusteuern. So kann die erste Schalteinrichtung ausgebildet sein, um während der Impulsdauer 453 den Betriebsstrom an die erste Kochstelle durchzuleiten und während der Aus-Phase 455 zu sperren. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Schaltungszyklen zur Ansteuerung einer Schalteinrichtung in Form eines Relais verwendet. Während der Impulsdauer ist das Relais jeweils geschlossen. Die Summe aus der Impulsdauer 453 und der Aus-Phase 455 ergibt die Schaltdauer 451 eines Schaltzyklus. Die Impulsdauer 453 ist aufgrund der gewählten Kochstufe erheblich geringer als die Aus-Phase 455. Somit wird die Kochstelle während der überwiegenden Zeit eines Schaltzyklus nicht beheizt.
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5 zeigt entsprechend zu 4 Ansteuerimpulse 121 zum Ansteuern einer Kochstelle, für die im Vergleich zu 4 eine höhere Kochstufe ausgewählt ist, sodass die Kochstelle eine höhere Heizleistung aufweist.
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Gezeigt ist die Zeitlinie, auf der die Schaltdauern 451 zweier aufeinanderfolgender Schaltungszyklen aufgetragen sind. Innerhalb jeden der zwei Schaltungszyklen wird die Kochstelle mittels eines Ansteuerimpulses 121 angesteuert. Der Ansteuerimpuls 121 weist eine Impulsdauer 453 auf, die aufgrund der höheren Kochstufe nun länger als eine Aus-Phase 455 ist, während der die Kochstelle nicht beheizt wird. Die Summe aus der Impulsdauer 453 und der Aus-Phase 455 ergibt wieder die Schaltdauer 451 eines Schaltzyklus.
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6 zeigt eine Darstellung von drei Zeitlinien, die jeweils zwei Schaltungszyklen umfassen. In der oberen Darstellung sind entsprechend zu 4 zwei Schaltungszyklen mit jeweils einem Ansteuerimpuls 121 zum Ansteuern einer ersten Kochstelle gezeigt. In der mittleren Darstellung sind entsprechend zu 4 zwei Schaltungszyklen mit jeweils einem Ansteuerimpuls 122 zum Ansteuern einer zweiten Kochstelle gezeigt. Für die zweite Kochstelle ist eine höhere Kochstufe ausgewählt, sodass der Ansteuerimpuls 122 eine längere Impulsdauer als der Ansteuerimpuls 121 aufweist. In der unteren Darstellung ist die Summe der elektrischen Leistung 660 gezeigt, die als Folge der Ansteuerimpulse 121, 122 an die Kochstellen übertragen werden. Wird der Beginn der Ansteuerimpulse 121, 122, wie in 6 gezeigt, gleichzeitig terminiert, so überlagert sich die an die beiden Kochstellen bereitgestellte Leistung 600 zumindest zeitweise. Dafür wird nach Beendigung des Ansteuerimpulses 122 keine Leistung mehr übertragen.
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Eine solche Leistungsverteilung kann von einer Kochfeldsteuerung realisiert werden, die nur eine ganz einfache Relaisansteuerung integriert hat. Jedes Relais wird dabei separat angesteuert und es wird keine Rücksicht auf Zustände der anderen Relais genommen. In 6 ist eine Situation gezeigt, für die mehrere Relais, hier zwei Relais verfügbar sind. Dabei erfolgt eine Ansteuerung der zwei Relais mittels den Ansteuerimpulsen 121, 122, die auf verschiedenen angewählten Kochstufen basieren. In diesem Fall werden in einem Augenblick beide Relais gleichzeitig zugeschaltet. In der restlichen Zeit wird dann keine Leistung aufgenommen.
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7 zeigt eine Darstellung von drei Zeitlinien, die jeweils zwei Schaltungszyklen umfassen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der oberen Darstellung sind entsprechend zu 4 zwei Schaltungszyklen mit jeweils einem Ansteuerimpuls 121 zum Ansteuern einer ersten Kochstelle gezeigt. In der mittleren Darstellung sind entsprechend zu 4 zwei Schaltungszyklen mit jeweils einem Ansteuerimpuls 122 zum Ansteuern einer zweiten Kochstelle gezeigt. Für die zweite Kochstelle ist eine höhere Kochstufe ausgewählt, sodass der Ansteuerimpuls 122 eine längere Impulsdauer als der Ansteuerimpuls 121 aufweist. In der unteren Darstellung ist die Summe der elektrischen Leistung 760 gezeigt, die als Folge der Ansteuerimpulse 121, 122 an die Kochstellen übertragen werden. Wird der Beginn des Ansteuerimpulses 122, wie in der unteren Darstellung gezeigt, zeitlich nach Beendigung der Impulsdauer des Ansteuerimpulses 121 terminiert, so überlagert sich die an die beiden Kochstellen bereitgestellte Leistung 760 nicht. Somit werden im Vergleich zu dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel eine gleichmäßigere Belastung sowie geringere Ströme verursacht. Dies kann durch eine Steuerung, beispielsweise eine Relaissteuerung mit Power-Management erzielt werden.
