DE102017220823A1

DE102017220823A1 - Verfahren zum Beheizen eines Kochgefäßes auf einem Induktionskochfeld und dafür ausgebildetes Induktionskochfeld

Info

Publication number: DE102017220823A1
Application number: DE102017220823.6A
Authority: DE
Inventors: Robin Göbel
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2019-05-23

Abstract

Bei einem Verfahren zum Beheizen eines Kochgefäßes auf einem Induktionskochfeld, das eine Kochfeldplatte und eine Induktionsheizspule darunter aufweist und ausgebildet ist zur Messung des Gewichts des Kochgefäßes auf der Kochfeldplatte relativ zur Induktionsheizspule wird zuerst die Induktionsheizspule mit mindestens zwei unterschiedlichen Leistungen angesteuert und dabei das jeweilige Gewicht des Kochgefäßes bei jeder Leistung gemessen. Die Leistung der Induktionsheizspule und eine jeweilige Gewichtsdifferenz werden in jedem Fall einander zugeordnet. Daraus wird eine Kompensationskurve bestimmt aus Leistung und jeweiliger Gewichtsdifferenz. In einem nachfolgenden Schritt wird während des Beheizens des Kochgefäßes eine leistungsabhängige Kompensation eines Fehlers bei einer Gewichtsmessung des Kochgefäßes anhand der Kompensationskurve durchgeführt, um das Gewicht des Kochgefäßes unabhängig von der jeweiligen Leistung der Induktionsheizspule korrekt zu messen.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen eines Kochgefäßes auf einem Induktionskochfeld sowie ein entsprechend ausgebildetes Induktionskochfeld, mit dem dieses Verfahren durchgeführt werden kann.
Aus der DE 102015226052 A1 ist ein Kochfeld bekannt, das ausgebildet ist zur Gewichtsmessung eines auf eine Kochfeldplatte aufgestellten Kochgefäßes. Dazu ist das Kochfeld derart ausgebildet, dass die Kochfeldplatte auf Gewichtssensoren aufliegt und relativ zu einer Arbeitsplatte, in welche das Induktionskochfeld eingebaut ist, bewegbar ist. Des Weiteren ist die Kochfeldplatte gegenüber den Induktionsheizspulen relativ bewegbar.
Eine Gewichtsmessung eines aufgestellten Kochgefäßes ist mit dem darin beschriebenen Induktionskochfeld zwar grundsätzlich möglich. Es hat sich jedoch in der Praxis herausgestellt, dass dabei Ungenauigkeiten bei der Gewichtsmessung entstehen abhängig von verschiedenen Betriebsvorgängen.
AUFGABE UND LÖSUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren sowie ein eingangs genanntes Induktionskochfeld zu schaffen, mit dem dieses Verfahren durchgeführt werden kann, mit denen Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, eine Gewichtsmessung möglichst genau durchzuführen, vorzugsweise unabhängig vom jeweiligen Kochvorgang oder einer Leistungsstufe dafür.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein dafür vorgesehenes Induktionskochfeld mit den Merkmalen des Anspruchs 13. 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 Verfahren oder nur für das Induktionskochfeld genannt. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für das Verfahren als auch für das Induktionskochfeld selbstständig und unabhängig voneinander gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Das Induktionskochfeld weist eine Kochfeldplatte und mindestens eine Induktionsheizspule darunter auf. Es ist zur Messung des Gewichts eines auf der Kochfeldplatte über einer Induktionsheizspule aufgestellten Kochgefäßes ausgebildet, wobei es dazu Mittel zur Messung des Gewichts des Kochgefäßes relativ zu der Induktionsheizspule aufweist. Das Kochfeld weist vorteilhaft eine Kochfeldsteuerung auf, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann, wobei mit der Kochfeldsteuerung auch eine Gewichtsmessung durchgeführt werden kann. In einem vorausgehenden Schritt wird die Induktionsheizspule unter dem Kochgefäß mit mindestens zwei unterschiedlichen Leistungen angesteuert und dabei das jeweilige Gewicht des Kochgefäßes bei jeder dieser Leistungen gemessen mittels der Mittel zur Gewichtsmessung. Dann werden die Leistung, mit der die Induktionsheizspule in jedem Fall angesteuert worden ist, und das jeweilige dabei gemessene Gewicht einander zugeordnet. So kann man eine Art von Wertepaaren erhalten für Leistung und Gewicht. Alternativ werden die Leistung, mit der die Induktionsheizspule in jedem Fall angesteuert worden ist, und eine Differenz des Gewichts zwischen dem Gewicht des Kochgefäßes bei Null Leistung, also ohne Betrieb der Induktionsheizspule, und dem Gewicht des Kochgefäßes bei dieser Leistung abgespeichert als Wert bzw. als Wertepaar. Als eine mögliche angesteuerte Leistung gilt hier auch die Leistung von 0W, also quasi ohne Leistung, wenn zu diesem Zeitpunkt das Gewicht ohne eine entsprechende Abstoßungskraft gemessen wird. Hier ist nämlich auch eine Gewichtsmessung möglich, nur eben noch ohne Einfluss durch die von der Induktionsheizspule auf das Kochgefäß ausgeübte Kraft als Abstoßungskraft.
