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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Kochfeldes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es sind Verfahren zum Betreiben von Kochfeldern bekannt, bei denen eine Heizleistung gemäß einer vorgegebenen Temperatur geregelt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein gattungsgemäßes Verfahren mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer verbesserten Temperaturregelung bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kochfeldes und ein Kochfeld mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Kochfelds mit einer Mehrzahl von Heizelementen. Das Verfahren umfasst das Detektieren eines Kochgeschirrelements durch eine Detektionsanordnung, das Bilden einer an das detektierte Kochgeschirrelement angepassten Heizzone aus einem Heizelement oder mehreren Heizelementen durch eine Steuereinheit, das Einstellen wenigstens einer Soll-Temperatur der Heizzone mittels einer Benutzerschnittstelle und das Regeln einer Heizleistung der Heizzone abhängig von der eingestellten Soll-Temperatur und einer ermittelten Ist-Temperatur durch eine Regelungseinheit.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Regelung der Heizleistung mit einer Größe des detektierten Kochgeschirrelements als Regelungsparameter erfolgt. Die Ist-Temperatur ist insbesondere eine Garguttemperatur. Zur Ermittlung der Ist-Temperatur weist das Kochfeld Sensoreinheiten mit zumindest einem Temperatursensor auf. In der Regel kann der Temperatursensor die Garguttemperatur nur mittelbar bestimmen, da er außerhalb des Garraumes des Kochgeschirrelements angeordnet ist. Beispielsweise ist der Temperatursensor in einem regelmäßigen Raster unterhalb der Kochfeldplatte angeordnet oder der Temperatursensor ist als mobile Sensoreinheit ausgebildet, welche am Außenrand des Kochgeschirrelements magnetisch oder mechanisch befestigt ist. Daher weist die Regelungseinheit eine Temperaturschätzeinheit auf, welche aus dem Messwert des Temperatursensors die Ist-Temperatur ermittelt. Hierzu benötigt die Temperaturschätzeinheit weitere Regelungsparameter, wie beispielsweise eine relative Position des Temperatursensors zum Kochgeschirrelement oder die Art eines ausgewählten Garprogrammes (Braten, Dünsten, Frittieren, ...). Weiterhin weist die Regelungseinheit eine Kontrolleinheit auf, welche abhängig von einer Regelungsabweichung die Heizleistung einstellt. Auch diese Kontrolleinheit benötigt weitere Regelungsparameter für eine möglichst schnelle und präzise Temperaturregelung. Erfindungsgemäß wird als weiterer Regelungsparameter die Größe des benutzten Kochgeschirrelements herangezogen, um die Temperaturregelung weiter zu verbessern.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Ist-Temperatur mittels eines Infrarotsensors ermittelt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Größe des Kochgeschirrelements durch die Messung zumindest einer elektrischen Größe über ein oder mehrere Heizelemente ermittelt. Die Größe des Kochgeschirrelements meint insbesondere den Durchmesser eines Bodens des Kochgeschirrelements. Insbesondere können Informationen, welche bei der Detektion des Kochgeschirrelements gewonnen werden, auch zur Ermittlung der Größe des Kochgeschirrelements verwendet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Größe des Kochgeschirrelements durch die Auswertung eines aufgezeichneten Bildes des Kochfeldes aus einer Draufsicht ermittelt. Die Größe des Kochgeschirrelements meint insbesondere den Durchmesser eines Bodens des Kochgeschirrelements. Insbesondere ist eine Kamera über dem Kochfeld vorgesehen, beispielsweise in einer Dunstabzugshaube, mit welcher Bilder des Kochfeldes aus einer Draufsicht gemacht werden. Mittels eines Bilderkennungsverfahrens werden geometrische Informationen über auf dem Kochfeld platzierte Kochgeschirrelemente aus dem zumindest einen Bild extrahiert. Diese geometrischen Informationen umfassen beispielsweise die Position des Kochgeschirrelements auf dem Kochfeld oder den Durchmesser des Kochgeschirrelements.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Größe des Kochgeschirrelements durch einen Benutzer eingegeben wird. Die Größe des Kochgeschirrelements meint insbesondere den Durchmesser eines Bodens des Kochgeschirrelements. Insbesondere wird ein Benutzer zur Eingabe eines Durchmesser des Kochgeschirrelements aufgefordert, wenn eine Kochfeldfunktion mit Temperaturregelung ausgewählt wurde. Die Information über den Durchmesser und das zugehörige Kochgeschirrelement kann auch in einer dafür vorgesehenen Speichereinheit des Kochfeldes gespeichert sein, nachdem der Benutzer diese Informationen eingegeben hat. Bei Bedarf wählt der Benutzer dann beispielsweise nur noch das entsprechende Kochgeschirrelement über eine Benutzerschnittstelle des Kochfeldes aus.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Kochfeld, auf welchem das erfindungsgemäße Verfahren ausführt wird. Das Kochfeld umfasst eine Mehrzahl von Heizelementen, eine Detektionsanordnung, eine Steuereinheit, eine Benutzerschnittstelle und eine Regelungseinheit.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Kochfeldvorrichtung mit einer Vielzahl von Heizelementen, einer Steuereinheit, einer Benutzerschnittstelle und einer Regelungseinheit,
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2 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs für eine Temperaturregelung.