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Damit ein System die Schalteinrichtungen, beispielsweise Relais, zur Bereitstellung der Leistung an die Kochstellen, wirklich optimal regeln kann, sollen separate Relaisansteuerungen vermieden werden. Dies bedeutet, das eine Ansteuerung einer Schalteinrichtung nicht nur von einer ausgewählten Kochstufe abhängt, sondern auch vom Schaltzustand der anderen Schalteinrichtungen. Zudem kann die tatsächliche Last einzelner Schalteinrichtung in die Ansteuerung der Schalteinrichtungen einfließen.
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Um eine gleichmäßigere Verteilung der Leistungsaufnahme aller Kochstellen zu ermöglichen, wie es in 7 gezeigt ist, kann ein Relais Leistungsmanagement, ein sogenanntes Relay Powermanagement (RPM) eingesetzt werden. Das Leistungsmanagement kann beispielsweise für Kochfeldsteuerungen mit Strahlungsheizkörper eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein entsprechendes Leistungsmanagement von der in 1 gezeigten Vorrichtung 129 umgesetzt werden. Das Leistungsmanagement ist gemäß einem Ausführungsbeispiel für eine optimale Ansteuerung von Schaltungseinrichtungen, beispielsweise von Leistungsrelais ausgelegt. Diese Funktionalität kann in elektronische Kochfeldsteuerungen wie eine zusätzliche Funktion neben einer standardmäßigen Relaisansteuerung eingebracht sein. Das Leistungsmanagement ermöglicht eine bessere Ausnutzung des elektrischen Netzes, sodass zu jeder Zeit eine maximale Leistung vom Netz aufgenommen werden kann. Dies kann durch Ansteuerung der Schaltungseinrichtungen mit einem Zeitmultiplex erreicht werden. Somit ist jede Einschaltzeit und jede Ausschaltungszeit der Schaltungseinrichtungen optimal so festgelegt, dass immer ein niedrigst möglicher Strom vom Netz fließen kann, wobei die gleichen Heizungseigenschaften bewahrt werden, wie bei einem ohne Leistungsmanagement betriebenen Heizgerät.
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In der unteren Darstellung in 7 wird gezeigt, dass in einem System mit Leistungsmanagement die Dauerzeit, in der eine Schalteinrichtung, beispielsweise in Form eines Relais angezogen ist, also die Impulsdauer, laut Kochstufe festgelegt ist. Dennoch ist der Moment der Zuschaltung eines Relais nicht mehr zufällig, sondern durch das Leistungsmanagement eindeutig festgelegt.
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Um ein optimales Leistungsmanagement zu erzielen, ist es in Bezug auf tatsächliche Betriebsbedingungen vorteilhaft, die wirkliche Leistung einer Kochstelle zu kennen. Eine Kochstelle, die gerade aktiviert wurde, sollte ohne Rücksicht auf andere Kochstellen sofort zu heizen beginnen. Dies kann durch eine Einbindung einer entsprechenden Aktivierungsfunktion in das Leistungsmanagement erreicht werden. Unter Umständen kann eine Aktivierung einer Zusatzzone, die beispielsweise eine räumliche Erweiterung einer Kochstelle darstellen kann, vom Leistungsmanagement berücksichtigt werden.
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Das System des Leistungsmanagements kann beispielsweise von der in 2 gezeigten Vorrichtung zum Steuern eines Heizgeräts mit zumindest zwei zyklisch ansteuerbaren Kochstellen umgesetzt werden. Die Vorrichtung kann dazu ausgebildet sein, um zunächst eine Betrachtung des Kochstellenzustandes der Kochstellen durchzuführen. Informationen über die Heizungszustände der einzelnen Kochstellen können der Vorrichtung beispielsweise mittels der beschriebenen Einstellsignale zugeführt werden. Das System unterscheidet dazu gemäß einem Ausführungsbeispiel zwischen drei Heizungszuständen einer Kochstelle, nämlich AUS, AKTIV und VOLL.
