DE102013108648A1

DE102013108648A1 - Kocheinrichtung und Verfahren zum Betreiben der Kocheinrichtung

Info

Publication number: DE102013108648A1
Application number: DE201310108648
Authority: DE
Inventors: Volker Backherms; Dominic Beier; Bastian Michl
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-02-12
Also published as: WO2015018891A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Betreiben einer Kocheinrichtung mit einem Kochfeld und mit einer Heizeinrichtung zur Beheizung eines Kochbereiches. Es ist ein Messsystem mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer ersten charakteristischen Größe für Temperaturen des Kochbereichs vorgesehen. Dabei wird ein Parameter ermittelt. Der Parameter beschreibt eine statische Eigenschaft des Messsystems und wird zur Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs berücksichtigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kocheinrichtung mit wenigstens einem Messsystem und ein Verfahren zum Betreiben einer Kocheinrichtung.
Im Stand der Technik sind Kocheinrichtungen bekannt geworden, die Automatikfunktionen anbieten. Voraussetzung für einen solchen Automatikbetrieb einer Kocheinrichtung ist mitunter eine Erfassung verschiedener Parameter, welche für den Garvorgang charakteristisch sind, wie z. B. die Temperatur des Gargutbehälters und insbesondere des Topfbodens. In Abhängigkeit der erfassten Parameter werden dann die Automatikfunktion und insbesondere die Heizleistung der Kocheinrichtung gesteuert. Die Heizquelle muss dabei so gesteuert werden, dass z. B. eine unerwünschte Überhitzung des Gargutes vermieden wird. Daher ist die Zuverlässigkeit bzw. die Genauigkeit der erfassten Parameter entscheidend für die Funktionalität der Automatikfunktion.
Im Stand der Technik sind zur Ermittlung von Temperaturen bei Gar- und Kochvorgängen beispielsweise Vorrichtungen bekannt geworden, welche die Temperatur an der Unterseite eines Gargutbehälters berührungslos ermitteln. So sieht z. B. die WO 2008/148 529 A1 einen Wärmesensor unterhalb einer Kochfeldplatte vor, welcher die abgestrahlte Wärmestrahlung erfasst und daraus die Temperatur des Gargutbehälters bzw. des Topfbodens ermittelt.
Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren sind im Hinblick auf eine Verwendung bei Automatikfunktionen von Kocheinrichtungen, wie z. B. einem Herd, jedoch noch verbesserungsfähig. Beispielsweise stellt ein automatisches Aufkochen von Milch, ohne dass die Milch dabei überkocht, sehr hohe Anforderungen an die entsprechenden Vorrichtungen und Verfahren bezüglich der Reproduzierbarkeit und der Zuverlässigkeit. Ein wichtiger Aspekt für eine zuverlässige Bestimmung der Topftemperatur aus der erfassten Wärmestrahlungsleistung ist z. B. die Abgrenzung der nutzbaren Signale von störenden Hintergrundsignalen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Kocheinrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die Reproduzierbarkeit von Temperaturbestimmungen bei Kochvorgängen verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Kocheinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Bevorzugte Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Betreiben einer Kocheinrichtung mit wenigstens einem Kochfeld und mit wenigstens einer Heizeinrichtung zur Beheizung wenigstens eines Kochbereiches. Es ist wenigstens ein Messsystem mit wenigstens einer Sensoreinrichtung zur Erfassung wenigstens einer ersten charakteristischen Größe für Temperaturen des Kochbereichs vorgesehen. Dabei wird wenigstens ein Parameter ermittelt. Der Parameter beschreibt wenigstens eine statische Eigenschaft des Messsystems und wird zur Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs berücksichtigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass wenigstens ein Parameter berücksichtigt wird, der wenigstens eine statische Eigenschaft des Messsystems, wie z. B. die Anfangstemperatur des Sensorsystems oder die Anfangstemperatur der Glaskeramikplatte des Kochfelds, beschreibt. Die statische Eigenschaft kann z. B. durch einen Parameter beschrieben werden, welcher zu einem gegebenen Zeitpunkt ermittelt und anschließend über einen vorbestimmten Zeitraum beibehalten wird. Dadurch kann auf den gegenwärtigen Zustand oder auf die herrschenden Bedingungen im Umfeld des Messsystems rückgeschlossen werden, beispielsweise ob das Messsystem gerade in einer sehr warmen Umgebung arbeitet. Besonders vorteilhaft ist die Berücksichtigung eines solchen Parameters, um z. B. die gegenwärtigen oder auch die zu erwartenden Störanteile der Messsignale zu beurteilen und bei der Auswertung berücksichtigen zu können. Dadurch kann die Reproduzierbarkeit bei der Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs erheblich verbessert werden.
Der Parameter beschreibt insbesondere wenigstens eine Eigenschaft des Messsystems zu einem vorbestimmten Zeitpunkt. Vorzugsweise zu dem Zeitpunkt, in welchem der Parameter ermittelt wird, beispielsweise durch eine Messung. Der Parameter kann aber auch aus einem Mittelwert oder Median oder dergleichen von mehreren Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelt werden. Insbesondere wird eine Veränderung der Eigenschaften über die Zeit dabei nicht berücksichtigt, wie es z. B. bei einem Parameter der Fall wäre, welcher die dynamischen Eigenschaften des Messsystems beschreibt. Statische Eigenschaften des Messsystems sind beispielsweise Eigenschaften, welche sich nur unwesentlich über einen bestimmten Zeitraum ändern oder sich wesentlich langsamer verändern als z. B. dynamische Eigenschaften.
Der Parameter wird vorzugsweise zu einem gegebenen Zeitpunkt ermittelt. Möglich ist auch eine Ermittlung im Intervall und/oder eine kontinuierliche Ermittlung. Das Intervall kann dabei beliebig lang oder kurz gewählt werden. Vorzugsweise wird das Intervall dabei so gewählt, dass zu erwartende Veränderungen der statischen Eigenschaft des Messsystems ausreichende Berücksichtigung finden. Möglich ist, dass das Intervall eine Millisekunde oder weniger oder auch mehr als eine Millisekunde dauert, z. B. einige hundert Millisekunden. Möglich ist auch ein Intervall von einer Sekunde oder mehr oder auch von wenigstens einer Minute oder mehreren Minuten oder mehr.
Es ist möglich, dass zwei oder drei oder mehr Parameter ermittelt und/oder berücksichtigt werden. Die Parameter können dabei mit unterschiedlicher Gewichtung berücksichtigt werden. Die Parameter sind dabei insbesondere verschieden. Die Parameter können auch gleichartig sein. Gleichartige Parameter werden z. B. aus gleichen Messgrößen von verschiedenen Sensoren ermittelt.
Es ist auch möglich, dass wenigstens eine zweite charakteristische Größe für Temperaturen des Kochbereichs insbesondere durch die Sensoreinrichtung erfasst wird. Es können auch noch weitere charakteristische Größen für Temperaturen des Kochbereichs erfasst werden. Dabei kann aus wenigster einer und/oder wenigstens einem Teil der erfassten charakteristischen Größen wenigstens ein Parameter bestimmt werden.
Vorzugsweise umfasst die Heizeinrichtung wenigstens eine Induktionseinrichtung. Die Induktionseinrichtung ist insbesondere als eine Induktionsheizquelle ausgebildet und umfasst wenigstens eine Induktionsspule. Es ist möglich, dass die Induktionseinrichtung eine Mehrzahl oder auch eine Vielzahl kleinerer Induktionsspulen umfasst. Dann ist es möglich, dass sich die Kochstelle beispielsweise flexibel durch Platzierung eines Gargutbehälters ergibt. Möglich ist es auch, dass feste Kochstellen vorgegeben werden.
Der Kochbereich kann auch wenigstens einen Gargutbehälter aufweisen, z. B. einen Topf oder eine Pfanne, welche dort abgestellt wurden. Dabei wird bevorzugt die Temperatur des Bodens des Gargutbehälters im Kochbereich ermittelt.
