DE102012210851A1

DE102012210851A1 - Induktionskochgerät mit IR-Sensor

Info

Publication number: DE102012210851A1
Application number: DE201210210851
Authority: DE
Inventors: Uwe Has; Melanie Schörghofer
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-01-02

Abstract

Das Induktionskochgerät (61) weist mindestens einen unterhalb einer Kochfeldplatte (15) angeordnete IR-Sensor (32) zum Detektieren von Infrarotlicht (IR) eines auf der Kochfeldplatte (15) abgesetzten Kochgeschirrs (12) auf, wobei der IR-Sensor (41) mit einem Kühlkörper (62) thermisch verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Induktionskochgerät, aufweisend mindestens einen unterhalb einer Kochfeldplatte angeordneten Infrarotlicht(IR)-Sensor zum Detektieren von Infrarotlicht eines auf der Kochfeldplatte abgesetzten Kochgeschirrs.
Für Kochfelder mit Kochzonen, die mit einem Widerstandsheizelement betrieben werden, ist es beispielsweise aus DE 10 2004 015 255 A1 bekannt, eine Temperatur einer Seitenwand eines Kochtopfs mittels eines oberseitig aus dem Kochfeld herausragenden, einer der Kochzonen fest zugeordneten IR-Sensors seitlich abzufühlen.
Beispielsweise aus DE 10 2006 026 907 A1 bekannt ist eine Induktionskochmulde mit einer Sensorvorrichtung mit einem ersten Sensor, welcher zur Erfassung von Messwerten zur Bestimmung einer Temperatur einer definierten Zubereitungszone (Kochzone), auf der ein Zubereitungsbehälter (Kochgeschirr) zur Aufnahme eines Zubereitungsguts aufstellbar ist, und mit einem IR-Sensor, welcher zur Detektion von Wärmestrahlung der Zubereitungszone und eines Bodens des Kochgeschirrs ausgebildet ist, und einer Auswerteeinheit, welche mit dem Sensor und dem IR-Sensor elektrisch verbunden ist und mit welcher abhängig von den Sensoren übertragenen Informationen die Temperatur des Bodens ermittelbar ist, wobei die beiden Sensoren derart angeordnet sind, dass deren örtliche Erfassungsbereiche zumindest bereichsweise überlappend, insbesondere im Wesentlichen vollständig überlappend, angeordnet sind. Die Sensoren sind dazu an einem mittigen ausgesparten Bereich eines jeweiligen Induktors angeordnet, wobei jeder Zubereitungszone ein entsprechender Induktor zugeordnet ist.
Als IR-Sensor für eine Induktionskochmulde ist ein IR-Sensorelement bekannt, dem eine Linse vorgeschaltet ist. Die Linse dient zur Fokussierung der von dem Boden des Kochgeschirrs ausgehenden IR-Strahlung auf das IR-Sensorelement. Der IR-Sensor ist auf einer Vorderseite einer Platine angebracht und senkrecht nach vorne oder oben gerichtet. Mit ihrer Rückseite sitzt die Platine auf einer Hauptplatine der Induktionskochmulde auf.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein Induktionskochgerät bereitzustellen, welches eine besonders preiswert realisierbare und/oder genaue Temperaturmessung von Kochgeschirr durch IR-Strahlungsmessung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Induktionskochgerät oder Induktionskochmulde, aufweisend mindestens einen unterhalb einer Kochfeldplatte angeordneten IR-Sensor zum Detektieren von Infrarotlicht eines auf der Kochfeldplatte abgesetzten Kochgeschirrs, wobei der IR-Sensor mit einem Kühlkörper thermisch verbunden ist. Im Gegensatz zu einem Aufbau, bei dem der IR-Sensor im Wesentlichen direkt (d.h. nicht über einen dedizierten Kühlkörper) an der Elektronikplatine des Induktionskochgeräts angeordnet ist, kann nun Wärme von dem IR-Sensor besonders effektiv abgeleitet werden. Der IR-Sensor erwärmt sich folglich nicht wesentlich bzw. nur minimal. Zudem können so an dem IR-Sensor zeitliche und/örtliche Temperaturgradienten vermieden oder zumindest stark unterdrückt werden. Dies wiederum ermöglicht eine zeitlich stabile IR-Messung und entsprechend hohe Messgenauigkeit. Darüber hinaus kann der IR-Sensor nun näher an die sich im Betrieb erwärmende Kochfeldplatte herangebracht werden, was eine auswertbare IR-Lichtstärke und so auch eine Messgenauigkeit erhöht.
Dass der IR-Sensor mit einem Kühlkörper thermisch verbunden ist, kann insbesondere bedeuten, dass Wärme des IR-Sensors mittels des Kühlkörpers signifikant ableitbar ist bzw. Wärme des IR-Sensors in erheblichem Maß auf den Kühlkörper übertragbar ist. Der Kühlkörper ist also insbesondere als ein dedizierter Kühlkörper für den IR-Sensor vorgesehen.
Das Induktionskochgerät kann mindestens einen Induktor, insbesondere mehrere Induktoren, aufweisen, welcher unterhalb der Kochfeldplatte angeordnet sind. Mehreren Induktoren kann jeweils eine Kochzone zugeordnet sein, oder ein Kochgeschirr kann frei auf der Kochfeldplatte positionierbar sein, insbesondere falls der mindestens eine Induktor als ein Feld (vergleichsweise kleiner) von Induktoren ausgebildet ist.