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AUS bedeutet, dass die Kochstelle keine Leistung ausliefern soll. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass es sich bei der Kochstelle um eine Kochstelle im Bereitschaftsmodus, dem sogenannten Standby, um eine inaktive Kochstelle oder um eine nach Betriebsdauerbegrenzung deaktivierte Kochstelle handelt.
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AKTIV heißt, dass die Kochstelle eine bestimmte Leistung zu produzieren hat, durch Taktung der Schalteinrichtungen, beispielsweise der Relais. Dazu kann eine Einstelleinrichtung einer Kochstufe von 1 bzw. „u" bis zu 8 eingestellt sein.
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VOLL ist ein Fall in dem die Schalteinrichtungen, hier die Kochstellenrelais, immer angezogen und somit maximale Heizung generieren. Dies entspricht typischerweise einer angewählten Kochstufe 9 oder einem Ankochstoß.
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Diese drei Zustände werden von dem Leistungsmanagement zuerst beobachtet. Es ist nämlich überflüssig, eine Kochstelle mit Status AUS oder VOLL weiter vom Sichtpunkt des Leistungsmanagements aus zu berücksichtigen. Entsprechende Relais sind da stabil abgezogen in Status AUS bzw. angezogen in Status VOLL. Somit gibt es bezüglich dieser Kochstellen nichts Weiteres zu steuern. Es ist daher von Sichtpunkt des Leistungsmanagements nur sinnvoll Kochstellen in Zustand AKTIV zu betrachten und nur solche Kochstellen vom Leistungsmanagement zu beeinflussen.
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8 veranschaulicht eine Aufgabe des Leistungsmanagements, nämlich die Einstellung der Schaltzyklen der Relais, wobei es insbesondere um eine korrekte Einstellung der Einschalt- bzw. Ausschaltzeit der Relais entsprechender Kochstellen geht. Diese Einstellung erfolgt primär rein aufgrund einer ausgewählten Kochstufe. Sekundär können weitere Daten, wie die Leistung der Heizelemente der Kochstelle und der Zusatzzone verwendet werden. Primär wird die Einschaltzeit bzw. die Ausschaltzeit eines Relais laut folgendem Muster festgelegt. Die erste Kochstelle wird eingeschaltet und heizt gemäß der für die erste Kochstelle ausgewählten Kochstufe. Anschließend wird die erste Kochstelle ausgeschaltet und die zweite Kochstelle eingeschaltet, die dann gemäß der für die zweite Kochstelle ausgewählten Kochstufe heizt. Anschließend wird die zweite Kochstelle ausgeschaltet und die dritte Kochstelle eingeschaltet, und so fort, bis alle Kochstellen bearbeitet sind. Es werden also die Schaltungsdauerzeiten einzelner Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 zusammengesetzt.
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Eine solche beispielmäßige Situation wird anhand von 8 demonstriert. Dabei wird von einer Situation ausgegangen, in der für eine erste, dritte und vierte Kochstelle eine hohe Kochstufe, beispielsweise Kochstufe 7 und für eine zweite Kochstelle eine niedrigere Kochstufe, beispielsweise Kochstufe 3 ausgewählt ist. Gemäß der Darstellung aus 8 wird ein Kochstellenrelais immer dann zugeschaltet, wenn ein Relais von einer vorigen Kochstelle abgeschaltet ist. Dieser einfache Ansatz des Leistungsmanagements ist für den Fall ausreichend, dass die Summe der Schaltdauerzeiten, also der Impulsdauern aller Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 nicht die Schaltdauer 451 eines Schaltzyklus überschreitet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Schaltdauer 451 47 Sekunden. Dies ist häufig allerdings nur bei niedrigeren Kochstufen erreichbar. In dem in 8 gezeigten Beispiel ist die Gesamtdauerzeit aller Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 deutlich länger als ein Schaltzyklus. Nachdem die Summe der für die Kochstellen ermittelten Impulsdauern der Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 größer als die Schaltdauer 451 ist, ist es somit nötig, irgendeines der Relais parallel zuschalten, um die richtige Heizleistung für die Gesamtheit der Kochstellen in einem Schaltzyklus zu erreichen.
