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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Gaskochgerät mit einer Gaseinheit mit Gasbrenner und Steuerungseinrichtung zu dessen Steuerung sowie mit einer Energieversorgungseinheit mit Energiespeicher. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines entsprechenden Gaskochgeräts.
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Ein gattungsgemäßes Gaskochgerät ist aus der
DE 10 2009 027 399 A1 bekannt. Der Energiespeicher dient dabei dazu, während eines Stromausfalls vorübergehend die Energieversorgung des Gaskochgeräts zu übernehmen. Dieses Gaskochgerät ist jedoch grundsätzlich darauf angewiesen, dass im Regelfall die Energieversorgung durch eine externe Stromquelle erfolgt, beispielsweise ein Stromnetz oder einen Generator. Gerade in Umgebungen mit besonders unzuverlässigen Stromversorgungen, beispielsweise beim Camping, kann auch durch das Vorsehen eines Energiespeichers bei diesem Gaskochgerät nicht zuverlässig gewährleistet werden, dass ein vollständiger Kochvorgang abgeschlossen werden kann.
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Aufgabe und Lösung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gasgerät bzw. Gaskochgerät und ein Verfahren zum Betrieb eines Gaskochgeräts zu schaffen, bei welchen auch bei besonders unzuverlässiger Stromversorgung das Gaskochgerät zuverlässig betrieben werden kann und eine zuverlässige Ausführung eines Kochvorgangs möglich ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Gaskochgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Gaskochgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für das Gaskochgerät oder nur für das Verfahren an sich beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für das Gaskochgerät als auch für das Verfahren selbstständig gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Ein Gasgerät bzw. Gaskochgerät weist eine Gaseinheit mit mindestens einem Gasbrenner und eine elektronische Steuerungseinrichtung zur Steuerung dieses Gasbrenners sowie eine Energieversorgungseinheit mit einem aufladbaren Energiespeicher und eine Spannungsversorgung auf.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Energiespeicher während des Betriebs, vorzugsweise auch sonst, eine ausschließliche Quelle bzw. die einzige direkte Quelle elektrischer Energie für die Gaseinheit bildet.
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Durch das erfindungsgemäße Gaskochgerät können der Verbrauch von elektrischer Energie durch die Gaseinheit einerseits und die Zufuhr von elektrischer Energie durch die Spannungsversorgung andererseits entkoppelt werden. Die Gaseinheit wird während des Betriebs ausschließlich mit Energie aus dem Energiespeicher versorgt, der dabei entladen wird. Insbesondere ist es möglich, den Energiespeicher mit ausreichend viel Energie für einen vollständigen Kochvorgang zu laden. Da mit einem solchen Gaskochgerät üblicherweise nicht dauerhaft gekocht wird und es typischerweise erheblich mehr Zeit am Tag nicht im Betrieb ist als im Betrieb ist, genügt für das Aufladen auch eine äußerst unzuverlässige Stromversorgung, welche längere Unterbrechungen aufweisen kann. Derartig unzuverlässige Stromversorgungen gibt es beispielsweise beim Camping oder im Outdoor-Einsatz. Deshalb eignet sich das erfindungsgemäße Gaskochgerät auch und gerade für derartige Verwendungen.
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Der Gasbrenner kann dabei beispielsweise für ein Gaskochfeld ausgeführt sein oder als entsprechende Heizeinrichtung für einen Gasbackofen. Die Gaseinheit wird dabei von der elektronischen Steuerungseinrichtung typischerweise in Bezug auf die abzugebende Leistung gesteuert. Damit kann beispielsweise eine gewünschte Temperatur zum Kochen oder Backen eingestellt werden. Außerdem kann die elektronische Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet sein, ein Zünden von austretendem Gas sicherzustellen.
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Bevorzugt ist die Spannungsversorgung ausschließlich zum Laden des Energiespeichers ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausführung, wobei davon ausgegangen wird, dass eine direkte Versorgung der Gaseinheit mit elektrischer Energie durch die Spannungsversorgung nicht notwendig ist. Vielmehr wird die zum Betrieb der Gaseinheit nötige elektrische Energie ausschließlich dem Energiespeicher entnommen.
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Besonders bevorzugt weist die Spannungsversorgung eine Mehrzahl von Eingängen auf, wobei es sich dabei weiter bevorzugt um Eingänge in das Gaskochgerät handelt. Die Eingänge sind noch weiter bevorzugt für unterschiedliche Spannungshöhen und/oder Spannungsarten ausgelegt und sind wiederum weiter bevorzugt voneinander unabhängig. Hierdurch kann erreicht werden, dass zum Laden des Energiespeichers unterschiedliche Arten von Energiequellen verwendet werden können, was besonders für einen mobilen Betrieb, der mit häufigen Ortswechseln einhergeht, vorteilhaft sein kann.