Unterseitig des Induktors mag ein Abschirmblech angeordnet sein, um das von dem Induktor erzeugte (elektro)magnetische Feld abzuschirmen. Unterseitig des Abschirmblechs mag eine Geräteelektronik angeordnet sein. Die Geräteelektronik mag insbesondere elektronische Schalter, z.B. Halbleiter-Leistungsschalter, zum Ein- und Ausschalten eines den jeweiligen Induktor oder Induktorgruppe durchfließenden Erregerstroms aufweisen. Die Halbleiter-Leistungsschalter können z.B. als IGBTs, Bipolartransitoren, Feldeffekttransistoren usw. ausgebildet sein.
Der IR-Sensor mag insbesondere einen IR-Reflektor aufweisen, welcher einem IR-Sensorelement vorgeschaltet ist.
Es ist eine Ausgestaltung, dass zumindest der IR-Sensor (und ggf. zusätzlich mindestens ein elektronisches Bauelement wie ein Widerstand, eine Spule, ein Kondensator, ein integrierter Schaltkreis usw.) auf einer Platine angeordnet ist, mit der Platine ein IR-Sensormodul bildet und über die Platine mit dem Kühlkörper verbunden ist. So kann zusätzlich noch eine durch das mindestens eine elektronische Bauelement aufgebaute elektronische Schaltung gekühlt werden. Dies verbessert eine Ausfallsicherheit. Im Folgenden können IR-Sensormodul und IR-Sensor austauschbar verwendet werden, falls diesem aus dem Zusammenhang heraus nichts entgegensteht. Zudem ist eine Montage der Platine so einfacher als auf einer planen Fläche.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Kühlkörper einen Kühlkörper für mindestens ein weiteres elektronisches Bauelement des Induktionskochgeräts, insbesondere Leistungsschalter, darstellt. So kann die Zahl der Kühlkörper begrenzt werden, was eine Montage vereinfacht und Kosten senkt.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der IR-Sensor auf einer der Kochfeldplatte zugewandten Oberseite des Kühlkörpers angeordnet ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der IR-Sensor auf einfache Weise effektiv kühlbar nahe an der Kochfeldplatte positionierbar ist, was eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht. Zudem können der IR-Sensor oder das IR-Sensormodul alleine schon aufgrund einer solchen Positionierung gegenüber von der Kochgerätelektronik auf der Elektronikplatine ausgesandter Störstrahlung zumindest teilweise abgeschirmt werden.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Kühlkörper mehrere, insbesondere parallel zueinander angeordnete, Kühlrippen aufweist und der IR-Sensor auf mindestens einer Kühlrippe angeordnet ist. Die ermöglicht eine besonders einfache Montage, insbesondere Auflage auf den Kühlkörper. Die Kühlrippen können grundsätzlich an jeder Seite angeordnet sein, insbesondere an der Oberseite oder an Oberseite und Unterseite des Kühlkörpers. Die Kühlrippen sind insbesondere durchgehende Kühlrippen, was eine effektive Wärmeabgabe und eine einfache Zwangsbelüftung ermöglicht. Die Kühlrippen können insbesondere geradlinig sein.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass mindestens eine elektrische Zuleitung zu dem IR-Sensor in einem Spalt zwischen zwei Kühlrippen verlegt ist, insbesondere von Kühlrippen, auf denen der IR-Sensor angeordnet ist. Durch die Kühlrippen wird die mindestens eine elektrische Zuleitung, z.B. Messleitung, gegenüber Störfeldern effektiv abgeschirmt, was eine Messgenauigkeit auf besonders einfache und preiswerte Weise noch weiter verbessert. Es können Zuleitungen in einem gleichen Spalt zwischen zwei Kühlrippen verlegt, oder in unterschiedlichen Spalten.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der IR-Sensor in einer durch einen Rücksprung mindestens einer Kühlrippe gebildeten Aufnahme angeordnet ist und zumindest die den IR-Sensor tragenden Kühlrippen bzw. deren Spalt mit Luft zwangsdurchströmbar sind. Dadurch wird zumindest der in die Kühlrippen versenkte Teil des IR-Sensors bzw. des IR-Sensormoduls durch die (Kühl-)Luft angeblasen und folglich zusätzlich gekühlt. Darüber hinaus wird die auf den IR-Sensor bzw. das IR-Sensormodul auftreffende Luft entlang des aus den Kühlrippen herausstehenden Teils abgelenkt, so dass auch noch dieser gekühlt wird. Bei einem an einer Oberseite des Kühlkörpers angeordneten IR-Sensor usw. wird so zudem ein nach ober gerichteter Luftstrom erzeugt, welcher die an oder vor dem IR-Sensor usw. angeordneten Bauteile kühlt. Folglich kann der IR-Sensor bzw. das IR-Sensormodul unter Beibehaltung einer hohen Messgenauigkeit noch näher an die Kochfeldplatte herangeführt werden. Darüber hinaus wird zumindest der in die Kühlrippen versenkte Teil des IR-Sensors bzw. des IR-Sensormoduls durch die ihn bzw. es seitlich umgebenden Kühlrippen (aus Metall) noch besser gegen elektromagnetische Felder abgeschirmt. Der in die Kühlrippen versenkte Teil des IR-Sensors bzw. des IR-Sensormoduls kann insbesondere das mindestens eine elektronische Bauteil und/oder das IR-Sensorelement umfassen.