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9 zeigt eine Darstellung einer Durchführung einer Verteilung der in 8 gezeigten Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 auf einen einzigen Schaltzyklus 451 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Ansteuerimpulse 121, 122 lassen sich zeitlich aufeinanderfolgend, und ohne Überlappung vollständig innerhalb der Schaltdauer 451 eines Schaltzyklus anordnen. Von dem dritten Ansteuerimpuls 123 kann nur noch ein erster Anteil 123a zeitlich nach den Ansteuerimpulsen 121, 122 und ohne Überlappung mit den Ansteuerimpulsen 121, 122 innerhalb der Schaltdauer 451 des Schaltzyklus angeordnet werden. Daher wird der dritte Ansteuerimpuls 123 in einen ersten Anteil 123a und einen zweiten Anteil 123b aufgeteilt. Der erste Anteil 123a weist eine erste Teilimpulsdauer und der zweite Anteil 123b weist eine zweite Teilimpulsdauer auf. Die Summe der Teilimpulsdauern der Anteile 123a, 123b entspricht der ermittelten Impulsdauer des dritten Ansteuerimpulses. Der zweite Anteil 123b kann nicht mehr ohne zeitliche Überlappung innerhalb der Schaltdauer 451 des Schaltzyklus angeordnet werden, und wird daher so terminiert, dass der zweite Anteil 123b zeitlich parallel zu dem ersten Ansteuerimpuls 121 oder dem zweiten Ansteuerimpuls 122 ausgeführt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der zweite Anteil 123b zu Beginn der Schaltdauer 451 des Schaltzyklus terminiert und wird somit zeitlich parallel zu dem ersten Ansteuerimpuls 121 ausgeführt. Der vierte Ansteuerimpuls 124 wird zeitlich nach Beendigung des zweiten Anteils 123b des dritten Ansteuerimpulses 123 terminiert. Dabei kann von dem vierten Ansteuerimpuls 124 nur noch ein erster Anteil 124a zeitlich nach dem zweiten Anteil 123b des dritten Ansteuerimpulses 123, und ohne Überlappung mit dem zweiten Anteil 123b des dritten Ansteuerimpulses 123 innerhalb der Schaltdauer 451 des Schaltzyklus angeordnet werden. Ein zweiter Anteil 124b des vierten Ansteuerimpulses 124 kann nicht mehr ohne zeitliche Überlappung mit dem zweiten Anteil 123b des dritten Ansteuerimpulses 123 innerhalb der Schaltdauer 451 des Schaltzyklus angeordnet werden, und wird daher so terminiert, dass der zweite Anteil 124b zeitlich parallel zu dem zweiten Anteil 123b des dritten Ansteuerimpulses 123 ausgeführt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der zweite Anteil 124b zu Beginn der Schaltdauer 451 des Schaltzyklus terminiert und wird somit zeitlich parallel zu dem ersten Ansteuerimpuls 121 und dem zweiten Anteil 123b des dritten Ansteuerimpulses 123 ausgeführt.
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Somit werden die Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 von dem Leistungsmanagement in mehrere Reihen, hier in drei Reihen aufgeteilt, die jeweils zu Beginn der Schaltdauer 451 des Schaltzyklus starten und maximal bis zum Ende der Schaltdauer 451 des Schaltzyklus reichen. In unterschiedlichen Reihen angeordnete Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 werden innerhalb des Schaltzyklus zeitlich parallel zueinander ausgeführt. Auf diese Weise werden alle Kochstellen innerhalb eines Schaltzyklus entsprechend der für sie ausgewählten Kochstufen betrieben und es kann die an die Kochstellen bereitgestellte elektrische Leistung möglichst gleich verteilt über die Schaltdauer des Schaltzyklus bereitgestellt werden. Die Anordnung der Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 auf die Reihen, die Aufteilung der Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 in Anteile 123a, 123b, 124a, 124 sowie die Startzeiten der Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 bzw. deren Anteile 123a, 123b, 124a, 124 innerhalb der Schaltdauer des Schaltzyklus kann in ein Schaltmuster eingetragen werden, das dann zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen oder Relais der Kochstellen oder zur direkten Ansteuerung der Kochstellen verwendet werden kann.
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Die in 9 gezeigte Einpassung in einen Schaltzyklus ist eine beispielhafte Möglichkeit zur Verteilung der Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 auf einen Schaltzyklus. Bei der gezeigten Vorgehensweise der Zusammensetzung in einen Schaltzyklus handelt es sich um eine ganz einfache Methode. Dies kommt den niedrigen Möglichkeiten in Bezug auf die Geschwindigkeit eines bei Heizgeräten typischerweise eingesetzten Kontrollers entgegen. Alle Ereignisse, die außerhalb eines Schaltzyklus liegen, hier der Ansteuerimpuls 124 und der Anteil 123b des Ansteuerimpulses 123, sind in diesen Schaltzyklus parallel zu bestehenden Ereignissen 121, 122, 123a kopiert. In dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel betrifft dies also einen Teil 123b der Laufzeit 123 der dritten Kochstelle und die Einschaltung der vierten Kochstelle. Die Ausschaltung der vierten Kochstelle zum Ende des vierten Ansteuerimpulses 124 passt wieder nicht in den Schaltzyklus und wird somit nochmals in eine weitere Reihe des Schalzyklus kopiert, wie es in 9 gezeigt ist.