Bevorzugt wird der Parameter unter Berücksichtigung einer Messgröße ermittelt. Die Messgröße ist dabei insbesondere eine sensorisch erfasste Messgröße. Dabei kann die Messgröße direkt als Parameter eingesetzt werden. Möglich ist aber auch, dass die Messgröße in eine andere physikalische Größe umgerechnet wird und dann als Parameter eingesetzt wird. Beispielsweise kann der erfasste elektrische Widerstand eines NTC-Widerstands in eine Temperatur umgerechnet werden, wobei die Temperatur dann als Parameter direkt oder nach einer weiteren Verrechnung indirekt verwendet werden kann.
Die Messgröße kann z. B. eine Temperatur, eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom oder Widerstand sein, beispielsweise von der Heizeinrichtung oder der Sensoreinrichtung. Es kann auch wenigstens eine Messgröße sein, welche im regelmäßigen Betrieb der Kocheinrichtung bereits erfasst wird, z. B. die von einem Sicherheitssensor erfasste Temperatur oder der von einer Steuereinrichtung erfasste Leistungskennwert der Induktionsspule.
Besonders bevorzugt charakterisiert der Parameter wenigstens eine Temperatur wenigstens eines Bereichs der Sensoreinrichtung. Dabei kann der Parameter direkt oder auch indirekt aus wenigstens einer Messgröße ermittelt werden, welche charakteristisch für die Temperatur wenigstens eines Bereichs der Sensoreinrichtung ist. Z. B. kann die Temperatur eines Bauteils der Sensoreinrichtung durch ein Widerstandsthermometer erfasst werden. Vorzugsweise werden Temperaturen mehrerer Bereiche bzw. Bauteile erfasst und als Parameter eingesetzt bzw. in einen Parameter umgerechnet, z. B. einen Mittelwert oder dergleichen.
Ein solcher Parameter ermöglicht es, das Auftreten von unerwünschter Störstrahlung zu bewerten, welche durch die Betriebswärme umliegender Komponenten entsteht und in einem Erfassungsbereich der Sensoreinrichtung hineinstrahlt. Somit kann diese Störstrahlung berücksichtigt und bei der Temperaturbestimmung entsprechend herausgerechnet werden, wodurch die Reproduzierbarkeit der Messungen weiter verbessert wird.
Ebenfalls besonders bevorzugt umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens eine Sensoreinheit. Vorzugsweise charakterisiert der Parameter dabei die Temperatur wenigstens eines Bereichs der Sensoreinheit. Insbesondere weist die Sensoreinheit wenigstens ein integriertes Sensorelement auf, welches die Temperatur der Sensoreinheit erfasst, wie es beispielsweise für die Referenzmessung bzw. Vergleichsstellenmessung bei einem Thermoelement oder bei einer Thermosäule, welche auch als Thermopile bezeichnet wird, vorgesehen ist. Möglich ist aber auch wenigstens ein externes bzw. separates Sensorelement. Die vom Sensorelement erfasste Messgröße wird dabei als Parameter eingesetzt oder in einen Parameter umgerechnet.
Die Berücksichtigung der Eigentemperatur der Sensoreinheit ist besonders vorteilhaft, da die von der Sensoreinheit selbst ausgehende Wärmestrahlung einen erheblichen Anteil an der Störstrahlung darstellt. Durch einen Parameter, der die Temperatur der Sensoreinheit beschreibt, kann diese Störstrahlung entsprechend berücksichtigt werden. Dadurch verbessert sich die Reproduzierbarkeit der Temperaturbestimmung erheblich.
Möglich ist, dass die Sensoreinrichtung wenigstens teilweise vom Kochbereich stammende Wärmestrahlung als die erste charakteristische Größe für Temperaturen des Kochbereichs erfasst. Vorzugsweise geht die Wärmestrahlung überwiegend vom Kochbereich aus. Die Sensoreinrichtung kann dazu wenigstens eine Sensoreinheit umfassen. Die Sensoreinheit gibt dabei als Ausgangssignal eine erste Größe aus, welche charakteristisch für die Wärmestrahlungsleistung ist, wie beispielsweise die Spannung eines Thermoelements oder einer Thermosäule bzw. Thermopile.
Insbesondere stammt die als erste charakteristische Größe erfasste Wärmestrahlung wenigstens teilweise und vorzugsweise zu einem überwiegenden Teil von einem im Kochbereich positionierten Gargutbehälter. Bevorzugt weist die Sensoreinheit dabei eine Wellenlängen-selektive Filtereinrichtung auf.
Die Sensoreinrichtung kann wenigstens eine zweite charakteristische Größe erfassen. Bevorzugt ist dazu wenigstens eine weitere Sensoreinheit vorgesehen. Die zweite charakteristische Größe ist dabei insbesondere Wärmestrahlung, welche wenigstens zu einem überwiegenden Teil von einer Trägereinrichtung ausgeht. Die Trägereinrichtung ist insbesondere zur Positionierung eines Gargutbehälters vorgesehenen. Die Trägereinrichtung ist vorzugsweise eine Glaskeramikplatte und/oder ein sogenanntes Ceran-Feld. Die weitere Sensoreinheit kann auch als Wärmesensor ausgebildet sein, welcher die Temperatur der Trägereinrichtung direkt erfasst, z. B. als Widerstandsthermometer.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Temperatur des Kochbereichs aus der ersten charakteristischen Größe unter Berücksichtigung der zweiten charakteristischen Größe bestimmt. Daran ist vorteilhaft, dass die zuvor bestimmte Temperatur der Trägereinrichtung bei der Bestimmung der Temperatur des Gargutbehälters im Kochbereich entsprechend herausgerechnet werden kann.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Emissionseigenschaften des Kochbereichs für Wärmestrahlung wenigstens teilweise berücksichtigt werden. Insbesondere wird der Emissionsgrad und/oder der Reflexionsgrad und/oder der Transmissionsgrad eines im Kochbereich positionierten Gargutbehälters bestimmt. Dazu kann ein Kalibrierverfahren beispielsweise mit einer Strahlungsquelle vorgesehen sein. Somit kann die Temperatur des Gargutbehälters kann sehr zuverlässig aus der erfassten Wärmestrahlung bestimmt werden.
Es ist auch bevorzugt, dass wenigstens ein weiterer Parameter ermittelt und zur Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs berücksichtigt wird. Der weitere Parameter beschreibt vorzugsweise wenigstens eine dynamische Eigenschaft des Messsystems, beispielsweise eine Änderung der vom Messsystem erfassten Werte über die Zeit.
Insbesondere ist der weitere Parameter wenigstens ein Wert für die zeitliche Veränderung der von der Sensoreinrichtung erfassten ersten und/oder zweiten charakteristischen Größe und/oder für die zeitliche Veränderung der Temperatur wenigstens eines Bereichs der Sensoreinrichtung. Vorzugsweise wird die Veränderung der ersten und/oder der zweiten charakteristischen Größe als zeitliche Ableitung oder als Steigung der Regressionsgeraden bestimmt und als Parameter eingesetzt. Möglich sind auch zwei oder mehr weitere Parameter. Die Berücksichtigung eines solchen weiteren Parameters ist besonders vorteilhaft bei der Bewertung von Nutzsignalen und der Abgrenzung zu Störsignalen einsetzbar. Dadurch kann die Reproduzierbarkeit bei der Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs vorteilhaft verbessert werden.
Insbesondere wird die Heizeinrichtung in Abhängigkeit der von der Sensoreinrichtung erfassten ersten charakteristischen Größe gesteuert wird. Die Heizeinrichtung kann auch in Abhängigkeit der zweiten charakteristischen Größe gesteuert werden. Möglich ist auch, dass die Heizeinrichtung in Abhängigkeit der ersten und zweiten charakteristischen Größe gesteuert wird. Vorzugsweise wird die Heizeinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur gesteuert, welche anhand der ersten und der zweiten charakteristischen Größe bestimmt wird.
Die Heizeinrichtung wird bevorzugt in Abhängigkeit der Temperatur des Kochbereichs gesteuert, welche unter Berücksichtigung des Parameters bestimmt wird. Die Temperatur des Kochbereichs kann dabei auch unter Berücksichtigung des weiteren Parameters bestimmt werden. Möglich ist auch eine Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs unter Berücksichtigung des Parameters und des weiteren Parameters. Dadurch kann die Heizeinrichtung besonders zuverlässig gesteuert werden, weil die zur Steuerung herangezogene Temperatur durch die Berücksichtigung der Parameter entsprechend genau bestimmt wurde.