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass zumindest einige der zwangsdurchströmbaren Kühlrippen mittels einer Abdeckplatte abgedeckt sind, z.B. oberseitig angeordnete Kühlrippen. Dies ermöglicht einen ausreichend starken Luftstrom über die gesamte Länge dieser Kühlrippen und damit einen besonders gleichmäßigen und starken Kühleffekt. Die Abdeckplatte ist insbesondere elektrisch leitfähig, insbesondere metallisch, ausgestaltet (z.B. aus Aluminium), so dass der davon überdeckte Bereich des Kühlkörpers auch von oben gegen Störfelder abgeschirmt ist.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der IR-Sensor im Wesentlichen freisteht (also seitlich nicht abgedichtet ist). Dadurch wird eine Behinderung eines Luftstroms entlang des IR-Sensors vermieden.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der IR-Sensor, insbesondere ein IR-Reflektor des Sensors, spaltbehaftet durch mindestens eine Abdeckung hindurchgeführt ist. So kann der IR-Sensor besonders nahe an die Kochplattenabdeckung herangeführt werden. Die Abdeckung kann mindestens eine Abdeckung zur thermischen Isolierung (z.B. aus Glimmer oder Isolierpappe) umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Abdeckung mindestens eine Abschirmung gegenüber einem elektromagnetischen Feld sein (z.B. ein Abschirmblech und/oder eine Abdeckung eines Kühlkörpers) umfassen.
Es ist eine Weiterbildung, dass der IR-Sensor oder dessen Messfleck in Bezug auf den Induktor außermittig angeordnet ist, da so eine Messverfälschung durch eine manchmal in der Mitte eines Bodens des Kochgeschirrs vorhandene Bombierung, Bedruckung oder Einprägung vermieden werden kann.
Das Induktionskochgerät ist insbesondere ein Haushaltsgerät.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Induktionskochgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem aufgesetzten Kochgeschirr;
2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen IR-Sensor des Induktionskochgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 zeigt ein Induktionskochgerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel aufweisend einen mit dem IR-Sensor ausgerüsteten Kühlkörper;
4 zeigt den mit dem IR-Sensor ausgerüsteten Kühlkörper in Draufsicht;
5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Induktionskochgerät gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einem aufgesetzten Kochgeschirr; und
6 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht optische Komponenten eines Induktionskochgeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einem aufgesetzten Kochgeschirr.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Induktionskochgerät 11 mit einem darauf aufgesetzten Kochgeschirr 12, wobei das Induktionskochgerät 11 und das Kochgeschirr 12 lediglich zur übersichtlichen Darstellung beabstandet zueinander eingezeichnet sind.
Das Induktionskochgerät 11 weist einen Gehäuseboden 13 eines Gehäuses 14 auf, welches oberseitig von einer Kochfeldplatte 15 abgedeckt ist. Die Kochfeldplatte 15 kann beispielsweise aus Glas, einschließlich Hartglas, oder Glaskeramik bestehen. Unmittelbar unterhalb der Kochfeldplatte 15 befindet sich eine dünne Platte 16 aus Glimmer, z.B. zur Temperaturabschirmung von unter der Platte 16 befindlichen Bauteilen.
An der Unterseite der Platte 16 ist ein ringförmiger Induktor 17 angebracht, welcher ein Trägergehäuse 18, z.B. aus Kunststoff, aufweist, das eine Feldführung 19, z.B. aus Ferrit, und eine Spule 20 zum Erzeugen eines (elektro)magnetischen Wechselfelds an einer zugeordneten Kochzone aufweist. Das Wechselfeld weist eine Frequenz von ca. 25 bis 30 kHz oder höher auf. Höhere Werte können speziell bei Oberwellen auftreten. Durch das magnetische Wechselfeld kann in einem Boden 21 des auf der jeweiligen Kochzone aufgestellten Kochgeschirrs 12 ein Induktionsstrom erzeugt werden, welcher den Boden 21 zur Zubereitung von in dem Kochgeschirr 12 befindlicher Speise erwärmt.
Unterhalb des Induktors 17 befindet sich ein metallisches Abschirmblech 22, z.B. aus Aluminium. Das Abschirmblech 22 schirmt eine mit der Geräteelektronik bestückte Elektronikplatine 23 zumindest teilweise gegen das elektrische Wechselfeld ab. Die Elektronikplatine 23 liegt mit ihrer nicht bestückten Rückseite auf dem Gehäuseboden 13 auf.
Im Bereich eines mittigen Lochs 24 des ringförmigen Induktors 17 weisen sowohl die Platte 16 als auch das Abschirmblech 22 konzentrische Löcher 25 bzw. 26 auf. Ein Kontakttemperatursensor in Form eines NTC-Sensors 27 ist durch das Loch 25 in der Platte 16 geführt und an der Unterseite der Kochfeldplatte 15 zur Abfühlung ihrer Temperatur befestigt. Elektrische Leitungen 28 des NTC-Sensors 27 werden durch das Loch 24 des Induktors 17 und das Loch 26 des Abschirmblechs 22 herausgeführt.