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10 zeigt eine Darstellung einer Verteilung der in 8 gezeigten Ansteuerimpulse auf einen Schaltzyklus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist ein Schaltzyklus, bei dem es sich beispielhaft um einen 47 Sekunden Zyklus handelt, der also beispielhaft eine Schaltdauer 451 von 47 Sekunden aufweist. Die Sekundenzahl ist dabei nur beispielhaft gewählt und kann auch größer oder kleiner festgelegt sein. Die Ansteuerimpulse von vier Kochstellen sind entsprechend der anhand von 9 beschriebenen Verteilung auf einen Schaltzyklus verteilt. Dadurch ist ein Schaltzyklus des Leistungsmanagements gebildet worden. Wie bereits anhand von 9 beschrieben, weist der Schaltzyklus drei zeitlich parallel auszuführende Reihen von vollständigen und aufgeteilten Ansteuerimpulsen auf. Während der Ausführung des Schaltzyklus werden entsprechend der ersten Reihe zeitlich nacheinander die Ansteuerimpulse 121, 122 sowie der erste Anteil 123a des dritten Ansteuerimpulses bereitgestellt. Zeitlich parallel dazu werden entsprechend der zweiten Reihe zeitlich nacheinander der zweite Anteil 123b des dritten Ansteuerimpulses und der erste Anteil 124a des vierten Ansteuerimpulses bereitgestellt. Zeitlich parallel dazu wird entsprechend der dritten Reihe der zweite Anteil 124b des vierten Ansteuerimpulses bereitgestellt.
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Nachdem alle Ereignisse 121, 122, 123a, 123b, 124a, 124b in einen Schaltzyklus gesetzt sind, entsteht ein Schaltmuster, wie es in 10 gezeigt ist. Das Muster oder Schaltmuster wird während der Ausführung des Schaltzyklus oder der Schaltzyklen, für den oder die das Schaltmuster Gültigkeit hat, für die Ansteuerung der Relais verwendet. In dem Schaltmuster sind keine freien Zeitfenster enthalten, in denen keine Kochstelle heizt. Daneben ist die Zeitdauer minimiert, in der mehrere Kochstellen gleichzeitig laufen.
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11 zeigt eine weitere Darstellung der in 10 gezeigten Verteilung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine nach Kochstellen separierte Darstellung der Schaltung der einzelnen Kochstellen innerhalb einer Schaltdauer 451 eines Schaltzyklus. Gezeigt sind vier Ebenen 1101, 1102, 1103, 1104, wobei die erste Ebene 1101 der ersten Kochstelle, die zweite Ebene 1102 der zweiten Kochstelle, die dritte Ebene 1103 der dritten Kochstelle und die vierte Ebene 1104 der vierten Kochstelle zugeordnet ist. Die in 11 gezeigte Darstellung basiert auf der anhand von 10 beschriebenen Verteilung der Ansteuerimpulse, wobei für eine bessere Ansicht die Ansteuerimpulse der einzelnen Kochstellen separiert dargestellt sind. Das Diagramm vermittelt in übersichtlicher Weise Informationen in Bezug auf eine Ansteuerung der einzelnen Kochstellen.
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In der ersten Ebene 1101 ist der erste Ansteuerimpuls 121 zum Ansteuern der ersten Kochstelle aufgetragen. Der erste Ansteuerimpuls 121 beginnt, wie anhand der 9 und 10 beschrieben, mit Beginn der Schaltungsdauer 451. In der zweiten Ebene 1102 ist der zweite Ansteuerimpuls 122 zum Ansteuern der zweiten Kochstelle aufgetragen. Der zweite Ansteuerimpuls 122 beginnt, wie anhand der 9 und 10 beschrieben, nach Beendigung des ersten Ansteuerimpulses 121. In der dritten Ebene 1103 sind die Anteile 123a, 123b des dritten Ansteuerimpulses zum Ansteuern der dritten Kochstelle aufgetragen. Der zweite Anteil 123b beginnt, wie anhand der 9 und 10 beschrieben, mit Beginn der Schaltungsdauer 451 und der erste Anteil 123a beginnt nach Beendigung des zweiten Ansteuerimpulses 122 und endet zum Ende der Schaltdauer 451. Zwischen dem Ende des zweiten Anteils 123b und dem Beginn des ersten Anteils 123a des dritten Ansteuerimpulses liegt ein Zeitfenster, innerhalb dessen die dritte Kochstelle nicht betrieben wird. In der vierten Ebene 1104 sind die Anteile 124a, 124b des vierten Ansteuerimpulses zum Ansteuern der vierten Kochstelle aufgetragen. Der zweite Anteil 124b beginnt, wie anhand der 9 und 10 beschrieben, mit Beginn der Schaltungsdauer 451 und der erste Anteil 124a beginnt nach Beendigung des zweiten Anteils 123b des dritten Ansteuerimpulses und endet zum Ende der Schaltdauer 451. Zwischen dem Ende des zweiten Anteils 124b und dem Beginn des ersten Anteils 124a des vierten Ansteuerimpulses liegt ein Zeitfenster, innerhalb dessen die vierte Kochstelle nicht betrieben wird.