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Die Eingänge können beispielsweise für Gleich- und/oder Wechselspannung geeignet sein. Unter dem Begriff Gleichspannung sind auch Spannungen mit einem überlagerten Wechselspannungsanteil zu verstehen, deren arithmetischer Mittelwert eine Gleichspannung darstellt. Unter dem Begriff Wechselspannung sind nicht nur sinusförmige, sondern auch sinusähnliche oder sämtliche nicht-sinusförmigen Spannungsformen zu verstehen. Die Wechselspannung ist nicht auf eine bestimmte Frequenz beschränkt, sondern kann eine beliebige Frequenz annehmen. Insbesondere kann es eine Netzfrequenz von typischerweise 50 Hz sein, welche in vielen europäischen Stromnetzen vorherrscht.
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Es ist auch vorteilhaft, neben einem Eingang zum Anschließen eines gewöhnlichen Stromnetzes einen weiteren Eingang zum Anschließen eines Bordnetzes eines Campingmobils und/oder eines Energieerzeugers wie einer Solarzelle oder einer Windkraftanlage vorzusehen. Damit wird die Flexibilität weiter erhöht. Die jeweiligen Eingänge können dabei vorteilhaft an die zu erwartenden Spannungshöhen und Spannungsarten angepasst sein, beispielsweise durch das Vorsehen von Hoch- oder Tiefsetzstellern, Gleichrichtern odgl. im Gaskochgerät.
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Bevorzugt ist zumindest ein Eingang der Spannungsversorgungseinrichtung mit einer Energiequelle verbunden, welche aus der Gruppe ausgewählt ist von: Solarzelle, Steckernetzteil, Windkraftgenerator, Bordstrom, insbesondere 12V-Bordstrom eines Fahrzeugs oder Anhängers, Netzspannung, insbesondere 230V-Netzspannung, Brennstoffzelle bzw. Brennstoffzelle betrieben mit Gas, bevorzugt aus einer Gasquelle, welche auch das Gaskochgerät mit Gas versorgt, Thermogenerator, vorzugsweise betrieben durch Abwärme der Gaseinheit, Dynamo.
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Hierbei handelt es sich teilweise um unterschiedliche Arten von Energiequellen, welche voneinander unabhängig sind und in verschiedenen Umgebungen betrieben werden können. Es sei besonders darauf hingewiesen, dass eine Verwendung einer Brennstoffzelle, welche mit Gas aus einer Gasquelle betrieben wird, welche auch das Gaskochgerät mit Gas versorgt, insofern vorteilhaft ist, als keine weitere Energiequelle als das ohnehin erforderliche Gas benötigt wird. Vorteilhaft ist beispielsweise auch ein Thermogenerator, der die ohnehin erzeugte Abwärme der Gaseinheit bzw. des Gasbrenners sinnvoll nutzen kann.
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Die elektronische Steuerungseinrichtung kann Speichermittel aufweisen, welche einen Programmcode enthalten, bei dessen Ausführung die elektronische Steuerungseinrichtung einen Energiefluss während eines Kochvorgangs derart steuert, dass die Gaseinheit ausschließlich aus dem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn die Spannungsversorgung derart ausgebildet ist, dass sie die Gaseinheit auch direkt mit elektrischer Energie versorgen kann, ohne dass dem Energiespeicher Energie entnommen werden muss. In diesem Fall kann die elektronische Steuerungseinrichtung je nach gewünschter Betriebsart den Energiefluss steuern, beispielsweise durch das Öffnen und Schließen von Relais oder anderen elektrischen Schaltern. Es ist somit beispielsweise auch möglich, zwei Betriebsarten eines Gaskochgeräts vorzusehen. In einer ersten Betriebsart erfolgt eine unmittelbare Versorgung der Gaseinheit mit elektrischer Energie durch die Spannungsversorgung, beispielsweise bezogen aus einem öffentlichen Stromnetz. In einer zweiten Betriebsart erfolgt eine Versorgung der Gaseinheit mit elektrischer Energie ausschließlich aus dem Energiespeicher des Gaskochgeräts. Der Energiespeicher kann dabei unabhängig von der Zeit, in welcher Energie verbraucht wird, genau dann geladen werden, wenn Energie zum Laden zur Verfügung steht.