In einem weiteren Schritt wird entweder eine Kompensationskurve bestimmt, die sich aus den verschiedenen Werten bzw. Wertepaaren für Leistung und jeweiligem Gewicht oder jeweiliger Gewichtsdifferenz ergibt, oder es wird eine Wertemenge der zugeordneten Werte bzw. Wertepaare von Leistung und jeweiligem Gewicht oder jeweiliger Gewichtsdifferenz bestimmt. Dies kann auch in einer Art Tabelle abgespeichert sein. In einem weiteren nachfolgenden Schritt wird während des Beheizens des Kochgefäßes, also vorteilhaft während des normalen Betriebs des Induktionskochfelds mit Zubereitung eines Nahrungsmittels im Kochgefäß, eine leistungsabhängige Kompensation eines Fehlers bei einer Gewichtsmessung des Kochgefäßes durchgeführt. Für diese leistungsabhängige Kompensation wird entweder die vorgenannte Kompensationskurve oder die vorgenannte Wertemenge verwendet. Daraus kann nämlich bestimmt werden, welches Gewicht das Kochgefäß bei welcher Leistung der Induktionsheizspule aufweist, und mittels der Kompensation ist es möglich, das Gewicht des Kochgefäßes letztlich unabhängig von der jeweiligen Leistung der Induktionsheizspule korrekt zu messen bzw. erkennen zu können. Dazu wird dann vorteilhaft bei jeder Leistung der Induktionsheizspule die zugehörige Gewichtsdifferenz zu dem gemessenen Gewicht addiert.
Im Rahmen der Erfindung ist nämlich erkannt worden, dass das Kochgefäß von der Induktionsheizspule ganz leicht angehoben werden kann im Betrieb der Induktionsheizspule, also beim Beheizen des Kochgefäßes. Dieser Effekt ist offensichtlich abhängig von der Leistung der Induktionsheizspule, und zwar für dieses eine spezielle Kochgefäß stets gleich. Eine gewisse Temperaturabhängigkeit kann zwar grundsätzlich vorliegen, diese kann aber vernachlässigt werden, da das induktive Beheizen des Kochgefäßbodens sehr schnell innerhalb weniger Sekunden erfolgt und somit der Einfluss einer Temperatur des Kochgefäßbodens nur sehr ring ist.
Dieser Fehler der Gewichtsmessung abhängig von der Leistung der Induktionsheizspule mag zwar sehr gering sein und beispielsweise im Bereich nur weniger Gramm liegen. Sollen jedoch bei der Gewichtsmessung auch kleine Gewichtsunterschiede genau und zuverlässig erfasst werden können, beispielsweise um Gewichtsabnahmen beim Kochvorgang messen zu können, so ist eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit durch die erfindungsgemäße Kompensation möglich.
Während eines Kochvorgangs ist es dann möglich, dass die Kochfeldsteuerung die der jeweiligen Induktionsheizspule zugeführte Leistung erfasst und eine leistungsabhängige Kompensation der Gewichtsmessung eines über diese Induktionsheizspule aufgestellten Kochgefäßes durchführt. Ist ein Kochgefäß über mehreren Induktionsheizspulen aufgestellt, beispielsweise über zwei bis fünf Induktionsheizspulen, so kann dieses Verfahren im Prinzip genau gleich durchgeführt werden. Diese Induktionsheizspulen, die dann eine Art gemeinsame Kochstelle bilden für das Kochgefäß, werden entweder mit derselben Leistung oder mit einer zumindest recht ähnlichen Leistung betrieben, so dass auch hier mehrere Werte erfasst werden können für einerseits Leistung und andererseits gemessenes Gewicht oder gemessene Gewichtsdifferenz. Daraus kann dann auf dieselbe Art und Weise wie zuvor beschrieben eine Kompensationskurve oder eine entsprechende Wertemenge erstellt werden.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Leistung der mehreren unterschiedlichen Leistungen zur Bildung der Wertepaare eine relativ geringe Leistung ist. Dazu kann sie maximal 30% der maximalen Leistung der Induktionsheizspule betragen, insbesondere nur maximal 20% der maximalen Leistung. Unter Umständen kann sie auch noch geringer sein, beispielsweise nur 10% der maximalen Leistung betragen.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Leistung der mehreren unterschiedlichen Leistungen zur Bildung der Wertepaare eine relativ hohe Leistung ist. Sie beträgt vorteilhaft mindestens 60% der maximalen Leistung der Induktionsheizspule, besonders vorteilhaft mindestens 75% der maximalen Leistung. So kann also ein hoher Leistungsbereich abgedeckt werden. Hier ist naturgemäß, wie zuvor erläutert worden ist, die Abweichung bei der Gewichtsmessung am größten. Insofern kann es unter Umständen vorteilhaft sein, mindestens zwei Werte bzw. Wertepaare zu messen bei einer Leistung mindestens 60% der maximalen Leistung.