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12 zeigt eine Darstellung einer Abfolge von Schaltungszyklen, die jeweils die in 11 gezeigte Verteilung aufweisen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich dabei um eine periodische Wiederholung des zur Ansteuerung der Kochstellen ermittelten Schaltmusters. Gezeigt sind beispielhaft drei aufeinanderfolgende Schaltdauern 451 dreier Schaltzyklen, die jeweils das in 11 gezeigte Schaltmuster zum Ansteuern der vier Kochstellen aufweisen. Aus 11 ist ersichtlich, dass sich die Anteile 123a, 123b, 124a, 124b aufgrund ihrer Anordnung zu Beginn oder zum Ende der Schaltdauern 451 jeweils wieder zu einem zusammenhängenden Ansteuerimpuls 123, 124 zusammensetzen.
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Zum Ansteuern der Kochstellen, beispielsweise entsprechend der in den 10 bis 12 gezeigten Schaltmustern kann ein Zeitgeber, ein sogenannter Timer verwendet werden. Der Zeitgeber kann für jeden Schaltzyklus die Schaltdauer 451 des jeweils aktuell ausgeführten Schaltzyklus ablaufen. Weist das Schaltmuster an einer aktuellen Position des Zeitgebers einen Eintrag eines Ansteuerimpulses 121, 122, 123, 124 auf, so wird der entsprechende Ansteuerimpuls121, 122, 123, 124, beispielsweise in Form eines elektrischen Signals, bereitgestellt. Nachdem der Zeitgeber die Schaltdauer 451 abgelaufen hat, ist der der Schaltzyklus beendet und es sind alle in dem Schaltmuster des Schaltzyklus enthaltenen Ansteuerimpulse 121, 122, 123, 124 bereitgestellt worden. Nach Beendigung eines Schaltzyklus wird der Zeitgeber zum Ablaufen der Schaltdauer 451 eines nachfolgenden Schaltzyklus zurückgesetzt.
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Die wie anhand der 9 bis 11 beschriebe erworbene Ansteuerung der Relais für einen Schaltzyklus ist somit auch für weiteres Kochen verwendbar, indem die Ansteuerung in jedem nächsten Schaltzyklus wiederholt wird, wie es in 12 gezeigt ist.
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Das Schaltmuster ist dabei für nachfolgende Schaltzyklen gültig, bis irgendeine Einstellung einer der Kochstelle geändert wird, also beispielsweise bis eine Kochstelle eingeschaltet oder ausgeschaltet wird oder eine Kochstufe einer Kochstelle gewechselt wird.
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Nachdem eine neue Einstellung zumindest einer der Kochstellen aufgenommen wurde, wird ein neues Schaltmuster entsprechend der beschriebenen Vorgehensweise erzeugt.
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Anhand der 13 und 14 wird eine Anpassung eines ermittelten Schaltmusters aufgrund einer Zuschaltung einer Kochstelle mit Priorität beschrieben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in die Ansteuerung der Kochstellen, also das Leistungsmanagement, noch eine Funktionalität eingefügt, die die Reaktion des Kochfelds bei Verstellung der Kochstufe verbessert. Die Funktionalität kann beispielsweise in eine Software eingefügt werden, die die Ansteuerung beschreibt oder bei Ausführung der Software steuert. Der Benutzer des Heizgeräts, beispielsweise eines Herds, erwartet üblicherweise, dass eine Kochstelle, die gerade aktiviert wurde, ohne Berücksichtigung des durch das Leistungsmanagement vorgegebenen Schaltmusters sofort zu heizen beginnt. Ähnliches Verhalten ist auch bei Erhöhung der Kochstufe einer Kochstelle erwünscht. Dies kann jedoch einen Widerspruch mit dem Schaltmuster des Leistungsmanagements verursachen.