Auch im Bereich des Induktors 17 (und damit außermittig) befindet sich eine senkrecht durchgehende Aussparung 29, und in der Platte 16 und in dem Abschirmblech 22 jeweils eine dazu konzentrische Aussparung 30 bzw. 31. Unterhalb der Aussparung 29 des Induktors 17 befindet sich ein Infrarot(IR)-Sensor 32, welcher in die Aussparung 31 des Abschirmblechs 22 eingeschoben ist und dessen Blickfeld durch die Aussparungen 29 und 30 auf die Kochfeldplatte 15 gerichtet ist. Die Kochfeldplatte 15 ist für zumindest einen Teil des IR-Messspektrums des IR-Sensors 32 durchlässig, so dass der IR-Sensor 32 von einem Meßfleck M an dem Boden 21 ausgehende IR-Strahlung IR abfühlen kann und daraus eine Temperatur des Bodens 21 ableitbar ist.
Diese Temperatur kann insbesondere zur Regelung der Temperatur des Kochgeschirrs 12 bzw. der Temperatur eines Inhalts des Kochgeschirrs 12 verwendet werden, z.B. zum Braten, Grillen, Frittieren oder dgl. Auch mag die Temperatur zur Erkennung von gefährlichen Situationen (z.B. einer Überhitzung eines mit Öl oder Fett gefüllten Kochgeschirrs 12) herangezogen werden, z.B. um eine Brandgefahr zu vermeiden und dazu beispielsweise eine Energiezufuhr abzuschalten, wenn sich der Inhalt des Kochgeschirrs überhitzt.
Ein bevorzugt durchlässiger Bereich des IR-Messspektrums des IR-Sensors 32 liegt zwischen einem und fünf Mikrometern, insbesondere zwischen ein und drei Mikrometern. Mittels der durch den NTC-Sensor 27 abgefühlten Temperatur der Kochfeldplatte 15 kann eine Messverfälschung der IR-Messung des Bodens 21 aufgrund der Temperatur der Kochfeldplatte 15 korrigiert werden.
Die außermittige Anordnung des IR-Sensors 31 weist den Vorteil auf, dass manchmal an einer Mitte des Bodens 21 befindliche Stempel, Farbmarkierungen usw. nicht erfasst werden und folglich eine Temperaturmessung nicht verfälschen können.
Die Elektronikplatine 23 ist von dem Abschirmblech 22 beabstandet, so dass sich dazwischen ein Raum bildet, welcher als ein Luftkanal 33 dient. An dem Luftkanal 33 kann z.B. seitlich ein Lüfter 34 vorhanden sein, welcher in dem Luftkanal 3 einen Strom von Luft K erzeugt. Der Luftstrom kann sowohl die Elektronikplatine 23 direkt kühlen als auch Abwärme von dem Boden bzw. dem Induktor 17 über das Abschirmblech 22 abführen.
Das Induktionskochgerät 11 weist insbesondere mehrere Kochzonen mit einem jeweils zugeordneten Induktor 17, IR-Sensor 32 und NTC-Sensor 27 usw. auf.
2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht den IR-Sensor 32 in höherer Genauigkeit. Der IR-Sensor 32 weist eine IR-Diode 41 auf, welche ein in einem metallischen Gehäuse 42 untergebrachtes IR-Sensorelement 43 aufweist. An einer Oberseite des Gehäuses 42 befindet sich ein, ggf. als Filter ausgebildetes, Fenster 44, durch das IR-Strahlung auf das IR-Sensorelement 43 fallen kann. Rückseitig weist die IR-Diode 41 elektrische Anschlüsse 45 auf. Das Gehäuse 42 ist als ein TO("Transistor Single Outline")-Gehäuse ausgebildet.
Auf das Gehäuse 42 ist ein IR-Reflektor 46 aufgesetzt. Der IR-Reflektor 46 weist eine die IR-Diode 41 seitlich umgebende äußere Kanne oder Hülse 47 auf. Die Hülse 47 ist rohrförmig ausgestaltet und besteht aus elektrisch gut leitfähigem Material, z.B. Kupfer oder Aluminium. Die Hülse 47 kann z.B. tiefgezogen oder gedreht hergestellt sein.
An ihrer vorderseitigen Kante 48 setzt ein schalenförmiger innerer Träger 49 aus Kunststoff an, der von der Hülse 47 umgeben ist und eine vorderseitige Lichtaustrittsöffnung E und eine rückseitige Öffnung ("Halsloch") 51 aufweist. Die vorderseitige, weitere Öffnung 50 befindet sich im Bereich eines vorderen offenen Endes der Hülse 47, welches als Lichtdurchlassöffnung E dient. Das Halsloch 51 ist durch die IR-Diode 41 verschlossen, insbesondere abgedeckt. Insbesondere mag an das Halsloch 51 ein rohrförmiger Stutzen 52 in rückwärtiger Richtung anschließen, welcher auf das Gehäuse 42 aufsteckbar ist, was eine Montage vereinfacht. Die Lichtdurchlassöffnung E kann offen oder durch eine IR-durchlässige Abdeckung 50 verschlossen sein.