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Vorteilhaft weist die Spannungsversorgung eine maximale Leistungsabgabe auf, welche geringer ist als eine maximale Leistungsaufnahme der Gaseinheit. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Ausführung der Spannungsversorgung. Aufgrund des beschriebenen Betriebsmodus mit einer ausschließlichen Energieversorgung der Gaseinheit aus dem Energiespeicher ist eine höhere maximale Leistungsabgabe der Spannungsversorgung nicht erforderlich.
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Bevorzugt weist die Gaseinheit ferner zumindest ein Gasventil auf, wobei weiter bevorzugt jeweils ein Gasventil einem Gasbrenner zugeordnet ist und noch weiter bevorzugt ein jeweiliges Gasventil zur Steuerung durch die elektronische Steuerungseinrichtung mit dieser kommunizierend verbunden ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die elektronische Steuerungseinrichtung die jeweiligen Gasventile öffnen und schließen kann, sowie ggf. die Menge an Gas pro Zeiteinheit steuern kann, welche durch das jeweilige Gasventil fließt. Damit kann ein jeweiliger Gasbrenner an- und abgeschaltet werden, wobei seine Leistungsabgabe gesteuert werden kann, beispielsweise um eine gewünschte Temperatur oder Leistungsstufe einzustellen.
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In Ausgestaltung der Erfindung weist die Gaseinheit ferner zumindest eine Flammüberwachungseinrichtung auf, wobei bevorzugt jeweils eine Flammüberwachungseinrichtung einem Gasbrenner zugeordnet ist und weiter bevorzugt mit der elektronischen Steuerungseinrichtung kommunizierend bzw. signalübertragend verbunden ist. Eine solche Flammüberwachungseinrichtung kann beispielsweise als Kamera, als Temperatursensor odgl. ausgeführt sein. Sie ermöglicht der elektronischen Steuerungseinrichtung eine Rückmeldung, wie sich eine Flamme an einem jeweiligen Gasbrenner entwickelt und wie heiß diese ist.
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Die Gaseinheit weist weiter bevorzugt eine Bedieneinheit mit Eingabemitteln und/oder Anzeigemitteln auf. Eingabemittel können beispielsweise Drehknöpfe, Schalter, elektronische Taster odgl. sein. Anzeigemittel können beispielsweise aus Lichtbalken gebildete Anzeigen bzw. optische Anzeigen oder ein Display sein, ebenso akustische Signalgeber wie Summer odgl.. Eine solche Bedieneinheit ermöglicht es dem Benutzer, in einfacher und gewohnter Weise eine Leistung eines jeweiligen Gasbrenners einzustellen. Beispielsweise können verschiedene Kochstufen bzw. Leistungsstufen vorgesehen sein, welche der Benutzer mittels eines als Drehknopf ausgebildeten Eingabemittels auswählen kann, wobei die Leistungsstufe gleichzeitig von einer LCD-Anzeige angezeigt wird. Die Bedieneinheit kann dem Benutzer jedoch auch beispielsweise Rückmeldungen über andere Daten oder Ereignisse wie Fehlermeldungen vermitteln.
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Bevorzugt ist der Energiespeicher als Akkumulator oder als Gruppe von mehreren Akkumulatoren ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache Ausführung unter Verwendung bewährter Technik. Bevorzugt wird dabei die Spannung des Akkumulators durch einen Spannungswandler und/oder einen Inverter umgewandelt und so an eine Betriebsspannung der Gaseinheit angepasst.
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Das Gaskochgerät kann weiter bevorzugt eine Ladeelektronik aufweisen, welche von einem Mikrocontroller gesteuert und überwacht werden kann, der zum Beispiel auch eine Bus-Kommunikation mit anderen Einheiten übernimmt. Alternativ oder zusätzlich kann der Mikrocontroller Bestandteil einer Regelung oder Steuerung des Inverters sein. Die Ladeelektronik kann auch aus einem oder mehreren den Eingängen zugeordneten integrierten elektronischen Bauelementen ausgebildet sein, welche das Überwachen und/oder Steuern des Ladevorgangs übernehmen, und zwar unabhängig von dem Mikrocontroller.
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Optional sind Mittel zum Unterbrechen eines Stromkreises einer dem Akkumulator nachgeschalteten Elektronik vorhanden. Dadurch kann zum Beispiel ein Wert der Entladetiefe des Akkumulators begrenzt werden, insbesondere um ihn vor Beschädigung durch Tiefentladung zu schützen. Der Ladezustand des Akkumulators kann auf verschiedene Arten überwacht werden, die für sich genommen dem Fachmann bekannt sind.