Eine dritte mögliche Leistung kann in einem mittleren Bereich liegen, beispielsweise 30% bis 60% der maximalen Leistung der Induktionsheizspule betragen. Dies ist der Bereich, in dem ein Großteil der Kochvorgänge durchgeführt wird, zumindest nach einem möglicherweise kurz andauernden Ankochen oder Aufkochen. Deswegen ist hier eine korrekte und möglichst genaue Gewichtsmessung wichtig.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass die mindestens zwei unterschiedlichen Leistungen, die während der Bestimmung der Kompensationskurve oder der Wertemenge für die Induktionsheizspule angesteuert werden, um mindestens 30%, vorzugsweise um mindestens 50%, der maximalen Leistung der Induktionsheizspule auseinanderliegen. So wird eine gewisse Spreizung der Werte erreicht für eine möglichst gute Bestimmung der Kompensationskurve oder der Wertemenge. Wird bei mehr als bei zwei Leistungen gemessen so sollten die kleinste und die größte Leistung, bei denen gemessen wird, um diesen Wert auseinander liegen.
Vorteilhaft kann für die Bestimmung der vorgenannten Kompensationskurve oder der verschiedenen Werte das jeweilige Gewicht des Kochgefäßes bei jeder Leistung, bei der gemessen wird, von dem Gewicht des Kochgefäßes abgezogen werden, das ohne Leistung bzw. ohne Betrieb der Induktionsheizspule gemessen wird, wenn also kein Fehler bei der Gewichtsmessung durch einen Betrieb der Induktionsheizspule verursacht wird. So kann man jeweils bei jeder Messung bei jeder Leistung eine Gewichtsdifferenz und kein absolutes Gewicht erhalten, und diese Gewichtsdifferenz gibt dann sozusagen den direkten Fehler durch den Betrieb der Induktionsheizspule an. Die Kompensationskurve wird dann von den Werten für Leistung und jeweilige Gewichtsdifferenz bestimmt, ebenso wird die Wertemenge von den Werten für Leistung und jeweilige Gewichtsdifferenz bestimmt, ist also auch von dem direkten Fehler befreit.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass zur Bestimmung der Kompensationskurve oder der Wertemenge die erste Leistung, mit der die Induktionsheizspule zuerst angesteuert wird, größer ist als die nachfolgenden Leistungen zur Bestimmung der Kompensationskurve bzw. der Wertemenge. So kann beispielsweise auch zu Beginn der Messungen eine Temperatur des Kochgefäßbodens relativ stark erhöht werden und somit in den Bereich einer Temperatur gebracht werden, wie sie beim länger andauernden Kochen bzw. Beheizen des Kochgefäßes auftritt.
Für eine Kompensationskurve können drei bis maximal fünf Punkte bzw. Werte ermittelt werden für die Ansteuerleistung der Induktionsheizspule und entsprechende Werte für ein gemessenes Gewicht des Kochgefäßes oder eine Gewichtsdifferenz ermittelt werden. Zwischen diesen einzelnen Werten kann dann eine Interpolation stattfinden, auch bis hin zu einer minimalen sowie einer maximalen Leistung der Induktionsheizspule.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung können eine Kompensationskurve und/oder eine Wertemenge ermittelt werden für jede mögliche Leistung bzw. jede möglich Leistungsstufe für die Induktionsheizspule. Da üblicherweise ein Bewegungsweg des Kochgefäßes relativ zu der Induktionsheizspule sehr gering ist und somit keine große Dynamik vorliegt, sondern eher eine vernachlässigbar kleine, kann jeder einzelne Schritt des Messens bei einer bestimmten Leistungsstufe in wenigen Sekunden, beispielsweise maximal 5 Sekunden oder maximal nur 3 Sekunden, durchgeführt und abgeschlossen sein. Somit dauert das Erfassen bzw. Aufzeichnen der Kompensationskurve oder der Wertemenge selbst für zwischen 10 und 20 Leistungsstufen nur eine halbe Minute bis etwa eineinhalb Minuten. Damit ist das Verfahren ausreichend praxistauglich.