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1 zeigt ein Induktionskochfeld mit einer Vielzahl von als Induktoren 10 ausgebildeten Heizelementen. Die Induktoren 10 sind in einem gleichmäßigen Raster angeordnet, baugleich und können von einer Steuereinheit 18 im Wesentlichen unabhängig voneinander betrieben werden. Die Steuereinheit 18 ist eine universell programmierbare Recheneinheit, die Steuersignale zum Betreiben von einer oder mehreren Leistungselektronikbaugruppen 28 erzeugt. Die Leistungselektronikbaugruppen 28 umfassen mehrere Wechselrichter 40, einen Filter 42 und einen Gleichrichter 44. Eine Schaltanordnung 48 verbindet die Wechselrichter 40 mit unterschiedlichen Induktoren 10. Die Wechselrichter 40 erzeugen einen hochfrequenten Heizstrom, der durch die Induktoren 10 fließt und ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld erzeugt in einem Boden von einem auf das Kochfeld aufgestellten Kochgeschirrelement 12 Wirbelströme, die das Kochgeschirrelement 12 erhitzen. Die von den Induktoren 10 erzeugte Heizleistung kann durch die Variation einer Frequenz und/oder Amplitude des von den Wechselrichtern 40 erzeugten Heizstroms eingestellt werden.
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Die Steuereinheit 18 nutzt die Induktoren 10 als eine Detektionsanordnung 14 zum Detektieren der auf das Kochfeld aufgestellten Kochgeschirrelemente 12. Dazu misst die Steuereinheit 18 den Einfluss der Kochgeschirrelemente 12 auf die Induktivität der Induktoren 10 bzw. des aus den Induktoren 10 und dem Boden des Kochgeschirrelements 12 bestehenden Gesamtsystems. Ferner führen die elektrischen Verluste in dem Boden des Kochgeschirrelements 12 zu einem frequenzabhängigen Widerstand bzw. Verlustwinkel in den Induktoren 10. Diese Verlustwinkel können ergänzend zur Detektion des Kochgeschirrelements 12 bzw. zum Messen von Materialeigenschaften von dessen ferromagnetischem Boden genutzt werden.
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Die Steuereinheit 18 kann abhängig von diesen Messgrößen insbesondere einen Überdeckungsgrad zwischen dem Boden des Kochgeschirrelements 12 und jedem der Induktoren 10 bestimmen und aus diesen Messgrößen die Position, Größe und Form des Bodens des Kochgeschirrelements 12 ermitteln. Abhängig von diesen Daten bildet die Steuereinheit 18 zu jedem Kochgeschirrelement 12 eine Heizzone 16, die in ihrer Größe, Form und Position an die Größe, Form und Position des detektierten Kochgeschirrelements 12 angepasst ist. Die Steuereinheit 18 fasst diejenigen Induktoren 10, die zu mehr als einem vorgegebenen Anteil von dem Boden des Kochgeschirrelements 12 überdeckt sind, zu der Heizzone 16 zusammen, die dem betreffenden Kochgeschirrelement 12 zugeordnet wird.
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An einem vorderen Rand des Kochfelds umfasst dieses eine Benutzerschnittstelle 26, auf der die Steuereinheit 18 die an die detektierten Kochgeschirrelemente 12 angepassten Heizzonen 16 visualisiert. Der Benutzer kann über die Benutzerschnittstelle 26 zu jeder Heizzone 16 eine Soll-Temperatur und andere Betriebsparameter, beispielsweise eine Timer-Laufzeit oder eine Zeit zum automatischen Abschalten der Heizzone 16, einstellen.