Die erfindungsgemäße Kocheinrichtung umfasst wenigstens ein Kochfeld und wenigstens eine Heizeinrichtung. Die Heizeinrichtung ist zur Beheizung wenigstens eines Kochbereiches vorgesehen. Weiter umfasst die Kocheinrichtung wenigstens ein Messsystem mit wenigstens einer Sensoreinrichtung zur Erfassung wenigstens einer ersten charakteristischen Größe für Temperaturen des Kochbereichs. Es ist wenigstens eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Heizeinrichtung in Abhängigkeit der von der Sensoreinrichtung erfassten ersten charakteristischen Größe vorgesehen. Dabei ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, wenigstens einen wenigstens eine statische Eigenschaft des Messsystems beschreibenden Parameter zu ermitteln und den Parameter zur Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs zu berücksichtigen.
Die erfindungsgemäße Kocheinrichtung hat zahlreiche Vorteile. Besonders vorteilhaft ist die Steuereinrichtung, welche die Temperatur im Kochbereich berechnet und dabei wenigstens einen Parameter berücksichtigt, welcher wenigstens eine statische Eigenschaft des Messsystems beschreibt. Dadurch kann unerwünschte Störstrahlung, welche z. B. von im Betrieb erwärmten Bereichen ausgeht, ermittelt und berücksichtigt werden. Dadurch wird die ermittelte Temperatur genauer und reproduzierbarer.
Dabei ist es bevorzugt und vorteilhaft, dass die Sensoreinrichtung wenigstens ein Sensorelement zur Erfassung wenigstens einer charakteristischen Messgröße für eine Temperatur wenigstens eines Bereichs der Sensoreinrichtung aufweist. Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, zur Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs die charakteristische Messgröße der Temperatur wenigstens eines Bereichs der Sensoreinrichtung als wenigstens einen statischen Parameter zu berücksichtigen.
Insbesondere weist wenigstens eine Sensoreinheit der Sensoreinrichtung als Thermosäule bzw. Thermopile ausgebildet und weist ein integriertes Sensorelement für die Vergleichsstellenmessung auf. Möglich ist aber auch wenigstens ein externes bzw. separates Sensorelement, wie z. B. ein Widerstandsthermometer bzw. ein Heißleiter oder Kaltleiter. Durch die Berücksichtigung der Eigentemperatur der Sensoreinheit verbessert sich die Reproduzierbarkeit der Temperaturbestimmung.
Bei der Bestimmung der Temperatur im Kochbereich können die jeweiligen Werte vorzugsweise mittels linearer und/oder nicht-linearer Gleichungssysteme und/oder mittels Fuzzylogik und/oder mittels wenigstens eines künstlichen neuronalen Netzes verrechnet werden. Die jeweiligen Werte sind dabei insbesondere die erste und/oder die zweite charakteristische Größe und/oder die Emissionseigenschaften des Messsystems und insbesondere der Emissionsgrad des Gargutbehälters und/oder der wenigstens eine Parameter und/oder der wenigstens eine weitere Parameter. Die Steuereinrichtung kann zu einer solchen Verrechnung entsprechend ausgebildet und geeignet sein.
Bevorzugt ist die Kocheinrichtung so ausgestaltet, dass sie für das erfindungsgemäße Verfahren und vorzugsweise auch für die Weiterbildungen des Verfahrens geeignet ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kocheinrichtung an einem Gargerät in perspektivischer Ansicht;
2 eine schematisierte Kocheinrichtung in einer geschnittenen Ansicht;
3 eine weitere Kocheinrichtung in einer schematischen, geschnittenen Ansicht;
4 eine andere Kocheinrichtung in einer einer schematischen, geschnittenen Ansicht;
5 eine Skizze eines Verlaufs der Ausgangssignale der Sensoreinheiten; und
6 eine Skizze eines anderen Verlaufs der Ausgangssignale der Sensoreinheiten.
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kocheinrichtung 1, welche hier als Teil eines Gargerätes 100 ausgeführt ist. Die Kocheinrichtung 1 bzw. das Gargerät 100 können sowohl als Einbaugerät als auch als autarke Kocheinrichtung 1 bzw. alleinstehendes Gargerät 100 ausgebildet sein.
Die Kocheinrichtung 1 umfasst hier ein Kochfeld 11 mit vier Kochstellen 21. Jede der Kochstellen 21 weist hier wenigstens einen beheizbaren Kochbereich 31 zum Garen von Speisen auf. Zur Beheizung des Kochbereichs 31 ist insgesamt eine oder aber für jede Kochstelle 21 jeweils eine hier nicht dargestellte Heizeinrichtung 2 vorgesehen. Die Heizeinrichtungen 2 sind als Induktionsheizquellen ausgebildet und weisen dazu jeweils eine Induktionseinrichtung 12 auf.
Möglich ist aber auch, dass ein Kochbereich 31 keiner bestimmten Kochstelle 21 zugeordnet ist, sondern einen beliebigen Ort auf dem Kochfeld 11 darstellt. Dabei kann der Kochbereich 31 mehrere Induktionseinrichtungen 12 und insbesondere mehrere Induktionsspulen aufweisen und als Teil einer sogenannten Vollflächeninduktionseinheit ausgebildet sein. Beispielsweise kann bei einem solchen Kochbereich 31 einfach ein Topf an einer beliebigen Stelle auf das Kochfeld 11 gestellt werden, wobei während des Kochbetriebes nur die entsprechenden Induktionsspulen im Bereich des Topfes angesteuert werden oder aktiv sind. Andere Arten von Heizeinrichtungen 2 sind aber auch möglich, wie z. B. Gas-, Infrarot- oder Widerstandsheizquellen.
Die Kocheinrichtung 1 ist hier über die Bedieneinrichtungen 105 des Gargerätes 100 bedienbar. Die Kocheinrichtung 1 kann aber auch als autarke Kocheinrichtung 1 mit einer eigenen Bedien- und Steuereinrichtung ausgebildet sein. Möglich ist auch eine Bedienung über eine berührungsempfindliche Oberfläche oder einen Touchscreen oder aus der Ferne über einen Computer, ein Smartphone oder dergleichen.
Das Gargerät 100 ist hier als ein Herd mit einem Garraum 103 ausgebildet, welcher durch eine Garraumtür 104 verschließbar ist. Der Garraum 103 kann durch verschiedene Heizquellen, wie beispielsweise eine Umluftheizquelle, beheizt werden. Weitere Heizquellen, wie ein Oberhitzeheizkörper und ein Unterhitzeheizkörper sowie eine Mikrowellenheizquelle oder eine Dampfquelle und dergleichen können vorgesehen sein.
Weiterhin weist die Kocheinrichtung 1 ein hier nicht dargestelltes Messsystem 300 mit einer Sensoreinrichtung 3 auf, welche zur Erfassung einer ersten und einer zweiten charakteristischen Größe für Temperaturen des Kochbereichs 31 geeignet ist. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung 3 eine Größe erfassen, über welche die Temperatur eines Topfes bestimmt werden kann, der in dem Kochbereich 31 abgestellt ist. Dabei kann jedem Kochbereich 31 und/oder jeder Kochstelle 21 eine Sensoreinrichtung 3 zugeordnet sein. Möglich ist aber auch, dass mehrere Kochbereiche 31 und/oder Kochstellen 21 vorgesehen sind, von denen nicht alle eine Sensoreinrichtung 3 und/oder wenigstens zwei eine gemeinsame Sensoreinrichtung 3 aufweisen.
Die Sensoreinrichtung 3 ist hier mit einer Steuereinrichtung 106 wirkverbunden. Die Steuereinrichtung 106 ist dazu ausgebildet, aus der ersten und zweiten charakteristischen Größe die Temperatur eines Gargefäßes 200 im Kochbereich 31 zu bestimmen. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 106 dazu geeignet und ausgebildet, aus den erfassten charakteristischen Größen eine zeitliche Ableitung zu bestimmen und diese bei der Temperaturbestimmung als einen Parameter zu berücksichtigen, welcher eine dynamische Eigenschaft des Messsystems 300 beschreibt. Es können dazu auch zwei oder mehr separate und miteinander wirkverbundene Steuereinrichtungen 106 vorgesehen sein.