Die Stärke der Abstoßungskraft ist, wie zuvor beschrieben, abhängig von der Art des Kochgefäßes. Für Induktion geeignete Kochgefäße lassen sich aus unterschiedlichen Materialien fertigen. Es werden unter anderem ferritische und austenitische Edelstähle, Aluminium, Gusseisen und Stahl in verschiedenen Schichtaufbauten verwendet. Die Kombination der magnetischen und unmagnetischen Materialien beeinflusst die Arbeitsparameter der Induktionsheizspule. Diese Beeinflussung ist nicht nur abhängig von der Leistung, die in das Kochgefäß eingeprägt wird, sondern auch von der Arbeitsfrequenz, bei der dies erfolgt. Das liegt daran, dass die Permeabilität frequenzabhängig ist. Aus diesem Grund kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Abstoßungskraft nicht nur bei verschiedenen Leistungsstufen ermittelt werden, sondern auch bei verschiedenen Arbeitsfrequenzen. Dies kann beispielsweise notwendig sein, wenn sich die Arbeitsfrequenz eines Induktionsgenerators zur Ansteuerung der Induktionsheizspule während des Betriebs ändert, was durchaus üblich ist.
Vorteilhaft wird das Verfahren zur leistungsabhängigen Gewichtskompensierung bzw. zum Kompensieren des leistungsabhängigen Messfehlers beim Messen des Gewichts während des gesamten Vorgangs des Beheizens des Kochgefäßes durchgeführt. Dabei wird eben jeweils die Kompensationskurve oder die Wertemenge verwendet, die vorteilhaft in der Kochfeldsteuerung abgelegt bzw. gespeichert ist. Auch eine Leistungszufuhr zu der Induktionsheizspule wird ständig überwacht. Ändert sich die Leistungszufuhr, so passt die Kochfeldsteuerung die Kompensation daran an, und zwar bevorzugt sofort. Dann kann gut unterschieden werden, ob eine wenn auch nur geringe, sprungförmige Änderung des gemessenen Gewichts von einer sprungförmigen Änderung der zur Induktionsheizspule zugeführten Leistung herrührt, beispielsweise aufgrund einer Bedienereingabe, oder vom Nachfüllen oder Entnehmen eines Nahrungsmittels aus dem Kochgefäß.
In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft möglich, dass unterschiedliche Kochgefäße, insbesondere unabhängig von ihrer jeweiligen Baugröße und/oder Bauart, charakterisiert werden. So können diese unterschiedlichen Kochgefäße eine für sich jeweils charakteristische Kompensationskurve bzw. Wertemenge aufweisen, die jeweils leistungsabhängig ist. Dadurch ist es möglich, dass einzelne Kochgefäße erkannt werden können. In Weiterbildung der Erfindung ist es dann möglich, dass diese Kochgefäße einzeln identifiziert bzw. mit einer individuellen Kennung versehen werden können. Diese individuelle Kennung kann entweder von einer Bedienperson beim Aufsetzen dieses Kochgefäßes auf die Kochfeldplatte in die Kochfeldsteuerung eingegeben werden. Dann muss nicht jedes Mal neu der Vorgang der Bestimmung der Kompensationskurve oder der Wertemenge durchgeführt werden, wenn mit einem bestimmten Kochgefäß gekocht werden soll. Alternativ könnte eine bei sehr vielen möglichen Werten genau und sorgfältig aufgezeichnete Kompensationskurve bzw. Wertemenge dann abgerufen werden, wenn durch das Erfassen von beispielsweise nur zwei oder drei Werten bei unterschiedlichen Leistungsstufen ein Kochgefäß identifiziert worden ist, weil sich diese zwei oder drei Leistungsstufen genau einer bestimmten Kompensationskurve oder Wertemenge zuordnen lassen. Dann liegt eine Art Schnellidentifizierung vor, die den Abruf von genauen und detaillierten abgespeicherten Kompensationskurven bzw. Wertemengen ermöglicht, die dann wiederum gut geeignet sind für eine sehr genaue Kompensation eines leistungsabhängigen Messfehlers bei der Gewichtsmessung.
Des Weiteren kann der eigentliche Fehler in der Gewichtsmessung auch als Zusatzinformation zur Charakterisierung von Kochgefäßen dienen. Es ist wünschenswert, die Eigenschaften eines Kochgefäßes zu bestimmen, um das Kochfeld auf das jeweilige Material bzw. Kochgefäß abgestimmt betreiben zu können. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird daher ebenfalls, wie zuvor beschrieben, der Zusammenhang zwischen Leistung, sowie ggf. Arbeitsfrequenz und vorgenannter Abstoßungskraft ermittelt. Dieser dient jedoch in dieser Ausgestaltung nicht nur zur Kompensation des Ergebnisses des Wiegens, sondern es können auch die daraus ermittelten Informationen über die Art und die Arbeitsweise des aufgestellten Kochgefäßes verwendet werden. Je nach erkannten magnetischen Eigenschaften des Kochgefäßes können so beispielsweise die Arbeitsfrequenz oder gewisse Temperatur- und/oder Stromgrenzwerte im Induktionsgenerator an das erkannte Kochgefäß angepasst werden.
