DE102018220968B4

DE102018220968B4 - Induktionsheizeinrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Induktionsheizeinrichtung

Info

Publication number: DE102018220968B4
Application number: DE102018220968.5A
Authority: DE
Inventors: Sören Kraiß; Ose Lutz; Michael Riffel; Uwe Schaumann; Wolfgang Thimm
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2038-12-05
Also published as: DE102018220968A1

Abstract

Eine Induktionsheizeinrichtung weist mehrere Induktionsheizspulen auf, wobei mindestens eine Haupt-Induktionsheizspule vorgesehen ist, die starr und formunveränderlich ausgebildet ist, und mindestens eine Zusatz-Induktionsheizspule vorgesehen ist. Die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule ist außerhalb eines Außenumfangs der Haupt-Induktionsheizspule angeordnet und kann die Haupt-Induktionsheizspule vollständig umgeben. Die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule weist einen flexiblen und formveränderlichen Schlauch auf und darin als elektrisch leitfähiges Zusatz-Spulenmaterial eine Metall-Legierung, die sich bei einer Temperatur von weniger als 200°C oberhalb ihres Schmelzpunkts befindet und flüssig oder pastös ist. Vorteilhaft ist sie bei Raumtemperatur flüssig. So kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Zusatz-Spulenmaterial beliebig in zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule gepumpt werden. Außerdem kann eine damit gefüllte Zusatz-Induktionsheizspule leicht verformt werden.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizeinrichtung mit mehreren Induktionsheizspulen sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Induktionsheizeinrichtung.
Üblicherweise bestehen Induktionsheizspulen für Induktionsheizeinrichtungen im Wesentlichen aus einer flachen einlagigen Spule mit mehreren spiralig geführten Windungen, die in der Regel aus einer Kupferlegierung als Spulenmaterial gewickelt sind. Sie liegen vorteilhaft in Form von verdrillten Mehrfachlitzen vor.
Aus der DE 10 2015 203 316 A1 ist es bekannt, Induktionsheizspulen unter einer Kochfeldplatte eines Induktionskochfelds bewegen zu können. So ist es möglich, eine Beheizung eines an beliebiger Stelle auf die Kochfeldplatte aufgesetzten Kochgefäßes sozusagen an dessen Position anzupassen. Die Induktionsheizspule bzw. das magnetische Wechselfeld bewegt sich hin zum Kochgefäß.
Aus der DE 19839265 A1 geht ein Kochfeld hervor mit unterschiedlicher Beheizungsmöglichkeit, beispielsweise einer Strahlungsheizung. Die Strahlungsheizeinrichtung ist in drei konzentrische Kreisbereiche aufgeteilt, welche unterschiedlich mit Leistung versorgt werden können zum jeweils individuellen Betrieb.
Weiterhin ist aus der US 2016 / 0 035 473 A1 bekannt, zur Reduzierung von Produktionskosten Spulen mittels 3D-Druckverfahren herzustellen. Dabei weist ein Träger einen spiralförmigen Kanal auf, der mit einem elektrisch leitfähigem Spulenmaterial gefüllt wird, das eine Metall-Legierung enthält, z.B. Galistan, die sich bei einer Temperatur von weniger als 200°C oberhalb ihres Schmelzpunktes befindet und flüssig oder pastös ist.
Aus der US 2018/0019049 A1 ist eine Induktionseinrichtung bekannt mit einem Magnetkern, der formveränderlich ist bzw. eine Flüssigkeit in einer Umhüllung aufweist. Diese Umhüllung ist formveränderlich, somit kann eine Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften erfolgen.