Der Träger 49 weist an seiner Innenseite 53 eine IR-reflektierende, insbesondere spiegelnde, Reflexionsschicht 54 und mag an seiner Außenseite 55 zumindest teilweise IRverspiegelt sein. Die Reflexionsschicht 54 ist bevorzugt eine (dünne) Aluminiumschicht, welche einfach und preiswert aufbringbar ist und zudem hohe Reflexionsgrade (von häufig 96% oder mehr) ermöglicht.
Die Verwendung eines IR-Reflektors 46 bzw. einer Reflexionsschicht 54 gegenüber einer Linse aus Kunststoff als strahlbündelndem oder fokussierenden, der IR-Diode 41 vorgeschaltetem Element weist unter anderem den Vorteil auf, dass an dem IR-Reflektor 46 im Gegensatz zur Linse als Durchlichtelement keine oder eine nun sehr viel geringere Dämpfung der IR-Strahlung auftritt. Bezüglich einer Linse könnte der Dämpfung mit einer Linse aus Silizium oder Germanium begegnet werden, wobei Germanium teuer ist und Silizium nachteiligerweise eine Temperaturabhängigkeit seiner Emission und Reflexion aufweist. Außerdem kann bei Silizium eine Abhängigkeit des Brechungsindex von der Temperatur auftreten. Ein weiteres Problem liegt in der üblicherweise vorhandenen Beschichtung (Oberflächenvergütung / Coating) des Siliziums. Beschichtungen werden aufgebracht, um das Reflexionsverhalten zu optimieren und/oder einen Wellenlängenbereich zu definieren, in welchem die Linse besonders hohe Transmission aufweist. Damit kann eine Filterfunktion erreicht werden. Diese Beschichtungen vertragen im Allgemeinen jedoch nur geringe Temperaturen. Da im Bereich des Induktors 17 Temperaturen von bis zu über 150 °C auftreten können, ist bei einer Siliziumlinse daher mit Störungen der Transmission und/oder mit einer Zerstörung der Beschichtung zu rechnen. Die optischen Eigenschaften von IR-Reflektoren 46 hängen dagegen im Allgemeinen nicht von der Temperatur der Reflexionsschicht 54 ab.
Die Innenseite 53 des Trägers 49 und damit auch die Reflexionsschicht 54 weisen hier speziell eine Form eines sog. "Winston-Cone" auf. Der Winston-Cone weist eine einem Rotationsparaboloiden ähnelnde Form auf und kann insbesondere einfallende, divergente Strahlung in einen Punkt im Bereich des Halslochs 51 reflektieren. Ein Winston-Cone kann auch als ein rotationssymmetrischer CPC("Compound Parabolic Concentrator")-Konzentrator angesehen werden. Der Winston-Cone weist gegenüber z.B. einem einfachen Paraboloid oder Ellipsoid insbesondere den Vorteil einer hohen Effizienz und einer hohen Strahldichte an dem Punkt im Bereich des Halslochs 51 auf. Der Winston-Cone mag beispielsweise so geformt sein, dass dieser Punkt auf dem Fenster 44 liegt oder sich, bevorzugt, an dem IR-Sensorelement 43 befindet. So wird eine besonders hohe Meßempfindlichkeit erreicht. Die Innenseite 53 des Trägers 49 weist hier einen Öffnungswinkel zwischen ca. 10° und ca. 20° auf.
Ein Teil des IR-Reflektors 46 ragt durch das Loch 31 in dem Abschirmblech 22 und ist folglich dem starken (elektro)magnetischen Wechselfeld der darüberliegenden Spule 20 mit hoher Feldstärke ausgesetzt. Auch kann das Wechselfeld grundsätzlich durch das Loch 31 dringen. Um eine Störung durch dieses Wechselfeld zu vermeiden, besteht die Hülse 47 aus elektrisch gut leitfähigem (Voll-)Material und kann folglich als eine Abschirmung gegenüber dem Wechselfeld dienen. So kann insbesondere eine Induzierung von Störspannungen in vorhandenen Leiterschleifen, welche ansonsten Messsignale stören und so eine Messgenauigkeit reduzieren würden, vermieden werden. Auch kann dadurch eine Erzeugung von erheblichen Wirbelströmen in der Reflexionsschicht 54 vermieden werden, welche Wirbelströme ansonsten die Reflexionsschicht 54 schädigen oder sogar zerstören könnten (z.B. durch eine durch Erwärmung, durch eine Elektromigration oder durch eine Kombination beider Effekte).
Der IR-Sensor 32 ist hier senkrecht stehend auf einer Platine 56 angeordnet, welche zusammen, ggf. mit auf der Platine 56 befindlichen elektronischen Bauelementen 71 (siehe 4) ein IR-Sensormodul 32, 56 bilden. Vor dem IR-Sensor 32 kann bei Bedarf ein optisches Filter und/oder eine Blende angeordnet sein (o.Abb.).
3 zeigt ein Induktionskochgerät 61 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das einen mit dem IR-Sensor 32 ausgerüsteten Kühlkörper 62 aufweist. 4 zeigt den mit dem IR-Sensor 32 ausgerüsteten Kühlkörper 62 in Draufsicht.
Das Induktionskochgerät 61 unterscheidet sich von dem Induktionskochgerät 11 dadurch, dass der IR-Sensor 32 bzw. das IR-Sensormodul 32, 56 auf dem Kühlkörper 62 angebracht ist. Dadurch wird eine besonders präzise Abfühlung der IR-Strahlung und folglich Temperaturmessung an dem Boden 21 des Kochgeschirrs 12 ermöglicht. Der Kühlkörper 62 besteht beispielsweise aus Aluminium.