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Zur Temperaturregelung ermittelt das Kochfeld eine Ist-Temperatur. Die Ist-Temperatur wird von einer erfassten Gartemperatur, d.h. insbesondere von einer Gargeschirrtemperatur, gebildet. Zur Erfassung der Ist-Temperatur weist das Kochfeld unter der Kochfeldplatte angeordnete Sensoreinheiten mit zumindest einem Temperatursensor auf. Alternativ oder zusätzlich könnte auch eine zumindest teilweise oberhalb der Kochfeldplatte angeordnete Sensoreinheit vorgesehen sein, die mittels Infrarot die Ist-Temperatur erfasst. Eine Regelungseinheit 20 ist dazu vorgesehen, die Ist-Temperatur auf die Soll-Temperatur zu regeln.
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2 zeigt schematisch einen Verfahrensablauf für eine Regelungseinheit zur Temperaturregelung. Der Benutzer stellt eine gewünschte Soll-Temperatur über eine Benutzerschnittstelle ein. Die eingestellte Soll-Temperatur wird über einen Differentiator 30 mit der Ist-Temperatur verglichen. Auf diese Weise wird eine Regelungsabweichung, hier Delta-Temperatur = Soll-Temperatur – Ist-Temperatur, ermittelt. Eine Kontrolleinheit 32 ermittelt die erforderliche Heizleistung, um die Delta-Temperatur zu erreichen, und steuert die Heizzone entsprechend an. In einer Rückführschleife 38 wird durch einen Temperatursensor 34 eine Gargeschirrtemperatur ermittelt. In der Regel kann der Temperatursensor die Garguttemperatur nur mittelbar bestimmen, da er außerhalb des Garraumes des Kochgeschirrelements angeordnet ist. Beispielsweise ist der Temperatursensor in einem regelmäßigen Raster unterhalb der Kochfeldplatte angeordnet oder der Temperatursensor ist als mobile Sensoreinheit ausgebildet, welche am Außenrand des Kochgeschirrelements magnetisch oder mechanisch befestigt ist. Daher weist die Regelungseinheit eine Temperaturschätzeinheit 36 auf, welche aus dem Messwert des Temperatursensors die Garguttemperatur ermittelt. Diese Garguttemperatur ist die Ist-Temperatur und wird dem Differentiator 30 zugeführt. In einem vorgegebenen Zeittakt wiederholt sich diese Regelschleife, bis das Beheizen der Heizzone beendet wird.
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Für eine möglichst präzise Temperaturregelung benötigen die Kontrolleinheit 32 und/oder die Temperaturschätzungseinheit 36 weitere Regelungsparameter. Diese Regelungsparameter sind beispielsweise Informationen über eine relative Position des Temperatursensors zum Kochgeschirrelement oder die Art eines ausgewählten Garprogrammes (Braten, Dünsten, Frittieren, ...). Auch Informationen über den eingesetzten Sensortyp, beispielsweise ein Bratsensor mit einem Temperaturbereich über 120° Celsius oder ein Kochsensor für einen Temperaturbereich bis zu 120° Celsius, gehören dazu. Erfindungsgemäß wird die Größe des verwendeten Kochgeschirrelements als Regelungsparameter genutzt. Die Information über die Größe des Kochgeschirrelements wird beispielsweise wie zu 1 beschrieben ermittelt. Die Regelungsparameter werden zur Kalibrierung der Regelungseinheit, insbesondere einer Temperaturschätzeinheit und/oder einer Kontrolleinheit, genutzt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Heizelement
- 12
- Kochgeschirrelement
- 14
- Detektionsanordnung
- 16
- Heizzone
- 18
- Steuereinheit
- 20
- Regelungseinheit
- 26
- Benutzerschnittstelle
- 28
- Leistungselektronikbaugruppe
- 30
- Differentiator
- 32
- Kontrolleinheit
- 34
- Temperatursensor
- 36
- Temperaturschätzeinheit
- 38
- Rückführschleife
- 40
- Wechselrichter
- 42
- Filter
- 44
- Gleichrichter
- 48
- Schaltanordnung