Die Kocheinrichtung 1 ist bevorzugt für einen automatischen Kochbetrieb ausgebildet und verfügt über verschiedene Automatikfunktionen. Beispielsweise kann mit der Automatikfunktion eine Suppe kurz aufgekocht und anschließend warmgehalten werden, ohne dass ein Benutzer den Kochvorgang betreuen oder eine Heizstufe einstellen muss. Dazu stellt er den Topf mit der Suppe auf eine Kochstelle 21 und wählt über die Bedieneinrichtung 105 die entsprechende Automatikfunktion, hier z. B. ein Aufkochen mit anschließendem Warmhalten bei 60°C oder 70°C oder dergleichen.
Bei Benutzung der Automatikfunktion wird mittels der Sensoreinrichtung 3 während des Kochvorgangs die Temperatur des Topfbodens ermittelt. In Abhängigkeit der gemessenen Werte stellt die Steuereinrichtung 106 die Heizleistung der Heizeinrichtung 2 entsprechend ein. Bei Erreichen der gewünschten Temperatur bzw. beim Aufkochen der Suppe wird die Heizleistung heruntergeregelt. Beispielsweise ist es durch die Automatikfunktion auch möglich, einen längeren Garvorgang bei einer oder mehreren verschiedenen gewünschten Temperaturen durchzuführen, z. B. um Milchreis langsam gar ziehen zu lassen.
In der 2 ist eine Kocheinrichtung 1 in einer geschnittenen Seitenansicht stark schematisiert dargestellt. Die Kocheinrichtung 1 weist hier eine als Glaskeramikplatte 15 ausgebildete Trägereinrichtung 5 auf. Die Glaskeramikplatte 15 kann insbesondere als Ceranfeld oder dergleichen ausgebildet sein oder wenigstens ein solches umfassen. Möglich sind auch andere Arten von Trägereinrichtungen 5. Auf der Glaskeramikplatte 15 befindet sich hier ein Kochgeschirr oder Gargutbehälter 200, beispielsweise ein Topf oder eine Pfanne, in welchem Gargut bzw. Speisen gegart werden können. Weiterhin ist eine Sensoreinrichtung 3 vorgesehen, welche hier Wärmestrahlung in einem Erfassungsbereich 83 erfasst. Der Erfassungsbereich 83 ist dabei in Einbaulage der Kocheinrichtung 1 oberhalb der Sensoreinrichtung 3 vorgesehen und erstreckt sich nach oben durch die Glaskeramikplatte 15 bis hin zum Gargutbehälter 200 und darüber hinaus, falls dort kein Gargutbehälter 200 platziert ist. Unterhalb der Glaskeramikplatte 15 ist eine Induktionseinrichtung 12 zur Beheizung des Kochbereichs 31 angebracht. Die Induktionseinrichtung 12 ist hier ringförmig ausgebildet und weist in der Mitte eine Ausnehmung auf, in welcher die Sensoreinrichtung 3 angebracht ist. Eine solche Anordnung der Sensoreinrichtung 3 hat den Vorteil, dass auch bei einem nicht mittig auf der Kochstelle 21 ausgerichtetem Gargutbehälter 200 dieser noch in dem Erfassungsbereich 83 der Sensoreinrichtung steht.
Die 3 zeigt eine schematisierte Kocheinrichtung 1 in einer geschnittenen Seitenansicht. Die Kocheinrichtung 1 weist eine Glaskeramikplatte 15 auf, unterhalb welcher die Induktionseinrichtung 12 und die Sensoreinrichtung 3 angebracht sind.
Die Sensoreinrichtung 3 weist eine erste Sensoreinheit 13 und eine andere Sensoreinheit 23 auf. Beide Sensoreinheiten 13, 23 sind zur berührungslosen Erfassung von Wärmestrahlung geeignet und als Thermosäule bzw. Thermopile ausgebildet. Die Sensoreinheiten 13, 23 sind mit jeweils einer Filtereinrichtung 43, 53 ausgestattet und zur Erfassung von Wärmestrahlung, welche vom Kochbereich 31 ausgeht, vorgesehen. Die Wärmestrahlung geht beispielsweise vom Boden eines Gargutbehälters 200 aus, durchdringt die Glaskeramikplatte 15 und gelangt auf die Sensoreinheiten 13, 23. Die Sensoreinrichtung 3 ist vorteilhafterweise direkt unterhalb der Glaskeramikplatte 15 angebracht, um einen möglichst großen Anteil der vom Kochbereich 31 ausgehenden Wärmestrahlung ohne große Verluste erfassen zu können. Damit sind die Sensoreinheiten 13, 23 nahe unterhalb der Glaskeramikplatte 15 vorgesehen.
Weiterhin ist eine magnetische Abschirmeinrichtung 4 vorgesehen, welche hier aus einem Ferritkörper 14 besteht. Der Ferritkörper 14 ist hier im Wesentlichen als ein hohler Zylinder ausgebildet und umgibt ringartig die Sensoreinheiten 13, 23. Die magnetische Abschirmeinrichtung 4 schirmt die Sensoreinrichtung 3 gegen elektromagnetische Wechselwirkungen und insbesondere gegen das elektromagnetische Feld der Induktionseinrichtung 12 ab. Ohne eine solche Abschirmung könnte das magnetische Feld, welches die Induktionseinrichtung 12 beim Betrieb erzeugt, in unerwünschter Weise auch Teile der Sensoreinrichtung 3 erwärmen und somit zu einer unzuverlässigen Temperaturerfassung und einer schlechteren Messgenauigkeit führen. Die magnetische Abschirmeinrichtung 4 verbessert somit die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Temperaturerfassung erheblich.
Die magnetische Abschirmeinrichtung 4 kann auch wenigstens zu einem Teil aus wenigstens einem wenigstens teilweise magnetischen Material und einem wenigstens teilweise elektrisch nicht-leitenden Material bestehen. Das magnetische Material und das elektrisch nicht-leitende Material können dabei abwechselnd und schichtartig angeordnet sein. Möglich sind auch andere Materialien bzw. Werkstoffe, welche wenigstens teilweise magnetische Eigenschaften aufweisen und zudem elektrisch isolierende Eigenschaften oder wenigstens eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Die Sensoreinrichtung 3 weist wenigstens eine optische Schirmeinrichtung 7 auf, welche dazu vorgesehen ist, Strahlungseinflüsse und insbesondere Wärmestrahlung abzuschirmen, die von außerhalb des Erfassungsbereichs 83 auf die Sensoreinheiten 13, 23 wirken. Dazu ist die optische Schirmeinrichtung 7 hier als eine Röhre oder ein Zylinder 17 ausgebildet, wobei der Zylinder 17 hohl ausgestaltet ist und die Sensoreinheiten 13, 23 etwa ringförmig umgibt. Der Zylinder 17 ist hier aus Edelstahl gefertigt. Das hat den Vorteil, dass der Zylinder 17 eine reflektive Oberfläche aufweist, welche einen großen Anteil der viel Wärmestrahlung reflektiert bzw. möglichst wenig Wärmestrahlung absorbiert. Die hohe Reflektivität der Oberfläche an der Außenseite des Zylinders 17 ist besonders vorteilhaft für die Abschirmung gegen Wärmestrahlung. Die hohe Reflektivität der Oberfläche an der Innenseite des Zylinders 17 ist auch vorteilhaft, um Wärmestrahlung aus (und insbesondere nur aus) dem Erfassungsbereich 83 zu den Sensoreinheiten 13, 23 hinzuleiten. Die optische Schirmeinrichtung 7 kann auch als eine Wandung ausgestaltet sein, welche die Sensoreinrichtung 13, 23 wenigstens teilweise und bevorzugt ringartig umgibt. Der Querschnitt kann rund, mehreckig, oval oder abgerundet sein. Auch möglich ist auch eine Ausgestaltung als Konus.
