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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Induktionskochgerät mit einer Induktionsspule für den Energieeintrag in ein Kochgeschirr zu dessen Erwärmung sowie mit einer Steuerschaltung für den Betrieb der Induktionsspule mit einer Arbeitsfrequenz. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung von mehreren Induktionskochgeräten sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Induktionskochgerätes.
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Beim Betrieb von Induktionskochgeräten kommt es zu einer Geräuschbildung, die von einem Benutzer als unangenehm empfunden werden kann. Die Geräusche entstehen durch Magnetostriktion, die in der verwendeten Induktionsspule, insbesondere deren Spulenkern, einem verwendeten Kochgeschirr sowie auch allen anderen Teilen auftritt, auf die das Induktionsfeld der Induktionsspule einwirkt. Die Frequenz des Störgeräusches entspricht etwa dem Doppelten der Arbeitsfrequenz. Die Wahrnehmbarkeit dieser Geräusche wird bei bekannten Induktionskochgeräten verringert durch die Wahl der Arbeitsfrequenz der Induktionsspulen, beispielsweise von 20 kHz und darüber, wodurch in erster Linie Geräusche deutlich außerhalb des menschlichen Wahrnehmungsspektrums entstehen. Problematisch können jedoch weiterhin Oberschwingungen odgl. bleiben.
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Aufgabe und Lösung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Induktionskochgerät, eine Anordnung von mehreren solchen Induktionskochgeräten sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Induktionskochgerätes der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem von einer Bedienperson wahrnehmbare Geräusche im Wesentlichen unterbunden werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Induktionskochgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Anordnung von mehreren solchen Induktionskochgeräten nach Anspruch 6 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Induktionskochgerätes nach Anspruch 9. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Manche der nachfolgenden, jedoch nicht erschöpfend aufgezählten Merkmale und Eigenschaften treffen sowohl auf das Induktionskochgerät, bzw. die Anordnung als auch auf das Verfahren zu. Sie werden teilweise nur einmal beschrieben, gelten jedoch unabhängig voneinander und selbstständig und in beliebiger Kombination sowohl für das Induktionskochgerät, die Anordnung als auch das Verfahren. Weiterhin ist die Reihenfolge der aufgelisteten Merkmale nicht bindend, sondern kann vielmehr entsprechend eines optimierten Induktionskochgerätes, einer optimierten Anordnung bzw. eines optimierten Verfahrens geändert und kombiniert werden. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Ein Induktionskochgerät ist mit einer Induktionsspule für den Energieeintrag in ein Kochgeschirr zu dessen Erwärmung sowie mit einer Steuerschaltung für den Betrieb der Induktionsspule mit einer Ansteuerfrequenz vorgesehen. Erfindungsgemäß weist das Induktionskochgerät eine Antischallvorrichtung zum Erzeugen von Antischall bzw. Gegenschall mit einem Kompensationsfrequenzspektrum auf, das das Frequenzspektrum der Arbeitsfrequenz aufweist, insbesondere zur im Wesentlichen vollständigen Beseitigung von Störgeräuschen.
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Aus der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich vorteilhaft, dass bei Induktionskochgeräten technisch bedingte störende Geräusche für einen Benutzer im Wesentlichen unhörbar gemacht werden. Hieraus resultiert eine Komfortverbesserung gegenüber bekannten Induktionskochgeräten, und es können vor allem auch Frequenzen genutzt werden, die so niedrig sind, dass der sogenannte Skin-Effekt weitgehend ausgeschaltet werden kann.
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Statt der bei bekannten Induktionskochgeräten üblichen Arbeitsfrequenzen von über 20 kHz können durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung auch niedrigere Arbeitsfrequenzen gewählt werden, die normalerweise Störgeräusche im deutlich vom Menschen wahrnehmbaren Frequenzbereich erzeugen, also vorteilhaft einige kHz wie 2 kHz bis 10 kHz oder 16 kHz, evtl. auch noch darunter. Die verringerten Arbeitsfrequenzen haben eben den positiven Nebeneffekt, dass der in den elektrischen Leitern zur und in der Induktionsspule selbst auftretende Skin-Effekt deutlich verringert werden kann. Der Skin-Effekt tritt bei mit Wechselstrom durchflossenen Leitern auf und zeigt sich durch eine Verringerung der Stromdichte im inneren Bereich eines Leiters im Vergleich zu dessen äußern Bereich, wobei sich bei steigenden Frequenzen des Wechselstroms der Skin-Effekt weiter verstärkt. Um bei vergleichsweise hohen Frequenzen die elektrischen Leiter mit vergleichsweise hohen Strömen beaufschlagen zu können, werden entsprechend Leiter mit immer größeren Querschnitten notwendig. Bei der Verwendung von geringeren Arbeitsfrequenzen können erfindungsgemäß geringere Leitungsquerschnitte gewählt werden, was eine erhebliche Kostenersparnis und auch Platzersparnis darstellt.