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13 zeigt eine Darstellung einer Änderung einer Kochstufe einer Kochstelle. Gezeigt ist eine Schaltdauer 451 eines aktuell ausgeführten Schaltzyklus. Zur Ansteuerung der Kochstellen entsprechend dem Schaltmuster des Schaltzyklus durchläuft ein Zeitgeber 1360, auch Timer genannt, die Schaltdauer. Eine aktuelle Position des Zeitgebers 1360 ist in 13 dargestellt. Aufgrund der aktuellen Position des Zeitgebers 1360 wird entsprechend des Schaltmusters gerade der erste Ansteuerimpuls 121 für eine erste Kochstelle bereitgestellt, der aufgrund seiner Impulsdauer geeignet ist, um die erste Kochstelle mit Stufe 7 zu betreiben. Weist das Schaltmuster eine oder mehrere weitere, in 13 nicht gezeigte Reihen auf, in denen an der aktuellen Position des Zeitgebers 1360 weitere Ansteuerimpulse angeordnet sind, so werden diese Ansteuerimpulse parallel zu dem ersten Ansteuerimpuls 121 ebenfalls bereitgestellt.
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Anhand von 13 wird eine beispielmäßige Darstellung eines Vorganges des Einschaltens einer Kochstelle oder des Erhöhens einer Kochstufe einer Kochstelle beschrieben. Die erste Kochstelle wurde gesteuert durch den Zeitgeber 1360 irgendwann in der Vergangenheit aktiviert. Dabei läuft der Zeitgeber 1360 mit einer Periode von 47 Sekunden, entsprechend der Schaltdauer 451 und bewirkt je nach Position und Schaltmuster durch das Bereitstellen der Ansteuerimpulse 121, 122 das Einschalten oder Ausschalten entsprechender Kochstellenrelais. Zum Zeitpunkt der Aktivierung einer Kochstelle, hier der zweiten Kochstelle, wird diese in das Schaltmuster nach der vorherigen Kochstelle, hier der ersten Kochstelle, gesetzt, wie es in 13 angedeutet ist.
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Aber, laut der durch einen Pfeil gekennzeichneten aktuellen Position des Zeitgebers 1360 Timers ist jetzt das Relais der ersten Kochstelle angezogen und für die Bereitstellung von Leistung an die zweite Kochstelle ist noch eine Weile zu warten, bis der Zeitgeber 1360 den ersten Ansteuerimpuls 121 vollständig abgelaufen hat. Vom langfristigen Gesichtspunkt ist dies in Ordnung und die richtige Heizleistung ist gewährleistet. Vom Gesichtspunkt eines Benutzers kann es jedoch problematisch sein, weil das gerade eingeschaltete zweite Heizelement eine Weile lang keine Wärme produziert. Der Benutzer könnte daher das Gefühl bekommen, dass das zweite Kochfeld mangelhaft ist.
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Die Situation des Einschaltens einer Kochstufe oder des Erhöhens einer Kochstufe einer bereits eingeschalteten Kochstufe kann durch eine kleine Anpassung innerhalb des Leistungsmanagements deutlich verbessert werden, wie es nachfolgend anhand von 14 beschrieben wird.
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14 zeigt eine Darstellung einer Auswirkung einer Änderung einer Kochstufe einer Kochstelle auf einen Schaltzyklus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Zeitgeber 1360, der sich gerade noch an der in 13 gezeigten Position befunden hat, ansprechend auf eine Erhöhung einer Kochstufe einer der Kochstellen oder ansprechend auf eine Aktivierung einer zusätzlichen Kochstelle versetzt, und zwar auf einen nächstmöglichen Beginn eines Ansteuerimpulses 122 derjenigen Kochstelle, deren Kochstufe erhöht wurde oder die neu aktiviert wurde.
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Handelt es sich um eine Erhöhung einer Kochstufe einer bereits aktiven Kochstelle, so ist ein für diese Kochstelle vorgesehener Ansteuerimpuls 122 bereits in dem aktuellen Schaltmuster enthalten und es ist lediglich erforderlich, die Impulsdauer des Ansteuerimpulses 122 in einem aktualisierten Schaltmuster zu verlängern. Der Zeitgeber 1360 kann in diesem Fall auf den Beginn des Ansteuerimpulses 122 vorversetzt werden, wenn der Ansteuerimpuls 122 in dem aktuellen Schaltzyklus noch nicht ausgeführt wurde. Wurde der Ansteuerimpuls 122 in dem aktuellen Schaltzyklus bereits ausgeführt, so kann der Zeitgeber 1360 auf den Beginn des Ansteuerimpulses 122 zurückversetzt werden. Wird der Ansteuerimpuls 122 in dem aktuellen Schaltzyklus gerade ausgeführt, so kann der Zeitgeber 1360 auf seiner aktuellen Position verbleiben.