Weiterhin ist eine Isolierungseinrichtung 8 zur thermischen Isolierung vorgesehen, welche zwischen der optischen Schirmeinrichtung 7 und der magnetischen Abschirmeinrichtung 4 angeordnet ist. Die Isolierungseinrichtung 8 besteht hier aus einer Luftschicht 18, welche sich zwischen dem Ferritkörper 14 und dem Zylinder 17 aufhält. Vorzugsweise findet kein Austausch mit der Umgebungsluft, um Konvektion zu vermeiden. Möglich ist aber auch ein Austausch mit der Umgebungsluft. Durch die Isolierungseinrichtung 8 wird insbesondere einer Wärmeleitung vom Ferritkörper 14 zum Zylinder 17 entgegen gewirkt. Zudem ist der Zylinder 17, wie bereits oben erwähnt, mit einer reflektierenden Oberfläche ausgerüstet, um einem Wärmeübergang vom Ferritkörper 14 zum Zylinder 17 durch Wärmestrahlung entgegen zu wirken. Eine solche Zwiebelschalen-artige Anordnung mit einer äußeren magnetischen Abschirmeinrichtung 4 und einer inneren optischen Schirmeinrichtung 7 sowie einer dazwischen liegenden Isolierungseinrichtung 8 bietet eine besonders gute Abschirmung der Sensoreinheiten 13, 23 vor Strahlungseinflüssen von außerhalb des Erfassungsbereichs 83. Das wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Reproduzierbarkeit bzw. Zuverlässigkeit der Temperaturerfassung aus. Die Isolierungseinrichtung 8 hat insbesondere eine Dicke zwischen etwa 0,5 mm und 5 mm und bevorzugt eine Dicke von 0,8 mm bis 2 mm und besonders bevorzugt eine Dicke von circa 1 mm.
Die Isolierungseinrichtung 8 kann aber auch wenigstens ein Medium mit einer entsprechend geringen Wärmeleitung, wie z. B. ein Schaumstoffmaterial und/oder ein Polystrolkunststoff oder einen anderen geeigneten Isolierstoff umfassen.
Die Sensoreinheiten 13, 23 sind hier an einer thermischen Ausgleichseinrichtung 9 thermisch leitend angeordnet und insbesondere thermisch leitend mit der thermischen Ausgleichseinrichtung 9 gekoppelt. Die thermische Ausgleichseinrichtung 9 weist dazu zwei Koppeleinrichtungen auf, welche hier als Vertiefungen ausgebildet sind, in denen die Sensoreinheiten 13, 23 passgenau eingebettet sind. Dadurch wird gewährleistet, dass sich die Sensoreinheiten 13, 23 auf einem gemeinsamen und relativ konstanten Temperaturniveau befinden. Zudem sorgt die thermische Ausgleichseinrichtung 9 für eine homogene Eigentemperatur der Sensoreinheit 13, 23, wenn sich diese im Betrieb der Kocheinrichtung 1 erwärmt. Eine ungleiche Eigentemperatur kann insbesondere bei als Thermosäulen ausgebildeten Sensoreinheiten 13, 23 zu Artefakten bei der Erfassung führen. Zur Vermeidung einer Erwärmung der thermischen Ausgleichseinrichtung 9 durch den Zylinder 17 ist eine Beabstandung zwischen Zylinder 17 und thermischer Ausgleichseinrichtung 9 vorgesehen. Die Kupferplatte 19 kann auch als Boden 27 des Zylinders 17 vorgesehen sein.
Um eine geeignete thermische Stabilisierung zu ermöglichen, ist die thermische Ausgleichseinrichtung 9 hier als eine massive Kupferplatte 19 ausgebildet. Möglich ist aber auch wenigstens zum Teil ein anderer Werkstoff mit einer entsprechend hohen Wärmekapazität und/oder einer hohen Wärmeleitfähigkeit.
Die Sensoreinrichtung 3 weist hier eine Strahlungsquelle 63 auf, welche zur Bestimmung der Reflexionseigenschaften des Messsystems bzw. des Emissionsgrades eines Gargutbehälters 200 einsetzbar ist. Die Strahlungsquelle 63 ist hier als eine Lampe 111 ausgebildet, welche ein Signal im Wellenlängenbereich des Infrarotlichts sowie des sichtbaren Lichts aussendet. Die Strahlungsquelle 63 kann auch als Diode oder dergleichen ausgebildet sein. Die Lampe 111 wird hier neben der Reflexionsbestimmung auch zur Signalisierung des Betriebszustandes der Kocheinrichtung 1 eingesetzt.
Um die Strahlung der Lampe 111 auf den Erfassungsbereich 83 zu fokussieren, ist ein Bereich der thermischen Ausgleichseinrichtung 9 bzw. der Kupferplatte 19 als ein Reflektor ausgebildet. Dazu weist die Kupferplatte 19 eine konkav gestaltete Senke auf, in welcher die Lampe 111 angeordnet ist. Die Kupferplatte 19 ist zudem mit einer goldhaltigen Beschichtung überzogen, um die Reflektivität zu erhöhen. Die goldhaltige Schicht hat den Vorteil, dass sie die thermische Ausgleichseinrichtung 9 auch vor Korrosion schützt.
Die thermische Ausgleichseinrichtung 9 ist an einer als Kunststoffhalter ausgeführten Halteeinrichtung 10 angebracht. Die Halteeinrichtung 10 weist eine hier nicht dargestellte Verbindungseinrichtung auf, mittels welcher die Halteeinrichtung 10 an einer Auflageeinrichtung 30 verrastbar ist. Die Auflageeinrichtung 30 ist hier als eine Leiterkarte 50 ausgebildet. Auf der Auflageeinrichtung 30 bzw. der Leiterkarte 50 können auch weitere Bauteile vorgesehen sein, wie z. B. elektronische Bauelemente, Steuer- und Recheneinrichtungen und/oder Befestigungs- oder Montageelemente.
Zwischen der Glaskeramikplatte 15 und der Induktionseinrichtung 12 ist eine Dichtungseinrichtung 6 vorgesehen, welche hier als eine Mikanitschicht 16 ausgebildet ist. Die Mikanitschicht 16 dient zur thermischen Isolierung, damit die Induktionseinrichtung 12 nicht durch die Wärme des Kochbereichs 31 erhitzt wird. Zudem ist hier noch eine Mikanitschicht 16 zur thermischen Isolierung zwischen dem Ferritkörper 14 und der Glaskeramikplatte 15 vorgesehen. Das hat den Vorteil, dass die Wärmeübertragung von der im Betrieb heißen Glaskeramikplatte 15 zum Ferritkörper 14 stark eingeschränkt ist. Dadurch geht vom Ferritkörper 14 kaum Wärme aus, welche auf die Isolierungseinrichtung 8 oder die optische Schirmeinrichtung übertragen werden könnte. Die Mikanitschicht 16 wirkt somit einem unerwünschten Wärmeübergang auf die Sensoreinrichtung 3 entgegen, was die Zuverlässigkeit der Messungen erhöht. Zudem dichtet die Mikanitschicht 16 die Sensoreinrichtung 3 staubdicht gegen die restlichen Bereiche der Kocheinrichtung 1 ab. Die Mikanitschicht 16 hat insbesondere eine Dicke zwischen etwa 0,2 mm und 4 mm, vorzugsweise von 0,2 mm bis 1,5 mm und besonders bevorzugt eine Dicke von 0,3 mm bis 0,8 mm.
Die Kocheinrichtung 1 weist an der Unterseite eine Abdeckeinrichtung 41 auf, welche hier als eine Aluminiumplatte ausgebildet ist und die Induktionseinrichtung 12 abdeckt. Die Abdeckeirichtung 41 ist mit einem Gehäuse 60 der Sensoreirichtung 3 über eine Verschraubung 122 verbunden. Innerhalb des Gehäuses 60 ist die Sensoreinrichtung 3 relativ zu der Glaskeramikplatte 15 elastisch angeordnet. Dazu ist eine Dämpfungseinrichtung 102 vorgesehen, welche hier eine Federeinrichtung 112 aufweist.