Obwohl der Kühlkörper grundsätzlich auch auf einem nur zur Kühlung des IR-Sensors 32 bzw. des IR-Sensormoduls 32, 56 vorgesehenen Kühlkörper aufgebracht sein kann, ist der Kühlkörper 62 hier ein kombinierter Kühlkörper 62, welcher auch zur Kühlung mindestens eines elektronischen Bauelements der Elektronikplatine 23 verwendet werden kann. Im vorliegenden Fall dient der kombinierte Kühlkörper 62 zur Kühlung elektronischer Schalter 63, welche z.B. die Spulen 20 der Kochzonen ein- und ausschalten. Die elektronischen Schalter 63 sind hier als Leistungshalbleiter, insbesondere IGBTs aber auch Bipolartransistoren oder Feldeffekttransitoren usw., ausgebildet, und zur Kühlung flächig auf eine seitliche, plane Oberfläche 64 des Kühlkörpers 62 aufgebracht.
Zur Verstärkung einer Kühlwirkung weist der Kühlkörper 62 an seiner der Kochfeldplatte 15 zugewandten Oberseite und an seiner zur Auflage dienenden Unterseite durchgehende Kühlrippen 65 auf, welche mittels des Lüfters 34 mit Luft K entlang ihrer Längserstreckung zwangsbeströmt werden (d.h. insbesondere, dass die Luft K in einem Spalt zwischen zwei Kühlrippen 65 strömen kann).
Auf der Oberseite des Kühlkörpers 62 ist in die Kühlrippen 65 eine Aufnahme 66 eingebracht, z.B. eingefräst, worden, in welcher das IR-Sensormodul 32, 56 angeordnet bzw. teilweise versenkt ist. Das IR-Sensormodul 32, 56 liegt folglich mit seiner Platine 56 auf mehreren Kühlrippen 65 auf, welche im Bereich der Aufnahme 66 einen Rücksprung aufweisen. Alternativ können die Kühlrippen 65 im Bereich der Aufnahme 66 auch lokal ganz entfernt sein und die Platine 56 flächig auf dem Kühlkörper aufsitzen.
Diese Anordnung ergibt den Vorteil, dass das IR-Sensormodul 32, 56 sich aufgrund seines Betriebs nicht wesentlich bzw. nur minimal erwärmt. Zudem steht das IR-Sensormodul 32, 56 thermisch stabil, d.h. dass es sich bei einer im Betrieb des Induktionskochgerät 61 ergebenden Erwärmung nur langsam und gleichmäßig erwärmt und also insbesondere am IR-Sensormodul 32, 56 keine signifikanten Temperaturgradienten auftreten.
Darüber hinaus können die elektronischen Komponenten 71, das IR-Sensorelement 43 und Anschlussleitungen 69 des IR-Sensormodul 32, 56 von allen typischerweise auftretenden elektrischen und/oder magnetischen Feldern sicher abgeschirmt sein. Durch die Abschirmung der elektronischen Komponenten bzw. IR-Sensorelektronik wird deren Empfindlichkeit verbessert. Die Abschirmung wird durch die Luftführung über dem Kühlkörper 62 optimiert. Dies gilt besonders, wenn diese Luftführung aus Aluminium geformt ist. Die Anschlussleitungen 69 sind dazu insbesondere in den Aussparungen oder Spalten zwischen den Kühlrippen 65 verlegt, insbesondere zur Vermeidung von Einstreuung von Störsignalen in die Anschlussleitungen (EMV-Probleme). Zudem ist eine solche Anordnung preiswert umsetzbar und einfach montierbar.
Zur Aufrechterhaltung eines effektiven Luftstroms auch entfernt von dem Gebläse 34 ist die Oberseite des Kühlkörpers 62, wie in 3 gezeigt, mittels einer als Luftführung und als weitere Abschirmung gegen elektrische und/oder magnetische Felder dienenden Abdeckplatte 67 abgedeckt. Die Abdeckplatte 67 kann z.B. an dem Abschirmblech 22 befestigt, z.B. angeschraubt oder angeklebt, sein. Die Abdeckplatte 67 kann z.B. aus Aluminium bestehen.
Zwischen der Abdeckplatte 67 und dem Abschirmblech 22 kann (mindestens) eine Zwischenlage 68 vorhanden sein, die ein Loch 70 zur Durchführung des IR-Sensors 32 aufweist. Auch die Abdeckplatte weist hier ein Loch auf. Die Zwischenlage 68 dient der thermischen Abschirmung zwischen dem Abschirmblech 22 und der Abdeckplatte 67 und kann z.B. aus Glimmer oder Isolierpappe bestehen. Es ist bevorzugt, dass die Zwischenlage 68 die Abdeckplatte 67 vollflächig überdeckt, aber zumindest im Bereich um das Loch 70 zur Durchführung des IR-Sensors 32 bzw. von dessen Hülse 47.