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 Unterkombination 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 einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

1 ein Diagramm von Verläufen von Leistung der Induktionsheizspule und gemessenes Gewicht über der Zeit,
2 eine stark schematisierte Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Induktionskochfeld,
3 weitere Verläufe von Leistung und Gewicht über der Zeit zur Veranschaulichung der Bestimmung von Wertepaaren für eine Kompensationskurve und
4 verschiedene Kompensationskurven von bestimmten Gewichtsdifferenzen bei bestimmten Leistungen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In der 1 ist der der Erfindung zugrundeliegende Effekt dargestellt anhand von Verläufen einer Leistung einer Induktionsheizspule über der Zeit sowie eines gemessenen Gewichts eines aufgestellten und beheizten Topfes. In dem dargestellten Werteverlauf des Gewichts m wird zunächst zu einem Zeitpunkt t_T ein Topf aufgestellt. Dies ist durch den sprunghaften Anstieg des gemessenen Gewichts m zum Zeitpunkt t_T zu sehen. Wenn zu einem bestimmten späteren Zeitpunkt t_X eine bestimmte Leistung P_X an der Induktionsheizspule eingestellt bzw. erzeugt wird, um einen darüber aufgestellten Topf, siehe 2, zu beheizen, so verändert sich dessen Gewicht m bzw. das bei einer Gewichtsmessung gemessene Gewicht m. Diese Veränderung als Unterschied bzw. diese Differenz Δm_X bei der Leistung P_X kann in der Praxis relativ klein sein und beispielsweise wenige Gramm betragen, beispielsweise 5g. Sie ist damit aber dennoch messbar und kann bei der Automatisierung von Kochprogrammen eine bedeutsame Rolle spielen. Der genaue Effekt kann anhand 2 nachvollzogen werden.
In der 2 ist ein erfindungsgemäßes Induktionskochfeld 11 dargestellt, das in einen Ausschnitt einer Arbeitsplatte 10 auf bekannte Art und Weise eingesetzt ist, siehe hierzu auch die vorgenannte DE 102015226052 A1 . Das Induktionskochfeld 11 weist eine Kochfeldplatte 13 auf mit einer daran gebildeten Kochstelle 14.
Unterhalb der Kochstelle 14 ist eine Induktionsheizspule 16 angeordnet, die allerdings nicht fest mit der Kochfeldplatte 13 verbunden ist bzw. noch nicht einmal daran anliegt. Das Induktionskochfeld 11 weist ein Gehäuse 18 auf, das mit einem umgebogenen Außenrand an der Arbeitsplatte 10 befestigt ist oder darauf aufliegt. Die Kochfeldplatte 12 ist mittels mehrerer Stützen 20 im Gehäuse 18 gelagert, wobei diese Stützen 20 auf Gewichtssensoren 21 aufliegen. Die Gewichtssensoren 21 sind mit einer Steuerung 23 für das Induktionskochfeld 11 verbunden, so dass diese Steuerung 23 die Gewichtsmessung durchführt. Somit wirkt die gesamte Kochfeldplatte 13 als eine Art Waage, und das Gewicht von aufgelegten Gegenständen, beispielsweise eines auf die Kochstelle 14 aufgestellten Topfes 25, kann gemessen werden. Der Topf 25 weist einen Topfboden 26 auf, der von der Induktionsheizspule 16 auf bekannte Art und Weise erhitzt werden kann. Im Topf 25 befindet sich beispielhaft Wasser 27 als Gargut, es kann aber auch ein beliebiger sonstiger Inhalt vorhanden sein. Dieses Wasser 27 soll erhitzt werden als Kochvorgang.