Die Federeinrichtung 112 ist an einem unteren Ende mit der Innenseite des Gehäuses 60 und an einem oberen Ende mit der Leiterkarte 50 verbunden. Dabei drückt die Federeinrichtung 112 die Leiterkarte 50 mit dem Ferritkörper 14 und die auf diesem angebrachte Mikanitschicht 16 nach oben gegen die Glaskeramikplatte 15. Eine solche elastische Anordnung ist besonders vorteilhaft, da die Sensoreinrichtung 3 aus messtechnischen Gründen möglichst nah an der Glaskeramikplatte 15 angeordnet sein soll. Diese direkt benachbarte Anordnung der Sensoreinrichtung 3 an der Glaskeramikplatte 15 könnte bei Stößen oder Schlägen auf die Glaskeramikplatte 15 zu Beschädigungen an dieser führen. Durch die elastische Aufnahme der Sensoreinrichtung 3 relativ zu der Trägereinrichtung 5 werden Stöße oder Schläge auf die Glaskeramikplatte 15 gedämpft und solche Schäden somit zuverlässig vermieden.
Eine beispielhafte Messung, bei welcher die Temperatur des Bodens eines auf der Glaskeramikplatte 15 stehenden Topfes mit der Sensoreinrichtung 3 bestimmt werden soll, ist nachfolgend kurz erläutert:
Bei der Messung erfasst die erste Sensoreinheit 13 vom Topfboden ausgehende Wärmestrahlung als Mischstrahlung zusammen mit der Wärmestrahlung, welche von der Glaskeramikplatte 15 ausgesendet wird. Um daraus eine Strahlungsleistung des Topfbodens ermitteln zu können, wird der Anteil der von der Glaskeramikplatte 15 ausgehenden Strahlungsleistung aus der Mischstrahlungsleistung herausgerechnet. Um diesen Anteil zu bestimmen, ist die andere Sensoreinheit 23 dazu vorgesehen, nur die Wärmestrahlung der Glaskeramikplatte 15 zu erfassen. Dazu weist die andere Sensoreinheit 23 eine Filtereinrichtung 53 auf, welche im Wesentlichen nur Strahlung mit einer Wellenlänge größer 5 μm zur Sensoreinheit 23 durchlässt. Grund dafür ist, dass Strahlung mit einer Wellenlänge größer 5 μm nicht bzw. kaum von der Glaskeramikplatte 15 durchgelassen wird. Die andere Sensoreinheit 23 erfasst also im Wesentlichen die von der Glaskeramikplatte 15 ausgesendete Wärmestrahlung. Mit der Kenntnis des Anteils der Wärmestrahlung, welche von der Glaskeramikplatte 15 ausgesendet wird, kann in an sich bekannterweise der Anteil der Wärmestrahlung, welche vom Topfboden ausgeht, bestimmt werden.
Für ein gutes Messergebnis ist es wünschenswert, dass ein möglichst großer Teil der vom Topfboden ausgehenden Wärmestrahlung auf die erste Sensoreinheit 13 gelangt und von dieser erfasst wird. Für Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 4 μm weist die Glaskeramikplatte 15 hier eine Transmission von ungefähr 50% auf. Somit kann in diesem Wellenlängenbereich ein großer Teil der vom Topfboden ausgehenden Wärmestrahlung durch die Glaskeramikplatte 15 gelangen. Eine Erfassung in diesem Wellenlängenbereich ist daher besonders günstig. Entsprechend ist die erste Sensoreinheit 13 mit einer Filtereinrichtung 43 ausgestattet, die für Strahlung in diesem Wellenlängenbereich sehr durchlässig ist, während die Filtereinrichtung 43 Strahlung aus anderen Wellenlängenbereichen im Wesentlichen reflektiert. Die Filtereinrichtungen 43, 53 sind hier jeweils als ein Interferenzfilter ausgebildet und insbesondere als ein Bandpassfilter bzw. als ein Langpassfilter ausgeführt.
Die Ermittlung einer Temperatur aus einer bestimmten Strahlungsleistung ist ein an sich bekanntes Verfahren. Entscheidend dabei ist, dass der Emissionsgrad des Körpers bekannt ist, von welchen die Temperatur bestimmt werden soll. Im vorliegenden Fall muss für eine zuverlässige Temperaturbestimmung also der Emissionsgrad des Topfbodens bekannt sein oder ermittelt werden. Die Sensoreinrichtung 3 hat hier den Vorteil, dass sie zur Bestimmung des Emissionsgrades eines Gargutbehälters 200 ausgebildet ist. Das ist besonders vorteilhaft, da somit ein beliebiges Kochgeschirr verwendet werden kann und nicht etwa nur ein bestimmter Gargutbehälter, dessen Emissionsgrad vorher bekannt sein muss.
Um den Emissionsgrad des Topfbodens zu bestimmten, sendet die Lampe 111 ein Signal aus, welches einen Anteil an Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich des Infrarotlichts aufweist. Die Strahlungsleistung bzw. die Wärmestrahlung der Lampe 111 gelangt durch die Glaskeramikplatte 15 auf den Topfboden und wird dort teilweise reflektiert und teilweise absorbiert. Die reflektierte Strahlung gelangt durch die Glaskeramikplatte 15 zurück zu der Sensoreinrichtung 3, wo sie von der ersten Sensoreinheit 13 als Mischstrahlung vom Topfboden und von der Glaskeramikplatte 15 erfasst wird. Gleichzeitig mit der reflektierten Signalstrahlung gelangt also auch die eigene Wärmestrahlung des Topfbodens und der Glaskeramikplatte auf die erste Sensoreinheit 13. Daher wird anschließend die Lampe 111 ausgeschaltet und nur die Wärmestrahlung des Topfbodens und der Glaskeramikplatte erfasst. Der Anteil der reflektierten Signalstrahlung ergibt sich dann prinzipiell aus der zuvor erfassten Gesamtstrahlung abzüglich der Wärmestrahlung des Topfbodens und der Glaskeramikplatte.
Mit Kenntnis des Anteils der vom Topfboden reflektierten Signalstrahlung kann der Absorptionsgrad des Topfbodens und damit dessen Emissionsgrad in bekannter Weise bestimmt werden, da das Absorptionsvermögen eines Körpers prinzipiell dem Emissionsvermögen eines Körpers entspricht und der Anteil der vom Topf absorbierten Strahlung gleich 1 minus reflektierte Strahlung ist.
Der Emissionsgrad wird hier in bestimmten Intervallen neu bestimmt. Das hat den Vorteil, dass eine spätere Veränderung des Emissionsgrades nicht zu einem verfälschten Messergebnis führt. Eine Veränderung des Emissionsgrades kann beispielsweise dann auftreten, wenn der Kochgeschirrboden unterschiedliche Emissionsgrade aufweist und auf der Kochstelle 21 verschoben wird. Unterschiedliche Emissionsgrade sind sehr häufig an Kochgeschirrböden zu beobachten, da z. B. bereits leichte Verschmutzungen, Korrosionen oder auch unterschiedliche Beschichtungen bzw. Lackierungen einen großen Einfluss auf den Emissionsgrad haben können.
Die Lampe 111 wird hier neben der Emissionsgradbestimmung bzw. der Bestimmung des Reflexionsverhaltens des Messsystems auch zur Signalisierung des Betriebszustandes der Kocheinrichtung 1 eingesetzt. Dabei umfasst das Signal der Lampe 111 auch sichtbares Licht, welches durch die Glaskeramikplatte 15 wahrnehmbar ist. Beispielsweise zeigt die Lampe 111 einem Benutzer an, dass eine Automatikfunktion in Betrieb ist. Eine solche Automatikfunktion kann z. B. ein Kochbetrieb sein, bei dem die Heizeinrichtung 2 in Abhängigkeit der ermittelten Topftemperatur automatisch gesteuert wird. Das ist besonders vorteilhaft, da das Aufleuchten der Lampe 111 den Benutzer nicht verwirrt. Der Benutzer weiß erfahrungsgemäß, dass das Aufleuchten eine Betriebsanzeige darstellt und zum normalen Erscheinungsbild der Kocheinrichtung 1 gehört. Er kann sich also sicher sein, dass ein Aufblitzen der Lampe 111 nicht etwa eine Funktionsstörung ist und die Kocheinrichtung 1 möglicherweise nicht mehr richtig funktioniert.