Die Löcher 70, 31 in der Zwischenlage 68 bzw. in dem Abschirmblech 22 (als auch in der Abdeckplatte 67) grenzen nicht dicht an die Hülse 47 an, sondern belassen einen zugehörigen Ringspalt. Die Hülse 47 steht somit frei. Da die durch den Kühlkörper 62 strömende Luft K durch das IR-Sensormodul 32, 56, insbesondere die Hülse 47, an einer horizontalen Luftströmung gehindert wird, wird sie sie an der Hülse 47 nach oben umgelenkt und strömt, die Hülse 47 überstreichend, durch die Löcher 70, 31 hoch. Dadurch werden die Hülse 47 bzw. der IR-Reflektor 46 von relativ kühler Luft K mit relativ konstanter Temperatur umströmt und so temperiert. Zudem wird durch die um die Hülse 47 herum strömende Luft K auch dessen unmittelbare Umgebung gekühlt bzw. zumindest temperiert, was Störungen der Strahlungsmessung weiter verringert. Durch die Kühlung der Umgebung, speziell des Induktors 17 und des Abschirmblechs 22, wird auch die Temperaturstabilität des IR-Sensors 32 weiter verbessert.
Das IR-Sensormodul 32, 56 kann grundsätzlich beliebig befestigt sein, z.B. in oder an dem Kühlkörper 62, an dem Abschirmblech 22 usw.
5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Induktionskochgerät 81 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einem aufgesetzten Kochgeschirr. Im Gegensatz zu dem Induktionskochgerät 11 ist der IR-Sensor 32 (von welchem hier nur der schalenförmige innere Träger 49 gezeigt ist) nicht senkrecht in Richtung des Kochgeschirrs 12 ausgerichtet, sondern horizontal. Um dennoch IR-Strahlung IR von dem Boden 21 des Kochgeschirrs 12 empfangen zu können, ist unterhalb der Löcher 29 bis 31 ein IR-Strahlung reflektierender Umlenkspiegel 82 angeordnet, welcher durch die Löcher 29 bis 31 hindurchtretende IR-Strahlung zumindest teilweise in den IR-Sensor 32 umlenkt. Grundsätzlich kann eine Entfernung zwischen dem IR-Sensor 32 und dem Umlenkspiegel 82 beliebig groß sein.
Das Induktionskochgerät 81 weist den Vorteil auf, dass das IR-Sensormodul 32, 56 bereits durch das Abschirmblech 22 vor dem von der Spule 20 erzeugten Feld sicher abgeschirmt ist. Beispielsweise kann so grundsätzlich auch auf die Hülse 47 verzichtet werden oder z.B. eine Hülse aus Kunststoff verwendet werden. Darüber hinaus mag eine für das IR-Sensormodul 32, 56 benötigte Bauhöhe geringer sein. Zudem ist und eine Positionierung flexibler wählbar, z.B. auch seitlich neben dem Induktor 17. Insbesondere bei einer Position neben dem Induktor 17 wird das IR-Sensormodul 32, 56 nicht so stark aufgewärmt, und eine Kühlung des Sensormoduls 32 ist konstruktiv einfacher umsetzbar.
6 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht optische Komponenten 92, 93, 41, 56 eines Induktionskochgeräts 91 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einem aufgesetzten Kochgeschirr 12. Im Gegensatz zu dem Induktionskochgerät 81 ist der Umlenkspiegel 92 nun selbst als ein fokussierendes Element ausgestaltet, so dass auf einen IR-Reflektor 46 an der IR-Diode 41 selbst verzichtet werden kann. Dies mag eine Montage vereinfachen und Kosten reduzieren. Diese Art des Aufbaus gestattet unter anderem auch eine einfache Anordnung (mindestens) eines spektralen Filters 93.
Der Umlenkspiegel 92 ist hier als eine ellipsoide Fläche (insbesondere als eine Teilfläche eines Rotationsellipsoids) ausgestaltet, so dass von dem Boden 21 ausgehende IR-Strahlung IR, welche von einen virtuellen ersten Brennpunkt oberhalb des Bodens 21 ausgehend gerichtet ist, auf einen zweiten Brennpunkt F2 am Ort des IR-Sensorelements 43 fokussiert. Ein Vorteil des fokussierenden, insbesondere ellipsoiden, Umlenkspiegels 92 liegt in der Tatsache, dass Justageprobleme zwischen ansonsten eigenständigen (reinen) Umlenkspiegel und Reflektor entfallen.
Zur weiteren Verringerung der Bauhöhe des hier vorliegenden IR-Sensormoduls 41, 56 ist der IR-Sensor 41 nicht an einer großen Seitenfläche der Platine 56 angebracht, sondern seitlich an der Platine 56. Das gesamte IR-Sensormoduls 41, 56 passt dann wesentlich leichter in das Induktionskochgerät 91, insbesondere falls mit Umlenkspiegeln gearbeitet wird.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind hochgradig genau und dabei vergleichsweise kostengünstig realisierbar.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Insbesondere können Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele auch kombiniert werden, beispielsweise eine Anordnung des IR-Sensormoduls auf einem Kühlkörper mit jedem der gezeigten Ausführungsbeispiele.