Wir nun die Induktionsheizspule 16 aktiviert, beispielsweise mit einer hohen oder der höchsten Leistungsstufe, um das Wasser 27 im Topf 25 durch induktives Beheizen des Topfbodens 26 zu erhitzen, so wird das von der Induktionsheizspule 16 zum Beheizen erzeugte Magnetfeld den Topfboden 26 sozusagen etwas anheben. Die im Topfboden 26 erzeugten Wirbelströme erzeugen nämlich wiederum ein Magnetfeld, welches in entgegengesetzter Richtung seines Ursprungs wirkt, also gegen die Induktionsheizspule 16 als Ursprung drückt. Dieses Anheben des Topfes 25 relativ zur Induktionsheizspule 16 reduziert also etwas sein Gewicht, mit dem er auf die Kochfeldplatte 13 und somit auf die Gewichtssensoren 21 drückt. Es entsteht also durch die Beheizung des Topfes 25 ein gewisser Messfehler, weil nämlich das gemessene Gewicht m, siehe 1, um eine Differenz Δm reduziert wird. Dieses Δm hängt ab von der Leistung P, mit der die Induktionsheizspule 16 betrieben wird. Diese Leistung P wird von der Kochfeldsteuerung 23 gleichzeitig erfasst. Dies kann entweder dadurch erfolgen, dass die Steuerung 23 eine Leistungsstufe oder Leistungshöhe für die Induktionsheizspule 16 an einer hier nicht dargestellten Leistungsversorgung mit Induktionsgenerator einstellt und somit die Leistung kennt, weil sie sie vorgibt. Alternativ könnte die Steuerung 23 losgelöst von dieser Vorgabe die Leistung auch aktiv bzw. direkt an der Induktionsheizspule 16 messen. Es ist leicht vorstellbar, wie diese Massedifferenz bzw. Gewichtsdifferenz Δm von der Leistung P der Induktionsheizspule 16 abhängt, und zwar größer ist, je größer diese Leistung ist.
In der 2 ist auch schematisch rechts an der Kochfeldplatte 13 dargestellt, dass diese sich sozusagen zur Gewichtsmessung in vertikaler Richtung relativ zum Gehäuse 18 bewegen kann. Die Induktionsheizspule 16 ist fest am Gehäuse 18 gelagert, so dass sich die Kochfeldplatte 13 und somit auch der Topf 25 relativ zur Induktionsheizspule 16 bewegen können. Nur dadurch ist es möglich, dass die Induktionsheizspule 16 den Topf 25 beim Beheizen sozusagen anheben kann abhängig von der Leistung, also sein Gewicht auf der Kochfeldplatte 13 reduzieren kann.
In der 3 ist nun dargestellt, wie beim erfindungsgemäßen Verfahren mit drei Leistungen P₃ bis P₁ gemessen wird, um jeweils drei Gewichtsdifferenzen Δm₃ bis Δm₁ zu messen bzw. zu erfassen. In der Praxis können natürlich auch weniger oder mehr als drei Leistungen zum Messen angefahren werden bzw. es kann zusätzlich mit verschiedenen Frequenzen die jeweils gleiche Leistung angefahren werden. Zuerst wird, bevor Leistung an die Induktionsheizspule 16 gegeben wird, das Gewicht m eines aufgestellten Topfes 25 gemessen. Dann wird er zuerst mit der relativ großen oder der maximalen Leistung P₃ der Induktionsheizspule 16 beheizt. Dadurch wird er aufgrund der Abstoßungskraft angehoben, wie zuvor erläutert worden ist, wodurch sich sein Gewicht um die Gewichtsdifferenz Δm₃ reduziert. Dies ist eingezeichnet. Dann wird die Induktionsheizspule 16 mit der nächst kleineren Leistung P₂ beheizt, also etwas schwächer als zuvor. Das gemessene Gewicht m des Topfes 25 macht wieder einen kleinen Sprung nach oben, wobei im Vergleich zum ursprünglichen Gewicht m₀ die Gewichtsdifferenz Δm₂ gemessen werden kann. Dann wird nach einiger Zeit, beispielsweise 3 Sekunden bis 10 Sekunden, die Leistung P noch einmal reduziert auf die niedrigste Leistung zum Messen, nämlich P₁ . Der Verlauf des Gewichts m macht wieder einen kleinen Sprung nach oben, so dass sich im Vergleich zum ursprünglichen Gewicht m₀ nun die Gewichtsdifferenz Δm₁ ergibt.
Mit diesen drei Leistungen P₃ bis P₁ und den drei Gewichtsdifferenzen Δm₃ bis Δm₁ kann eine in 4 dargestellte und durchgezogene Kompensationskurve erstellt werden. Aus den drei Leistungswerten für P und den drei Werten für die Gewichtsdifferenz Δm ergibt sich eine Kurve, die hier eine Gerade ist. Dies muss aber nicht zwingend so sein. Des Weiteren kann rechnerisch in der Steuerung 23 aus diesen beispielsweise drei Wertepaaren die gesamte Kompensationskurve erstellt werden durch Interpolation oder andere hierfür bekannte taugliche und vorteilhafte Verfahren. Diese Kompensationskurve sollte auch möglichst durch die drei gemessenen Punkte bzw. Wertepaare führen, während der Rest eben ermittelt bzw. abgeschätzt werden kann. In der Regel wird eine solche Kompensationskurve auch durch den Null-Punkt der x- und der y-Achse führen. Daher ist der Betriebspunkt vor dem Aufschalten einer Leistung bereits auch ein nutzbarer Betriebszustand. Beispielhaft ist noch eine deutlich flachere strichlierte Kompensationskurve dargestellt, die ebenfalls angenähert eine Gerade ist. Des Weiteren ist eine strichpunktierte steilere Gerade dargestellt.