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Vorrichtungen zum Erzeugen von Antischall sind dem Fachmann im Allgemeinen bekannt. Alternative Begriffe sind auch „aktive Lärmkompensatoren“, „Active Noise Reduction“ (ANR) oder „Active Noise Cancellation“ (ANC). Dabei wird im Idealfall ein Signal erzeugt, das dem Signal des störenden Schalls mit entgegengesetzter Polarität und exakt entspricht, also in Amplitude und Frequenz und Frequenzspektrum.
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Als Kochgeschirr gemäß der Erfindung werden beispielsweise für Induktionskochgeräte geeignete Töpfe oder Pfannen, Bräter, aber auch metallische Platten als Unterlagen für nicht für Induktionskochgeräte geeignete Töpfe, Pfannen, Bräter odgl..
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Antischallvorrichtung eine Signalverarbeitungsvorrichtung und eine Schallquelle auf, die an die Signalverarbeitungsvorrichtung zur Übertragung von Ansteuersignalen an die Schallquelle angeschlossen ist. Mittels der Schallquelle, die hörbare und/oder nicht hörbare Schwingungen erzeugen kann, wird der Antischall zum hin Störschall ausgegeben. Die Schallquelle kann ein Lautsprecher, ein Schwingungserzeuger odgl. sein, wobei letztgenannter beispielsweise auch ein Gehäuse des Induktionskochgerätes oder ein sonstiges Gehäuse mit Schwingungen beaufschlagen kann, wobei dann das Gehäuse ähnlich wie eine Lautsprechermembran fungiert.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Signalverarbeitungsvorrichtung zur Signal- und/oder Datenübertragung an die Steuerschaltung für den Betrieb der Induktionsspule angeschlossen, insbesondere zur Übertragung der Arbeitsfrequenz von der Steuerschaltung an die Signalverarbeitungsvorrichtung. Auf diese Weise kann ein Antischall erzeugt werden, der vergleichsweise bzw. möglichst exakt demjenigen Störschall entspricht, der von der Induktionsspule selbst erzeugt wird. Eine Berechnung des notwendigen Antischalls anhand von vorher ermitteltem Störschall kann ausbleiben, da ja die Arbeitsfrequenz der Induktionsspule bekannt ist und daraus direkt die Form des Störschalls abgeleitet werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Antischallvorrichtung einen Aufnahmesensor zum Erfassen eines Störgeräusches auf, wobei der Aufnahmesensor an die Signalverarbeitungsvorrichtung zur Übertragung seiner Sensorsignale an die Signalverarbeitungsvorrichtung angeschlossen ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht das Erzeugen eines Antischalls zu einem Störschall, der vom gesamten Schwingungssystem bestehend aus Induktionsspule, Kochgeschirr odgl. erzeugt wird. Dazu wird der Störschall mittels des Aufnahmesensors erfasst, der ein Mikrofon, Schwingungsaufnehmer odgl. sein kann, an die Signalverarbeitungsvorrichtung geleitet, wobei diese dann den notwendigen Antischall errechnet und über eine Schallquelle ausgeben lässt. Die Schallquelle kann ein Lautsprecher, Schwingungserzeuger odgl. sein.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Antischallvorrichtung ausgebildet für eine Kompensationsfrequenz zwischen 5 Hz und 30 kHz, vorzugsweise eben zwischen 2 kHz und 16 kHz. Der Frequenzbereich eignet sich besonders gut, da das vom menschlichen Ohr wahrnehmbare Frequenzspektrum in etwa zwischen 5 Hz und 16 kHz liegt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Anordnung von mehreren Induktionskochgeräten, insbesondere von zwei, drei, vier, fünf oder mehr Induktionskochgeräten, in einem Kochfeld. In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Anordnung eine Antischallvorrichtung mit einer gemeinsamen Signalverarbeitungsvorrichtung sowie mit wenigstens einer Schallquelle auf, vorzugsweise mit mehreren Schallquellen. In Weiterbildung der Erfindung weist die Anordnung wenigstens einen Aufnahmesensor, vorzugsweise mehrere Aufnahmesensoren, zum Erfassen eines Störgeräusches auf. Die beschriebene Anordnung ermöglicht das Erfassen von Störgeräuschen im Wesentlichen im gesamten Bereich der Anordnung, ohne dass unterschiedliche Laufzeiten des Störschalls, eventuelle Störschalldämpfungen oder Laufzeiten von Sensorsignalen berücksichtigt werden müssten. Die Verteilung mehrerer Schallquellen bzw. Schwingungserzeuger in der gesamten Anordnung ermöglicht eine gleichmäßige Auslöschung von Störschall.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines vorbeschriebenen Induktionskochgerätes oder zum Betrieb einer vorbeschriebenen Anordnung mit einer Antischallvorrichtung, mit den Schritten des Erkennens und Erfassens eines bestehenden Störschalls, insbesondere dessen Frequenzspektrums, des Errechnens eines Antischalls bzw. Gegenschalls zum Störschall sowie des Wiedergebens des Antischalls bzw. Gegenschalls. In Weiterbildung des Verfahrens wird der Störschall durch die Signalübertragung von der Steuerschaltung der Induktionsspule zur Antischallvorrichtung bzw. zur Signalverarbeitungsvorrichtung der Antischallvorrichtung erkannt. In Ausgestaltung des Verfahrens wird der Störschall durch einen Aufnahmesensor zu seiner Erfassen erkannt, wobei der Aufnahmesensor an der Signalverarbeitungsvorrichtung zur Übertragung seiner Sensorsignale an die Signalverarbeitungsvorrichtung angeschlossen ist. In Weiterbildung des Verfahrens ist eine Arbeitsfrequenz der Induktionsspule von unter 20 kHz vorgesehen, vorzugsweise zwischen 100 Hz und 4 kHz bzw. 8 kHz.