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Informationen einer Ladeelektronik können beispielsweise über ein Bus-System an weitere Steuerungskomponenten oder an eine Bedieneinheit oder an andere an das Bus-System angeschlossene Module übermittelt werden. Umgekehrt können auch Informationen von am Bus-System angeschlossenen Geräten der Ladeelektronik oder einer anderen Stromversorgungselektronik bereitgestellt werden.
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Bevorzugt weist der Energiespeicher eine Kapazität auf, welche zumindest für einen vollständigen typischen Kochvorgang der Gaseinheit ausreicht, insbesondere einen etwa viertelstündigen bis einstündigen Kochvorgang. Dies entspricht einer typischen Betriebsdauer des Gaskochgeräts bei einem Kochvorgang. In vielen Einsatzsituationen entspricht eine Stunde sogar einer typischen oder maximalen Betriebsdauer des Gaskochgeräts pro Tag, so dass anschließend nahezu ein voller Tag zum Aufladen zur Verfügung steht, was auch bei unzuverlässiger Stromversorgung im Regelfall ausreichend sein sollte.
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Beim Verfahren zum Betrieb eines vorbeschriebenen Gaskochgeräts ist eben vorgesehen, dass während des Betriebs der Gaseinheit eine dafür notwendige elektrische Energie ausschließlich dem Energiespeicher entnommen wird. Dies kann software-technisch bzw. steuerungstechnisch oder hardwaremäßig vorgesehen sein. Bezüglich der einzelnen Komponenten des für das Verfahren verwendeten Gaskochgeräts und der durch den entsprechenden Betrieb erreichten Vorteile wird auf die obige Beschreibung eines erfindungsgemäßen Gaskochgeräts verwiesen. Insbesondere kann das Verfahren mit einem vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Gaskochgerät ausgeführt werden.
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Bevorzugt wird der Energiespeicher mit einer Leistung geladen, welche geringer ist als eine zum Betrieb der Gaseinheit nötige Leistung. Sie kann aber auch gleich groß sein. Das Laden ist grundsätzlich immer möglich, insbesondere während die Gaseinheit nicht in Betrieb ist. Sie kann dabei aber auch in Betrieb sein. Dies ermöglicht die vorbeschriebene Entkopplung von Energieverbrauch und Entnahme von Energie aus einer zum Gaskochgerät externen Energiequelle, wobei gleichzeitig entsprechende Mittel zum Laden des Energiespeichers einfach und kostengünstig ausgeführt werden können.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in Zwischen-Überschriften und einzelne Abschnitte beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Die einzige Figur zeigt dabei ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Gaskochgeräts und schematisch ein erfindungsgemäßes Gaskochgerät.
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Das Gaskochgerät weist einen Energiespeicher in Form eines Akkumulators 1 auf, welcher über ein Relais 5 mit einem Spannungswandler 2 verbunden ist, der wiederum mit einem Inverter 3 verbunden ist. Mittels des Relais 5 kann der Stromfluss aus dem Akkumulator 1 unterbrochen werden, beispielsweise um eine gewisse Mindestspannung nicht zu unterschreiten, unter welcher eine Beschädigung des Akkumulators 1 droht. Anstelle eines Relais kann auch ein elektronischer Schalter verwendet werden, beispielsweise ein MOSFET, Bipolartransistor odgl.. Durch den Spannungswandler 2 und den Inverter 3 wird eine von dem Akkumulator 1 gelieferte Gleichspannung, welche typischerweise eine Batteriespannung von 1,2 Volt bis 48 Volt ist, erhöht und wechselgerichtet. Damit kann sie als Eingangsspannung für andere Komponenten verwendet werden.
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Zum Aufladen des Akkumulators 1 ist eine Ladeelektronik 11 mit einem Mikrocontroller 4 und mit insgesamt drei Eingängen 10 vorgesehen. Der Mikrocontroller 4 überwacht den Ladevorgang des Akkumulators 1 und auch eine etwaige Entladung des Akkumulators 1. An den drei Eingängen 10 können unterschiedliche Arten von Spannungsquellen wie beispielsweise ein öffentliches Stromnetz, eine Solarzelle oder ein 12V-Bordnetz eines Campingmobils angeschlossen werden.
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Zum Überwachen des Ladezustands und des Ladevorgangs des Akkumulators 1 ist vorgesehen, dass die Ladeelektronik 11 die Parameter Ladestrom (ILade), Laststrom (ILast), Akkumulatorspannung (UAkku), Akkumulatortemperatur (TAkku) sowie Umgebungstemperatur (TU) ermittelt. Damit kann eine effiziente und schonende Ladung des Akkumulators 1 erreicht werden.