AUFGABE UND LÖSUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Induktionsheizeinrichtung sowie ein Verfahren zu deren Betrieb zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, eine Induktionsheizeinrichtung einfach, praxistauglich und betriebssicher aufzubauen sowie vorzugsweise eine an ein aufgestelltes Kochgefäß anpassbare induktive Beheizung zu schaffen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Induktionsheizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für die Induktionsheizeinrichtung oder nur für das Verfahren zu deren Betrieb beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für eine Induktionsheizeinrichtung als auch für ein genanntes Verfahren unabhängig und selbstständig voneinander gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Induktionsheizeinrichtung weist mehrere Induktionsheizspulen auf. Dabei ist mindestens eine Haupt-Induktionsheizspule vorgesehen, vorteilhaft sind mehrere Haupt-Induktionsheizspulen vorgesehen. Diese mindestens eine Haupt-Induktionsheizspule ist starr und formunveränderlich ausgebildet, vorzugsweise sind es sämtliche Haupt-Induktionsheizspulen. Vorteilhaft ist sie bzw. sind sie auch unbewegbar ausgebildet, also im Betrieb der Induktionsheizeinrichtung fest und unbewegbar. Sie kann besonders vorteilhaft auf übliche Art und Weise ausgebildet sein.
Des Weiteren ist mindestens eine Zusatz-Induktionsheizspule vorgesehen, die zumindest teilweise außerhalb eines Außenumfangs der Haupt-Induktionsheizspule angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Zusatz-Induktionsheizspule in einer Ausgestaltung die Haupt-Induktionsheizspule nicht überlappt, die Zusatz-Induktionsheizspule kann sie alternativ aber auch überlappen, beispielsweise zu 10% bis 50% ihrer eigenen Fläche. Des Weiteren umgibt sie die Haupt-Induktionsheizspule zumindest entlang von 30% von diesem Außenumfang bzw. verläuft entlang von 30% von deren Außenumfang an ihr entlang. Vorteilhaft verläuft sie entlang eines noch höheren Anteils entlang dieses Außenumfangs, beispielsweise mindestens 50% bis 70%. Besonders vorteilhaft umgibt die Zusatz-Induktionsheizspule die Haupt-Induktionsheizspule ganz überwiegend oder sogar vollständig, so dass sie die Haupt-Induktionsheizspule dann gar nicht überlappt.
Erfindungsgemäß weist die Zusatz-Induktionsheizspule als elektrisch leitfähiges Zusatz-Spulenmaterial eine Metall-Legierung auf, die sich bei einer Temperatur von weniger als 200°C oberhalb ihres Schmelzpunkts befindet und somit flüssig bzw. ein Fluid und/oder pastös ist, der Schmelzpunkt also unterhalb 200°C liegt. Diese Metall-Legierung ist vorteilhaft eine andere als das Spulenmaterial der Haupt-Induktionsheizspule. Der Schmelzpunkt kann auch noch deutlich niedriger liegen, wie später noch im Detail ausgeführt wird.
Unter „flüssig“ soll hier ein Zustand verstanden werden, in dem die dynamische Viskosität so gering ist, dass das elektrisch leitfähige Zusatz-Spulenmaterial der Zusatzspule mit technischen Mitteln, wie sie noch beschrieben werden, bewegt werden kann, insbesondere gepumpt werden kann. Der Wert der dynamischen Viskosität bzw. Scherviskosität η kann unter 10000 mPas bei der vorliegenden Temperatur des flüssigen Zustands liegen, vorteilhaft unter 1000 mPas bzw. zwischen 1 mPas und 1000 mPas.
Somit ist es möglich, dass die Zusatz-Induktionsheizspule sehr viel besser formveränderbar ist, wenn das Zusatz-Spulenmaterial flüssig oder pastös ist, mit dem vorteilhaft im Wesentlichen deren Induktionsfeld bzw. magnetisches Wechselfeld erzeugt wird mittels entsprechenden Durchflusses eines Wechselstroms. Zusätzlich oder alternativ zu einer solchen Formveränderlichkeit kann das Zusatz-Spulenmaterial nun bewegt oder transportiert bzw. gepumpt werden, um sozusagen an variabler oder beeinflussbarer Stelle eine Induktionsheizspule zu bilden, also die Zusatz-Induktionsheizspule. Auch dies wird später im Detail noch näher erläutert.