Ferner kann anstelle eines Winston-Cones auch eine einfache paraboloid oder ellipsoid geformte Reflexionsschicht bzw. Reflektor verwendet werden. Auch mag anstelle eines Winston-Cones ein anderer optischer Konzentrator verwendet werden, z.B. ein anderer CPC-Konzentrator (wie z.B. ein nicht-rotationssymmetrischer CPC-Konzentrator), ein CEC("Compound Elliptic Concentrator")-Konzentrator oder ein CHC("Compound Hyperbolic Concentrator")-Konzentrator. Der CEC-Konzentrator und der CHC-Konzentrator können insbesondere dazu verwendet werden, Licht eines flächigen IR-Strahlers innerhalb einer kurzen Strecke zu konzentrieren, jedoch zumeist nicht auf einen Punkt, sondern auf eine Fläche. Dies kann z.B. bei einem erheblich flächig ausgedehnten IR-Sensorelement 43 und/oder bei einem senkrechten Einbau bei geringer Bauhöhe vorteilhaft sein.
Grundsätzlich kann dem IR-Sensor mindestens ein für IR-Licht wirksames optisches Element vorgeschaltet sein, z.B. mindestens eine Blende, mindestens ein Filter, mindestens ein strahlformendes Durchlichtelement, mindestens ein Reflektor usw.
Auch mag ein abbildender, insbesondere fokussierender Ablenkspiegel zusammen mit einem direkt an dem IR-Sensor angebrachten IR-Reflektor verwendet werden.
Bezugszeichenliste

11: Induktionskochgerät
12: Kochgeschirr
13: Gehäuseboden
14: Gehäuse
15: Kochfeldplatte
16: Platte
17: Induktor
18: Trägergehäuse
19: Feldführung
20: Spule
21: Boden des Kochgeschirrs
22: Abschirmblech
23: Elektronikplatine
24: mittiges Loch des ringförmigen Induktors
25: Loch der Platte
26: Loch des Abschirmblechs
27: NTC-Sensor
28: Elektrische Leitung des NTC-Sensors
29: Aussparung des Induktors
30: Aussparung in der Platte
31: Aussparung in dem Abschirmblech
32: IR-Sensor
33: Luftkanal
34: Lüfter
41: IR-Diode
42: Gehäuse der IR-Diode
43: IR-Sensorelement
44: Fenster der IR-Diode
45: elektrischer Anschluss der IR-Diode
46: IR-Reflektor
47: Hülse
48: Kante der Hülse
49: Träger
50: IR-durchlässige Abdeckung des IR-Reflektors
51: Halsloch
52: Stutzen
53: Innenseite des Trägers
54: Reflexionsschicht
55: Außenseite des Trägers
56: Platine
61: Induktionskochgerät
62: Kühlkörper
63: elektronischer Schalter
64: plane Oberfläche des Kühlkörpers
65: Kühlrippe
66: Aufnahme
67: Abdeckplatte
68: Zwischenlage
69: Anschlussleitung
70: Loch in der Zwischenlage
71: elektronische Komponente
81: Induktionskochgerät
82: Umlenkspiegel
91: Induktionskochgerät
92: Umlenkspiegel
93: spektrales Filter
E: Lichtaustrittsöffnung
F2: Brennpunkt
IR: IR-Strahlung
K: Luft
M: Messfleck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004015255 A1 [0002]
DE 102006026907 A1 [0003]

Claims

Induktionskochgerät (61), aufweisend mindestens einen unterhalb einer Kochfeldplatte (15) angeordneten IR-Sensor (32) zum Detektieren von Infrarotlicht (IR) eines auf der Kochfeldplatte (15) abgesetzten Kochgeschirrs (12), dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Sensor (32) mit einem Kühlkörper (62) thermisch verbunden ist.
Induktionskochgerät (61) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der IR-Sensor (32) auf einer Platine (56) angeordnet ist, mit der Platine (56) ein IR-Sensormodul (32, 56) bildet und über die Platine (56) mit dem Kühlkörper (62) verbunden ist.
Induktionskochgerät (61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (62) einen Kühlkörper (62) für mindestens ein weiteres elektronisches Bauelement des Induktionskochgeräts (61), insbesondere Leistungsschalter (63), darstellt.
Induktionskochgerät (61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Sensor (32) auf einer der Kochfeldplatte (15) zugewandten Oberseite des Kühlkörpers (62) angeordnet ist.
Induktionskochgerät (61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (62) mehrere, insbesondere parallel zueinander angeordnete, Kühlrippen (65) aufweist und der IR-Sensor (32) auf mindestens einer Kühlrippe (35) angeordnet ist.
Induktionskochgerät (61) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrische Zuleitung zu dem IR-Sensor (32) in einem Spalt zwischen zwei Kühlrippen (65) verlegt ist, insbesondere von Kühlrippen (35) auf denen der IR-Sensor (32) angeordnet ist.
Induktionskochgerät (61) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Sensor (32) in einer durch einen Rücksprung mindestens einer Kühlrippe (65) gebildeten Aufnahme (66) angeordnet ist und zumindest die den IR-Sensor (62) tragenden Kühlrippen (65) mit Luft (K) zwangsdurchströmbar sind.
Induktionskochgerät (61) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der zwangsdurchströmbaren Kühlrippen (65) mittels einer, insbesondere metallischen, Abdeckplatte (67) abgedeckt sind.
Induktionskochgerät (61) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Sensor (32) im Wesentlichen frei hochsteht.
Induktionskochgerät (61) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Sensor (32) spaltbehaftet durch mindestens eine Abdeckung (67, 68, 22) hindurchgeführt ist.