Anhand dieser Kombinationskurve kann dann für eine beliebige Leistung P_X gemäß 3 die Gewichtsdifferenz Δm entnommen oder ausgelesen werden, um so beim Beheizen des Topfes 25 mittels der Induktionsheizspule 16 mit dieser Leistung P_X die Gewichtskompensation durchzuführen, so dass das Gewicht m korrekt gemessen wird. Dies ist in 3 ganz rechts dargestellt. Schließlich ist auch die Abstoßungskraft, mit der die Induktionsheizspule 16 versucht den Topf 25 im Heizbetrieb anzuheben, gleich bzw. unabhängig von der Füllmenge von Wasser 27 odgl. im Topf 25.
Ergibt sich nun im weiteren Kochvorgang eine plötzliche Gewichtsveränderung, die insbesondere in etwa stufenförmig ist, welche die Steuerung 23 über die Gewichtssensoren 21 unmittelbar registriert, so kann sie überprüfen, ob sich die Leistung P für die Induktionsheizspule 16 verändert hat. Ist dies nicht der Fall, so hat eine Bedienperson etwas zusätzlich in den Topf 25 hineingegeben oder etwas daraus entnommen. Hat sich die Leistung verändert, so wird umgehend eine Gewichtskompensation anhand der veränderten Leistung mittels des neuen Wertes für die Leistung P vorgenommen anhand der Kompensationskurve, und die Gewichtsmessung kann sozusagen ungestört weitergehen. Insbesondere kann hier auch so vorgegangen werden, dass jede Änderung der Leistung P von der Steuerung 23 umgehend erfasst wird und eine entsprechend angepasste Gewichtskompensation durchgeführt wird.
Durch diese permanente sozusagen automatisierte Kompensation der variierenden Leistung der Induktionsheizspule 16 können auch langsame und zeitlich andauernde Änderungen in der Gewichtsmessung erfasst werden, beispielsweise weil langsam aber kontinuierlich das Wasser 27 aus dem Topf 25 beim Kochen verdampft.
Es ist anhand der zeichnerischen Darstellungen auch leicht vorstellbar, wie anstelle der durchgehenden Kompensationskurve der 4 Wertepaare für jede mögliche Leistung bei einer Leistungsstufen-Vorgabe für die Induktionsheizspule 16 erzeugt werden. In vielen Fällen gibt es 17 derartige Leistungsstufen, möglicherweise noch eine oder zwei weitere Boost-Leistungsstufen, die letztlich einfacher und mit weniger Aufwand abgespeichert werden können als eine an sich durchgängige Kurve.
Die in 4 dargestellte strichpunktierte steilere Gerade steht beispielsweise für einen Topf aus einem anderen Material, der eine größere Abstoßung aufweist. Die strichlierte flachere Gerade steht beispielsweise für einen Topf aus einem nochmals anderen Material, der eine geringere Abstoßung aufweist. Nun können in einer erfindungsgemäßen Kochfeldsteuerung Werte oder Kurven für die Steigungen verschiedener Topfmaterialien bzw. Töpfe hinterlegt sein. Die ermittelte Steigung wird dann mit diesen Erfahrungswerten abgeglichen, um das Material des aufgestellten Topfes ermitteln. Diese Information wird wiederum von der Kochfeldsteuerung genutzt, um Betriebsparameter des Induktionsgenerators daran anpassen zu können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015226052 A1 [0002, 0026]

Claims

Verfahren zum Beheizen eines Kochgefäßes auf einem Induktionskochfeld, wobei das Induktionskochfeld: - eine Kochfeldplatte aufweist, - eine Induktionsheizspule unter der Kochfeldplatte aufweist, - ausgebildet ist zur Messung des Gewichts des Kochgefäßes auf der Kochfeldplatte relativ zu der Induktionsheizspule unter dem Kochgefäß, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: - in einem vorausgehenden Schritt wird die Induktionsheizspule mit mindestens zwei unterschiedlichen Leistungen angesteuert und dabei das jeweilige Gewicht des Kochgefäßes bei jeder Leistung gemessen, - die Leistung, mit der die Induktionsheizspule angesteuert worden ist, und das jeweilige Gewicht des Kochgefäßes oder eine jeweilige Gewichtsdifferenz werden in jedem Fall einander zugeordnet, - es wird eine Kompensationskurve bestimmt der verschiedenen Werte für Leistung und jeweiliges Gewicht bzw. jeweilige Gewichtsdifferenz oder es wird eine Wertemenge der zugeordneten Werte von Leistung und jeweiligem Gewicht bzw. jeweiliger Gewichtsdifferenz bestimmt, - in einem weiteren nachfolgenden Schritt wird während des Beheizens des Kochgefäßes eine leistungsabhängige Kompensation eines Fehlers bei einer Gewichtsmessung des Kochgefäßes anhand der Kompensationskurve oder anhand der Wertemenge durchgeführt, um