Die folgende Tabelle zeigt mehrere Möglichkeiten für ein solches Zusatz-Spulenmaterial, das aus einer Legierung mit mehreren Bestandteilen besteht. Es enthält vorteilhaft weder AlkaliMetalle noch Cadmium, Blei, Quecksilber oder signifikante Anteile an Gallium. Diese sind nämlich teilweise giftig oder stark korrosiv. Der Anteil des Grundmaterials ist hinterlegt.

Zusammensetzung in Gew.%
Bi	In	Sn	sonstige	Solidus [°C]	Eutektikum [°C]	Liquidus [°C]
32,5	51	16,5	-	-	60,0	-
33	67	-	-	-	70,0	-
33,7	66,3	-	-	-	72,0	-
34	66	-	-	73,0	-	75,0
57	26	17	-	-	79,0	-
54,02	29,68	16,3	-	-	81,0	-
54	29,7	16,3	-	-	81,0	-
-	52,2	46	Zn1,8	-	-	108,0
67	33	-	-	-	109,0	-
-	44,2	46,8	Te9	-	-	117,0
-	50,9	49,1	-	-	120,0	-
-	52	48	-	-	118,0	-
-	50	50	-	120,0	-	123,0
-	48	52	-	118,0	-	131,0
58	-	42	-	-	138,0	-
57	-	43	-	-	139,0	-
57	-	42	Ag1	138,0	-	140,0

Zusammensetzung in Gew.%
Bi	In	Sn	sonstige	Solidus [°C]	Eutektikum [°C]	Liquidus [°C]
-	98	-	Zn2	-	-	141,5
-	97	-	Ag3	-	143,0	-
-	90	10	-	142,0	-	145,0
5	95	-	-	125,0	-	150,0
-	99,3	-	Ga0,7	-	150,0	-
-	95	-	AI5	-	-	151,0
-	99,4	-	Ga0,6	-	152,0	-
-	99,6	-	Ga0,4	-	153,0	-
-	99	-	Cu1	-	-	153,0
-	99,5	-	Ga0,5	-	154,0	-
-	100	-	-	-	157,0	-
40	-	60	-	138,0	-	170,0
-	20	77,2	Ag2,8	175,0	-	187,0
-	-	91,2	Zn8,8	-	199,0	-
-	-	91	Zn9	-	199,0	-