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Ein Signal des Aufnahme-Sensors bzw. des Lautsprechers kann einer Steuerschaltung zur Verfügung gestellt wird, vorzugsweise zur Nutzung als Kontrolle von Kochvorgängen. Hier bietet es sich an, beispielsweise Klappern beim Kochen, Zischen beim Überkochen oder ähnliche Kochvorgangstypische Geräusche zu nutzen und eben in der Steuerschaltung auszuwerten.
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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 alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderem Gebiet verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwischenüberschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausführungsformen weisen teilweise Merkmale auf, die die anderen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung nicht aufweisen. Die Merkmale können jedoch, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, beliebig miteinander kombiniert werden. In den Zeichnungen zeigen:
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1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Induktionskochgerätes und
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2 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung mehrerer Induktionskochgeräte in einem Kochfeld.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist ein schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen Induktionskochgerätes 10 mit einer Induktionsspule 12 und einer dazu gehörenden Steuerschaltung 14 sowie einer Antischallvorrichtung 16 dargestellt. Die Antischallvorrichtung 16 weist eine Signalverarbeitungsvorrichtung 18 sowie eine Schallquelle 20 auf, hier ein Lautsprecher. Strichliniert dargestellt ist ein optionaler Aufnahmesensor 22, hier ein Mikrofon. Die Schallquelle 20 und der Aufnahmesensor 22 sind mit elektrischen Leitungen 24 mit der Signalverarbeitungsvorrichtung 18 verbunden. Die Steuerschaltung 14 und die Signalverarbeitungsvorrichtung 18 sind optional miteinander mittels elektrischer Leiter 26 verbunden, beispielsweise zur Datenübertragung und/oder Energieübertragung. In einem Bereich oberhalb der Induktionsspule 12 ist ein Kochgeschirr 28 aufgestellt. In dieses Kochgeschirr 28 wird mittels der Induktionsspule 12 Energie übertragen, und zwar im Betrieb mit einer vorgenannten Arbeitsfrequenz der Induktionsspule 12.
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Zumindest die Induktionsspule 12 und das Kochgeschirr 28 bilden zusammen ein schwingendes System, das aufgrund von Magnetostriktion Störgeräusche erzeugt. Diese Störgeräusche werden mittels der Antischallvorrichtung 16 bzw. mit von der Antischallvorrichtung 16 ausgegebenem Antischall zumindest teilweise ausgelöscht, vorzugsweise weitgehend. Dazu kann entweder das gesamte Störgeräusch des Schwingsystems von dem Aufnahmesensor 22 aufgenommen und der Signalverarbeitungsvorrichtung 18 zugeführt werden, die dann ein Frequenzspektrum eines entsprechenden Antischalls errechnet. Dieser Antischall wird dann mittels der Schallquelle 20 ausgegeben.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Arbeitsfrequenz der Induktionsspule, die die Steuerschaltung 14 vorgibt, an die Signalverarbeitungsvorrichtung 18 gegeben werden. Anhand der bekannten Arbeitsfrequenz wird dann über die Schallquelle 20 ein entsprechender Antischall zum Auslöschen des ähnlichen Störschalls ausgegeben, der von der Induktionsspule 12 erzeugt wird. Gegebenenfalls kann die Steuerschaltung 14 auch aufgetretene Wechselwirkungen zwischen der Induktionsspule 12 und dem Kochgeschirr 28 detektieren und ebenfalls über die elektrische Leitung 26 der Signalverarbeitungsvorrichtung 18 übermitteln.
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Die 2 zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung mehrerer Induktionskochgeräte 10 in einem Kochfeld 30. Das Kochfeld 30 weist eine Steuerschaltung 14 für die Steuerung der Induktionsspulen 12 auf. Weiterhin ist in dem Kochfeld eine Antischallvorrichtung 16 angeordnet, die aus einer Signalverarbeitungsvorrichtung 18 sowie mehreren im Kochfeld 30 verteilten Aufnahmesensoren 22 und Schallquellen 20 besteht. Die Anzahl der Schallquellen 20 und Aufnahmesensoren 22 kann jeweils im Wesentlichen beliebig gewählt werden.
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Eine Verteilung mehrerer Schallquellen 20 und Aufnahmesensoren 22 im gesamten Bereich des Kochfelds 30 ermöglicht eine gleichmäßige Erkennung und Auslöschung von Störschall, und zwar durch Antischall.