das Gewicht des Kochgefäßes unabhängig von der jeweiligen Leistung der Induktionsheizspule korrekt zu messen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistung der mehreren unterschiedlichen Leistungen eine relativ geringe Leistung ist, vorzugsweise mit maximal 30% der maximalen Leistung der Induktionsheizspule, insbesondere maximal 20% der maximalen Leistung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistung der mehreren unterschiedlichen Leistungen eine relativ hohe Leistung ist mit mindestens 60% der maximalen Leistung der Induktionsheizspule, insbesondere mindestens 75% der maximalen Leistung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistung der mehreren unterschiedlichen Leistungen eine mittlere Leistung ist mit 30% bis 60% der maximalen Leistung der Induktionsheizspule.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung der Kompensationskurve oder der verschiedenen Werte das jeweilige Gewicht des Kochgefäßes bei jeder Leistung, bei der gemessen wird, abgezogen wird von dem Gewicht, das ohne Leistung bzw. ohne Betrieb der Induktionsheizspule gemessen wird, um jeweils bei jeder Leistung eine Gewichtsdifferenz zu erhalten, wobei die Kompensationskurve von den Werten für Leistung und jeweilige Gewichtsdifferenz bestimmt wird und die Wertemenge von den Werten für Leistung und jeweilige Gewichtsdifferenz bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bestimmung der Kompensationskurve oder der Wertemenge die Induktionsheizspule mit mindestens zwei unterschiedlichen Leistungen angesteuert wird und dabei das jeweilige Gewicht des Kochgefäßes gemessen wird, wobei die erste Leistung, mit der die Induktionsheizspule zuerst angesteuert wird, größer ist als die nachfolgenden Leistungen, wobei vorzugsweise die Leistungen jeweils reduziert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompensationskurve aus drei bis maximal fünf Punkten ermittelt wird, vorzugsweise mit Hilfe von Interpolation zwischen den einzelnen Werten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompensationskurve und/oder eine Wertemenge ermittelt wird für jede mögliche Leistungsstufe für die Induktionsheizspule, über der das Kochgefäß auf die Kochfeldplatte aufgesetzt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Kochfelds beim Beheizen des Kochgefäßes ein leistungsabhängiger Fehler beim Messen des Gewichts des Kochgefäßes kompensiert wird anhand der Kompensationskurve oder anhand der Wertemenge, wobei vorzugsweise eine Leistungszufuhr zu der Induktionsheizspule überwacht wird während des Beheizens des Kochgefäßes und bei jeder Veränderung der zu der Induktionsheizspule zugeführten Leistung eine jeweilige Kompensation ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass damit unterschiedliche Kochgefäße, insbesondere unabhängig von Baugröße und/oder Bauart, charakterisiert werden für eine Kompensation aufgrund der topfspezifischen Kompensationskurven bzw. Wertemengen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang zwischen Leistung, vorzugsweise auch der Arbeitsfrequenz, und einer Abstoßungskraft entsprechend einer Gewichtsmessung ermittelt wird, wobei die daraus ermittelten Informationen über Art bzw. Eigenschaften eines erkannten aufgestellten Kochgefäßes verwendet werden, vorzugsweise zur Anpassung einer Arbeitsfrequenz und/oder von Temperaturwerten und/oder von Stromgrenzwerten bei der Ansteuerung der Induktionsheizspule an das erkannte Kochgefäß.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsheizspule nicht nur mit mindestens zwei unterschiedlichen Leistungen angesteuert und dabei das jeweilige Gewicht des Kochgefäßes bei jeder dieser Leistungen gemessen wird, sondern auch bei verschiedenen Arbeitsfrequenzen der Induktionsheizspule das jeweilige Gewicht des Kochgefäßes dabei gemessen wird.
Induktionskochfeld, das eine Kochfeldplatte und eine Induktionsheizspule unter der Kochfeldplatte aufweist, wobei das Induktionskochfeld ausgebildet ist zur Messung des Gewichts des Kochgefäßes auf der Kochfeldplatte relativ zu der Induktionsheizspule unter dem Kochgefäß und dazu Mittel zur Messung eines Gewichts des auf die Kochfeldplatte aufgestellten Kochgefäßes relativ zu der Induktionsheizspule unter der Kochfeldplatte aufweist sowie eine Kochfeldsteuerung aufweist, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.