Die Lampe 111 kann auch in einer bestimmten Dauer sowie in bestimmten Abständen aufleuchten. Möglich ist es z. B. auch, dass über unterschiedliche Blinkfrequenzen unterschiedliche Betriebszustände ausgegeben werden können. Es sind auch unterschiedliche Signale über unterschiedliche an/aus-Folgen möglich. Vorteilhafterweise ist für jede Kochstelle 21 bzw. jeden (möglichen) Kochbereich 31 eine Sensoreinrichtung 3 mit einer Strahlungsquelle 63 vorgesehen, welche dazu geeignet ist, wenigstens einen Betriebszustand anzuzeigen.
Für die notwendigen Berechnungen zur Bestimmung der Temperatur sowie für die Auswertung der erfassten Größen kann wenigstens eine Recheneinheit vorgesehen sein. Die Recheneinheit kann dabei wenigstens teilweise auf der Leiterkarte 50 vorgesehen sein. Es kann aber auch beispielsweise die Steuereinrichtung 106 entsprechend ausgebildet sein oder es ist wenigstens eine separate Recheneinheit vorgesehen.
Die 4 zeigt eine Weiterbildung, bei welcher unterhalb der Glaskeramikplatte 15 ein Sicherheitssensor 73 befestigt ist. Der Sicherheitssensor 73 ist hier als ein temperaturempfindlicher Widerstand ausgebildet, wie beispielsweise ein Heißleiter oder ein NTC-Sensor, und thermisch leitend mit der Glaskeramikplatte 15 verbunden. Der Sicherheitssensor 73 ist hier dazu vorgesehen, um eine Temperatur des Kochbereichs 31 und insbesondere der Glaskeramikplatte 15 erfassen zu können. Übersteigt die Temperatur einen bestimmten Wert, besteht die Gefahr der Überhitzung und die Heizeinrichtungen 2 werden ausgeschaltet. Dazu ist der Sicherheitssensor 73 mit einer hier nicht dargestellten Sicherheitseinrichtung wirkverbunden, welche in Abhängigkeit der erfassten Temperatur einen Sicherheitszustand auslösen kann. Ein solcher Sicherheitszustand hat z. B. die Abschaltung der Heizeinrichtungen 2 bzw. der Kocheinrichtung 1 zur Folge.
Zusätzlich ist der Sicherheitssensor 73 hier als eine weitere Sensoreinheit 33 der Sensoreinrichtung 3 zugeordnet. Dabei werden die von dem Sicherheitssensor 73 erfassten Werte auch für die Bestimmung der Temperatur durch die Sensoreinrichtung 3 berücksichtigt. Insbesondere bei der Bestimmung der Temperatur der Glaskeramikplatte 15 finden die Werte des Sicherheitssensors 73 Verwendung. So kann z. B. die Temperatur, welche mittels der anderen Sensoreinheit 23 über die erfasste Wärmestrahlung bestimmt wurde, mit der vom Sicherheitssensor 73 ermittelten Temperatur verglichen werden. Dieser Abgleich kann einerseits zur Kontrolle der Funktion der Sensoreinrichtung 3 dienen, andererseits aber auch für eine Abstimmung bzw. Einstellung der Sensoreinrichtung 3 eingesetzt werden.
Die Aufgabe der anderen Sensoreinheit 23 kann in einer hier nicht gezeigten Ausgestaltung auch durch den Sicherheitssensor 73 übernommen werden. Der Sicherheitssensor 73 dient dabei zur Ermittlung der Temperatur der Glaskeramikplatte 15. Beispielsweise kann mit Kenntnis dieser Temperatur aus der Wärmestrahlung, welche die erste Sensoreinheit 13 erfasst, der Anteil eines Topfbodens bestimmt werden. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die andere Sensoreinheit 23 sowie eine dazugehörende Filtereinrichtung 53 eingespart werden können.
Wie oben beschrieben, kann aus der von der ersten Sensoreinheit 13 erfassten Mischstrahlung die Strahlungsleistung des Gargefäßbodens bestimmt werden. Dazu wird mittels der zweiten Sensoreinheit 23 die von der Glaskeramikplatte 15 ausgehende Wärmestrahlung erfasst und aus der Mischstrahlung herausgerechnet. Allerdings ist die Berechnung verbesserungsfähig, da in manchen Kochsituationen das Nutzsignal von einem in der Regel deutlich größeren Störsignal überdeckt wird.
So erzeugen beispielsweise die Komponenten, die sich im Erfassungsbereich 83 der Sensoreinrichtung 3 befinden, im Betrieb und durch die damit verbundene Erwärmung einen erheblichen Anteil an Störstrahlung. Diese Störstrahlung kann beispielsweise durch einen Parameter beschrieben werden, welcher die gegenwärtige Temperatur der Komponenten im Erfassungsbereich 83 beschreibt. Da ein solcher Parameter die Temperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt beschreibt, beschreibt er eine Eigenschaft des Messsystems 300, welche als statisch angesehen werden kann. Bei entsprechender Berücksichtigung dieses Parameters bei der Berechnung der Temperatur aus den einzelnen Signalen bzw. Messwerten kann die Reproduzierbarkeit des Ergebnisses erheblich verbessert werden.
Um die Störstrahlung im Erfassungsbereich 83 zu erkennen, wird hier mittels eines ersten Sensorelements 133 die Temperatur an der ersten Sensoreinheit 13 erfasst. Für die andere Sensoreinheit 23 ist ein zweites Sensorelement 233 vorgesehen. Die Sensorelemente 133, 233 sind hier in den Sensoreinheiten 13, 23 integriert. Die Sensorelemente 133, 233 dienen üblicherweise in den als Thermopile ausgebildeten Sensoreinheiten 13, 23 zur Feststellung der Referenztemperatur. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da keine zusätzlichen Sensoren installiert werden müssen, sondern einfach bereits vorhandene Sensorelemente 133, 233 verwendet werden können. So kann die Genauigkeit der Sensoreinrichtung 3 kostengünstig verbessert werden.
Im Messbetrieb erfasst die erste Sensoreinheit 13 zudem einen gewissen Anteil an Strahlungsleistung der Glaskeramikplatte 15, welche die andere Sensoreinheit 23 nicht erfasst. Grundsätzlich ist das unproblematisch, jedoch verhält sich dieser Anteil in Abhängigkeit des Wärmeeintrags in die Glaskeramikplatte 15. Beispielsweise weist eine Kochsituation, in welcher das Gargefäß 200 bereits sehr heiß ist und somit einen hohen Wärmeeintrag in die Glaskeramikplatte 15 erbringt, ein anderes Signal-Rausch-Verhältnis auf als eine Kochsituation mit einem relativ kalten Gargefäßboden.
Somit ändert sich der Anteil des Wärmeeintrags der Glaskeramikplatte 15 nahezu fortlaufend, wenn sich die Temperatur im Kochbereich 31 entsprechend ändert. Daher ist es für eine genaue Temperaturbestimmung sehr vorteilhaft, die gegenwärtigen Anteile der jeweiligen Strahlungsleistung und insbesondere den Wärmeeintrag der Glaskeramikplatte 15 in das Messsystem 300 zuverlässig zu ermitteln und angemessen zu berücksichtigen.
Daher kann die Temperatur des Gargefäßbodens noch genauer bestimmt werden, wenn die Änderungen der Strahlungsanteile pro Zeiteinheit bei der Bewertung der Störanteile in den jeweiligen Kochsituationen berücksichtigt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass die zeitlichen Änderungen und somit die dynamischen Eigenschaften des Messsystems 300 entsprechend berücksichtigt werden.
Zur Berücksichtigung der dynamischen Eigenschaften des Messsystems 300 werden hier jeweils die Ausgangssignale 130, 230 und insbesondere die verstärkten Ausgangssignale der ersten 13 und der anderen Sensoreinheit 23 registriert und deren zeitliche Veränderung betrachtet. Dazu wird beispielsweise die Steigung einer Regressionsgeraden entlang verschiedener Werte der Ausgangssignale 130, 230 betrachtet. Möglich ist auch eine Ableitung der Ausgangssignale 130, 230 über die Zeit. Im Allgemeinen kann anhand dieser Parameter beispielsweise eine Aussage darüber getroffen werden, ob das Messsystem 300 eher konstanten, fallenden oder steigenden Temperaturen ausgesetzt ist.