Der spezifische Widerstand der Legierung aus 52% In und 48% Sn beträgt 0,1430 Ωmm²/m, derjenige der Legierung aus 58% Bi und 42% Sn beträgt 0,3346 Ωmm²/m.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Zusatz-Induktionsheizspule als elektrisch leitfähiges Material zur Erzeugung des Magnetfelds bzw. des magnetischen Wechselfelds ausschließlich das Zusatz-Spulenmaterial auf mit der speziellen Ausgestaltung. Möglicherweise sind noch elektrische Kontakte daran oder Sensoren aus anderem Material vorgesehen, beispielsweise Kupfer oder Sensormaterial. Die hauptsächlichen und wirksamen Spulenwindungen sind jedoch durch das spezielle Zusatz-Spulenmaterial als elektrischer Leiter gebildet.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung liegt ein Schmelzpunkt des Zusatz-Spulenmaterials bei einer Temperatur von weniger als 50°C. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung liegt der Schmelzpunkt sogar bei einer Temperatur unter 25°C, so dass das Zusatz-Spulenmaterial bereits bei Raumtemperatur flüssig bzw. pastös ist und insbesondere gepumpt werden kann. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert bzw. es werden Möglichkeiten angegeben, wie diese Eigenschaft vorteilhaft genutzt werden kann.
Ein derartiges mögliches Zusatz-Spulenmaterial ist bekannt aus der US 7,139,158 sowie der US 2012/092105 A1 . Es kann vorteilhaft sogenanntes Galinstan sein. Alternativ kann Ga-In verwendet werden, welches auch bereits bei Raumtemperatur flüssig ist. Als nochmals weitere Alternative kann vorteilhaft eine Legierung aus Wismut, Indium und/oder Zinn verwendet werden, siehe die vorige Tabelle, weil keine giftigen oder technisch nachteiligen Materialien mehr enthalten wären. Sie können mindestens 10% der Menge des leitfähigen Spulenmaterials betragen, vorteilhaft das gesamte Zusatz-Spulenmaterial bilden.
Bei der Erfindung weist die Zusatz-Induktionsheizspule wenigstens einen Schlauch auf oder besteht aus einem Schlauch, der flexibel und formveränderlich ausgebildet ist. Er ist bevorzugt aus Silikon ausgebildet, damit er zum einen weitgehend temperaturbeständig ist sowie chemisch unempfindlich ist und zum anderen flexibel und alterungsbeständig ist, auch bei höheren Temperaturen. Der Schlauch ist mit dem Zusatz-Spulenmaterial gefüllt oder kann damit gefüllt werden. Vorteilhaft wird er nur mit dem Zusatz-Spulenmaterial gefüllt, so dass der Schlauch durch das Zusatz-Spulenmaterial in ihm eine elektrisch leitfähige Windung einer normalen Induktionsheizspule sozusagen nachbildet. Vorteilhaft ist der Schlauch nur mit dem Zusatz-Spulenmaterial gefüllt, wie zuvor erläutert worden ist. Möglicherweise kann noch ein elektrischer Anschluss in Form eines hineinreichenden Kupferstifts oder Stahlstifts odgl. vorgesehen sein. An seinen Enden ist der Schlauch ansonsten aber verschlossen oder verschließbar. Für ein verschließbares Ende kann entweder eine Art Ventil vorgesehen sein oder, alternativ, eine Möglichkeit, die flexiblen Schlauchenden zusammenzudrücken bzw. gegeneinander zu verpressen und sie so zu verschließen.
Ein solcher Schlauch kann auch aus mehreren Kapillaren bestehen bzw. in seinem Innenraum solche aufweisen, beispielsweise drei bis zehn Kapillaren, die parallel zueinander verlaufen und vorteilhaft jeweils gleichen und gleichbleibenden Querschnitt aufweisen. So können bei Füllung mit dem Zusatz-Spulenmaterial mehrere parallele elektrisch leitfähige Windungen gebildet werden, ähnlich den Litzen einer konventionellen Induktionsheizspule.
Es ist möglich, bei dieser Ausgestaltung der Erfindung einen Aktor vorzusehen, um den Schlauch bzw. die Zusatz-Induktionsheizspule an mindestens einer ihrer Windungen, vorzugsweise an mehreren Windungen gebildet von mehreren Schläuchen oder gebildet von einem einzigen Schlauch, in ihrer Form zu verändern. So kann eine Anpassung an ein darüber befindliches Kochgefäß erreicht werden. Beispielsweise kann die Zusatz-Induktionsheizspule eine kreisrunde Außenform definieren in Anpassung an in den meisten Fällen kreisrund ausgebildete Kochgefäße, die davon beheizt werden sollen. Wird jedoch ein ovaler Bräter als Kochgefäß darüber platziert, was durch eine Bedienereingabe eingegeben werden kann oder ansonsten auf an sich bekannte Art und Weise erfasst werden kann, so kann die Form der Zusatz-Induktionsheizspule von einem kreisrunden Außenumfang zu einem entsprechenden ovalen Außenumfang entsprechend der ovalen Form des Bräters angepasst werden. Möglicherweise können auch zwei Induktionsheizspulen bzw. zwei Zusatz-Induktionsheizspulen in ihrer Form bzw. Außenform verändert werden, um gemeinsam eine Fläche eines darüber aufgestellten ovalen Kochgefäßes, beispielsweise eines Bräters, möglichst gut abzubilden. So können möglicherweise auch sehr große derartige Bräter gut oder optimal beheizt werden.