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Handelt es sich dagegen um eine neue Aktivierung der Kochstelle, so ist der für diese Kochstelle vorgesehene Ansteuerimpuls 122 in dem aktuellen Schaltmuster noch nicht enthalten und es ist erforderlich, die Impulsdauer des Ansteuerimpulses 122 in ein aktualisiertes Schaltmuster aufzunehmen. Der Zeitgeber 1360 kann in diesem Fall auf den Beginn des Ansteuerimpulses 122 gemäß dem aktualisierten Schaltmuster versetzt werden.
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Auf diese Weise kann sich der Zeitgeber 1360 immer, wenn eine Kochstelle neu aktiviert oder eine Kochstufe höher gesetzt wird, in Startposition dieser Kochstelle umstellen, wie es durch den in 14 gezeigten Pfeil angedeutet ist, der im Vergleich zu der in 13 gezeigten Position versetzt ist.
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Dadurch wird das Relais der zweiten Kochstelle, die in diesem Fall neu aktiviert wurde oder deren Kochstufe erhöht wurde, vorrangig angesteuert. Durch diese Lösung wird dem Benutzer das Gefühl gegeben, dass die Elektronik, die die Ansteuerung der Kochstellen übernimmt, und beispielsweise in der in 2 gezeigten Vorrichtung angeordnet sein kann, sofort und richtig auf eine Eingabe von ihm reagiert. Dass dies zu einer vorübergehend ungenauen Leistungsaufnahme in einem folgenden oder einem aktuellen Schaltzyklus kommen kann, wird dabei in Kauf genommen. In dem in 14 gezeigten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise die Schaltungszeit der ersten Kochstelle teilweise unterschritten, indem der Zeitgeber 1360 die Impulsdauer des ersten Ansteuerimpulses 121 nicht bis zum Ende abläuft, sondern aufgrund der Änderung bezüglich der zweiten Kochstelle zu der in 14 gezeigten neuen Position des Zeitgebers 1360 versetzt wird, an der die Impulsdauer des zweiten Ansteuerimpulses 122 beginnt. Durch das Versetzen des Zeitgebers 1360 kann die zweite Kochstelle sofort angehen.
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Durch das anhand der Ausführungsbeispiele beschriebene Leistungsmanagement kann eine optimierte Schaltung der Relais bei Kochen mit elektrischen Kochfeldern realisiert werden. Eine günstige Eigenschaft eines solchen Systems ist eine bedeutende Begrenzung der Spitzströme, die das System durchfließen. Dies stellt einen großen Vorteil an einem Ort mit schwacher elektrischer Installation dar, da es eine maximale Ausnutzung der elektrischen Energie vom Netz ermöglicht, ohne einen Ausfall der Sicherungen hervorzurufen. Daneben sind auch die Schwankungen der Netzspannung minimiert, da eine ungleichmäßige Belastung minimiert wird. Auch für das anhand der 14 beschriebene Ausführungsbeispiel überwiegen diese Vorteile eindeutig die kleine kurzfristige Abweichung der Heizleistung bei Verstellen einer Kochstufe.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Insbesondere die Anzahl und Ausführungsform der Kochstellen sowie die Ausführung und Verschaltung der Schalteinrichtungen ist lediglich beispielhaft gewählt und kann variiert werden. Auch kann die Reihenfolge der Abarbeitung der Ansteuerimpulse während eines Schaltzyklus variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 101, 102, 103, 104
- Kochstellen
- 111, 112, 113, 114
- Einstelleinrichtungen
- 121, 122, 123, 124
- Ansteuerimpuls
- 131, 132, 133, 134
- Schalteinrichtungen
- 127
- Stromversorgungseinrichtung
- 129
- Vorrichtung zum Steuern eines Heizgeräts
- 241
- Ermittlungseinrichtung
- 243
- Verteileinrichtung
- 341
- Schritt des Ermittelns
- 343
- Schritt des Verteilens
- 451
- Schaltdauer
- 453
- Impulsdauer
- 455
- Aus-Phase
- 660
- elektrische Leistung
- 760
- elektrische Leistung
- 1101, 1102, 1103, 1104
- Ebenen
- 1360
- Zeitgeber
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008042512 A1 [0003]