Besonders vorteilhaft ist allerdings, dass für die erste 13 und die andere Sensoreinheit 23 jeweils ein Parameter bestimmt wird, wodurch die Änderungen der jeweiligen Anteile der Strahlungsleistung pro Zeiteinheit berücksichtigt werden können. Die 5 und 6 zeigen die Intensitäten 303 des Ausgangssignals 130 der ersten Sensoreinheit 13 und des Ausgangssignals 230 der anderen Sensoreinheit 23 über die Zeit 302.
In der 5 steigt das Ausgangssignal 130 der ersten Sensoreinheit 13 im Zeitraum 301 stärker als das Ausgangssignal 230 der anderen Sensoreinheit 23. Eine solche Situation liegt z. B. vor, wenn die Temperatur des Topfes stark ansteigt und die Temperatur der Glaskeramikplatte 15 aber nur langsam zunimmt. Aufgrund des geringeren Anstiegs der Glaskeramiktemperatur kann von einem geringeren Störanteil ausgegangen werden. Dies spiegelt sich insbesondere im geringeren Wert des Parameters wider, der die Steigung oder die Ableitung ist.
Die 6 zeigt einen Fall, bei dem die Glaskeramiktemperatur im Vergleich zur Topftemperatur recht hoch ist. Der Störanteil ist hier somit höher als im Fall der 5. Ein Parameter, welcher die Steigung einer Regressionsgeraden im Zeitraum 301 beschreibt, wäre somit auch größer als der entsprechende Parameter im Fall der 5. Der veränderte Anteil der Störstrahlung findet somit im geänderten Parameter Berücksichtigung.
Bei der Bestimmung der Temperatur werden die jeweiligen Parameter zusammen mit den Sensorgrößen der ersten 13 und der anderen Sensoreinheit 23 sowie den Werten des Emissionsgrades des Gargutbehälterbodens entsprechend verrechnet. Da die physikalischen Zusammenhänge jedoch nur schwer zu beschreiben sind, wird zur Lösung des Problems der Temperaturberechnung vorzugsweise ein künstliches neuronales Netz verwendet, welchem am Eingang die jeweiligen Sensorgrößen, Emissionseigenschaften und Parameter zugeführt werden. Durch ein gezieltes Training kann das künstliche neuronale Netz robust auf die Koch- und Bratsituationen eingestellt werden. Dabei kann das künstliche neuronale Netz sozusagen die Berechnung der Topbodentemperatur aus den oben genannten Werten „erlernen”.
Bezugszeichenliste

1: Kocheinrichtung
2: Heizeinrichtung
3: Sensoreinrichtung
4: magnetische Abschirmeinrichtung
5: Trägereinrichtung
6: Dichtungseinrichtung
7: optische Schirmeinrichtung
8: Isolierungseinrichtung
9: thermische Ausgleichseinrichtung
10: Halteeinrichtung
11: Kochfeld
12: Induktionseinrichtung
13: Sensoreinheit
14: Ferritkörper
15: Glaskeramikplatte
16: Mikanitschicht
17: Zylinder
18: Luftschicht
19: Kupferplatte
21: Kochstelle
23: Sensoreinheit
27: Boden
30: Auflageeinrichtung
31: Kochbereich
32: Induktions-Schaltungseinheit
33: Sensoreinheit
41: Abdeckeinrichtung
43: Filtereinrichtung
50: Leiterkarte
53: Filtereinrichtung
60: Gehäuse
63: Strahlungsquelle
73: Sicherheitssensor
83: Erfassungsbereich
100: Gargerät
102: Dämpfungseinrichtung
103: Garraum
104: Garraumtür
105: Bedieneinrichtung
106: Steuereinrichtung
111: Lampe
112: Federeinrichtung
122: Verschraubung
130: Ausgangssignal
133: Sensorelement
200: Gargutbehälter
230: Ausgangssignal
233: Sensorelement
300: Messsystem
301: Zeitraum
302: Zeit
303: Intensität

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/148529 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Kocheinrichtung (1) mit wenigstens einem Kochfeld (11) und mit wenigstens einer zur Beheizung wenigstens eines Kochbereiches (31) vorgesehenen Heizeinrichtung (2) und mit wenigstens einem Messsystem (300) mit wenigstens einer Sensoreinrichtung (3) zur Erfassung wenigstens einer ersten charakteristischen Größe für Temperaturen des Kochbereichs (31), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein wenigstens eine statische Eigenschaft des Messsystems (300) beschreibender Parameter ermittelt und zur Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs (31) berücksichtigt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter unter Berücksichtigung einer Messgröße ermittelt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter wenigstens eine Temperatur wenigstens eines Bereichs der Sensoreinrichtung (3) charakterisiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (3) wenigstens eine Sensoreinheit (13) umfasst und dass der Parameter die Temperatur wenigstens eines Bereichs der Sensoreinheit (13) charakterisiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (3) wenigstens teilweise vom Kochbereich (31) stammende Wärmestrahlung als die erste charakteristische Größe für Temperaturen des Kochbereichs (31) erfasst.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die als erste charakteristische Größe erfasste Wärmestrahlung wenigstens zu einem wesentlichen Teil von einem im Kochbereich (31) positionierten Gargutbehälter (200) stammt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (3) als wenigstens eine zweite charakteristische Größe Wärmestrahlung erfasst, welche wenigstens zu einem überwiegenden Teil von einer zur Positionierung eines Gargutbehälters (200) vorgesehenen Trägereinrichtung (5) ausgeht.
Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kochbereichs (31) aus der ersten charakteristischen Größe unter Berücksichtigung der zweiten charakteristischen Größe bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionseigenschaften des Kochbereichs (31) für Wärmestrahlung wenigstens teilweise berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Parameter ermittelt und zur Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs (31) berücksichtigt wird, wobei der weitere Parameter wenigstens eine dynamische Eigenschaft des Messsystems (300) beschreibt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Parameter wenigstens ein Wert für die zeitliche Veränderung der von der Sensoreinrichtung (3) erfassten ersten und/oder zweiten charakteristischen Größe ist und/oder für die zeitliche Veränderung der Temperatur wenigstens eines Bereichs der Sensoreinrichtung (3) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (2) in Abhängigkeit der von der Sensoreinrichtung (3) erfassten ersten und/oder zweiten Größe gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (2) in Abhängigkeit der unter Berücksichtigung des Parameters und/oder des weiteren Parameters bestimmten Temperatur des Kochbereichs (31) gesteuert wird.
Kocheinrichtung (1) mit wenigstens einem Kochfeld (11) mit wenigstens einer zur Beheizung wenigstens eines Kochbereiches (31) vorgesehenen Heizeinrichtung (2) und mit wenigstens einem Messsystem (300) mit wenigstens einer Sensoreinrichtung (3) zur Erfassung wenigstens einer ersten charakteristischen Größe für Temperaturen des Kochbereichs (31), wobei wenigstens eine Steuereinrichtung (106) zur Steuerung der Heizeinrichtung (2) in Abhängigkeit der von der Sensoreinrichtung (3) erfassten ersten charakteristischen Größe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (106) dazu geeignet und ausgebildet ist, wenigstens einen wenigstens eine statische Eigenschaft des Messsystems (300) beschreibenden Parameter zu ermitteln und den Parameter zur Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs (31) zu berücksichtigen.
Kocheinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (3) wenigstens ein Sensorelement (133, 233) zur Erfassung wenigstens einer charakteristischen Messgröße für eine Temperatur wenigstens eines Bereichs der Sensoreinrichtung (3) aufweist und dass die Steuereinrichtung (106) dazu geeignet und ausgebildet ist, zur Bestimmung der Temperatur des Kochbereichs (31) die charakteristische Messgröße der Temperatur wenigstens eines Bereichs der Sensoreinrichtung (3) als wenigstens einen statischen Parameter zu berücksichtigen.