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Zusammen bilden der Akkumulator 1, der Spannungswandler 2, der Inverter 3, die Ladeelektronik 11 mit dem Mikrocontroller 4, das Relais 5 bzw. der dadurch gebildete Schalter sowie die Eingänge 10 eine Energieversorgungseinheit des Gaskochgeräts. Der Akkumulator 1 hat dabei die Funktion eines aufladbaren Energiespeichers. Die Eingänge 10 und die Ladeelektronik 11 bilden zusammen eine Spannungsversorgung.
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Das Gaskochgerät weist ferner eine Gaseinheit 12 auf. Die Gaseinheit 12 weist eine Anzahl von Gasbrennern auf, welche mittels einer Gruppe von Gasventilen 14 ansteuerbar sind und durch jeweilige Flammüberwachungseinrichtungen 13 überwacht werden können. Die Gaseinheit 12 weist ferner eine elektronische Steuerungseinrichtung 7 mit einer Busschnittstelle 6 auf, wobei die elektronische Steuerungseinrichtung 7 die Steuerung des Gaskochgeräts übernimmt. Es ist auch eine Bedieneinheit 8 vorgesehen, welche zum Eingeben und Anzeigen von Betriebszuständen ausgebildet ist. Die Bedieneinheit 8 ist über die Busschnittstelle 6 mit der elektronischen Steuerungseinrichtung 7 verbunden.
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Ferner sind auch die Ladelektronik 11 sowie weitere, hier nicht unmittelbar relevante Module 9 über die Busschnittstelle 6 mit der elektronischen Steuerungseinrichtung 7 verbunden. Damit wird insbesondere auch ermöglicht, dass die Ladeelektronik 11 und die elektronische Steuerungseinrichtung 7 miteinander kommunizieren, beispielsweise um Lade- und Entladevorgänge abzustimmen.
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Die elektronische Steuerungseinrichtung 7 steuert durch entsprechende Verbindungen die Gruppe von Gasventilen 14 und erhält über die Flammüberwachungseinrichtungen 13 entsprechende Rückmeldungen über den Betriebszustand der Gasbrenner.
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Im Betrieb werden die elektronische Steuerungseinrichtung 7 und damit auch die Bedieneinheit 8 sowie alle weiteren angeschlossenen Komponenten von dem Inverter 3 mit Strom versorgt, welcher seine Energie wiederum von dem Spannungswandler 2 und damit letztlich von dem Akkumulator 1 bezieht. Somit stellt der Akkumulator 1 im Betrieb des Gaskochgeräts die einzige elektrische Energiequelle dar. Es ist nicht nötig, dass eine an einem der Eingänge 10 angeschlossene Energiequelle die volle Leistung zum Betrieb des Gaskochgeräts liefert. Vielmehr kann sogar während des Betriebs des Gaskochgeräts ein Stromausfall bzw. ein Energieausfall von außen auftreten, welcher den Betrieb bzw. einen typischen Kochvorgang, nicht stört. Die Kapazität des Akkumulators 1 reicht aus für einen typischen Kochvorgang von beispielsweise einer Stunde. Sofern die Energiequelle wieder angeschlossen ist, kann sie zum Wiederaufladen des Akkumulators 1 verwendet werden.
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Es ist ersichtlich, dass hier einige Komponenten gestrichelt dargestellt sind. Diese Komponenten sind für den Betrieb der Vorrichtung nicht zwingend erforderlich, sondern können in alternativen, ähnlichen Ausführungsbeispielen auch entfallen. Beispielsweise kann in die Ladeelektronik 11 eine entsprechende Steuerung integriert sein, so dass auf einen separaten Mikrocontroller 4 verzichtet werden kann. Wenn die elektronische Steuerungseinrichtung 7 Gleichspannung als Eingangsspannung verwenden kann, kann auf den Inverter 3 verzichtet werden. Wenn der Akkumulator 1 nicht durch Unterschreiten einer bestimmten Spannung gefährdet wird, kann auf das Relais 5 verzichtet werden. Die weiteren an die Busschnittstelle 6 angeschlossenen Module 9 sind ohnehin nicht näher spezifiziert. Ebenso kann auf einen der Eingänge 10 verzichtet werden, so dass beispielsweise lediglich zwei Eingänge zur Verfügung stehen. Es kann jedoch auch eine beliebige andere Anzahl von Eingängen verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009027399 A1 [0002]