Eine Formveränderung der Zusatz-Induktionsheizspule bzw. des Schlauchs kann in einer Ausgestaltung der Erfindung ausschließlich in einer Ebene der Zusatz-Induktionsheizspule vorgesehen sein oder erfolgen. Dies wird als vorteilhaft angesehen, um einen Abstand zu der Unterseite eines darüber aufgestellten Kochgefäßes möglichst konstant zu halten bzw. gleich zu lassen. Dabei werden die Zusatz-Induktionsheizspule bzw. der Schlauch bevorzugt in einer Richtung hin zu der Haupt-Induktionsheizspule oder in einer Richtung weg davon bewegt, welche von der Zusatz-Induktionsheizspule zumindest teilweise umgeben wird bzw. welche Heizspulen aneinandergrenzen. Eine solche Formveränderung erfolgt dann bevorzugt um eine Mittelfläche oder Kernfläche herum, die durch die Haupt-Induktionsheizspule gebildet wird. Die Zusatz-Induktionsheizspule bewirkt dann die genaue Formanpassung an das Kochgefäß, also sozusagen im Detail.
Einerseits ist es möglich, den mindestens einen Aktor aktiv auszubilden und ihn aktiv anzusteuern. Dabei kann er ausgewählt sein aus einer Gruppe von Elektromotoren, Elektromagneten, piezoelektrischen Aktoren und thermomechanischen Aktoren. Er kann also gezielt und bewusst sowie möglichst genau angesteuert werden mit vorhersehbarem Ergebnis.
Alternativ kann mindestens ein Aktor passiv ausgebildet sein, was bedeutet, dass er keine direkte Leistungsversorgung oder Leistungsansteuerung aufweist bzw. benötigt. So kann ein solcher passiver Aktor aus einem Material mit einem starken thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder aus einem Formgedächtnis-Material bestehen bzw. jeweils ein solches aufweisen. Ein starker thermischer Ausdehnungskoeffizient kann beispielsweise in einer Art Bimetallstreifen oder Bimetallaktor realisiert sein und genutzt werden. Er kann also, wie an sich bekannt ist, durch Temperaturänderung eine Bewegung bewirken. Eine solche Temperaturänderung kann entweder gezielt herbeigeführt sein, beispielsweise durch ein elektrisches Widerstandsheizelement. Alternativ kann eine Temperaturänderung ausgenutzt werden, die sich bei einem Heizbetrieb einer der Heizspulen ergibt. Dabei ist es auch möglich, dass eine der Heizspulen, insbesondere mindestens die Haupt-Induktionsheizspule, ein darüber aufgestelltes Kochgefäß beheizt, welches dann entsprechend seiner Grundfläche eine gewisse Wärmeabstrahlung oder Wärmeabgabe nach unten aufweist. Hier könnte nun ein solcher passiver Aktor ausgebildet sein, der von dieser Wärme beaufschlagt wird und dann eine Verformung oder Formänderung eines Teils der Zusatz-Induktionsheizspule bewirkt, insbesondere in den Bereich hinein, der sich unterhalb des Kochgefäßes befindet. So kann sich die Zusatz-Induktionsheizspule zumindest auch in diesen Bereich hinein erstrecken oder ausdehnen, um dann eine örtlich noch besser angepasste induktive Beheizung des Kochgefäßes vornehmen zu können.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere Zusatz-Induktionsheizspulen flüssigkeitsleitend miteinander verbunden sind. Der Gedanke hierbei ist, dass so das Zusatz-Spulenmaterial zu den einzelnen Zusatz-Induktionsheizspulen befördert oder gepumpt werden kann je nach Bedarf. Dazu können Absperrmittel oder ein Ventil zwischen jeder Zusatz-Induktionsheizspule angeordnet sein. So ist es gut möglich, zu bestimmen, in welcher Zusatz-Induktionsheizspule sich das elektrisch leitfähige Zusatz-Spulenmaterial befindet. Über entsprechende elektrische Anschlüsse kann dann eine induktive Beheizung an dieser Stelle erfolgen.
Es kann ein Vorrat von Zusatz-Spulenmaterial vorgesehen sein, der mit mindestens einer Zusatz-Induktionsheizspule verbunden ist derart, dass das Zusatz-Spulenmaterial zu der Zusatz-Induktionsheizspule hingebracht oder hingepumpt werden kann und auch wieder zurück. Dazwischen kann mindestens ein vorgenanntes Absperrmittel oder Ventil vorgesehen sein. Möglicherweise kann zusätzlich oder alternativ auch ein Pumpmittel dazwischen vorgesehen sein.
Ein solches vorgenanntes Pumpmittel kann allgemein dazu vorgesehen sein, um flüssiges Zusatz-Spulenmaterial in eine Zusatz-Induktionsheizspule hinein und aus einer Zusatz-Induktionsheizspule heraus zu pumpen, beispielsweise zurück in einen vorgenannten Vorrat oder in andere Zusatz-Induktionsheizspulen. So können an sich in der genannten Induktionsheizeinrichtung, die vorteilhaft ein Induktionskochfeld sein kann, mehrere bzw. eine Vielzahl von Zusatz-Induktionsheizspulen angeordnet sein. Wird ein Kochgefäß oberhalb einer Haupt-Induktionsheizspule und/oder oberhalb einer Zusatz-Induktionsheizspule aufgestellt, so kann dies erkannt werden.
Hierfür können an sich bekannte Topferkennungsmittel vorgesehen sein. Des Weiteren werden Position und/oder Größe des aufgestellten und zu beheizenden Kochgefäßes erkannt bzw. ermittelt. Als nächster Schritt wird dann in Anpassung an Position und/oder Größe des Kochgefäßes die Form der Zusatz-Induktionsheizspule geändert oder das Zusatz-Spulenmaterial in diejenige Zusatz-Induktionsheizspule gebracht, die unterhalb des Kochgefäßes angeordnet ist und die flächenmäßig am besten zur Beheizung geeignet ist. Anschließend wird zumindest auch diese Zusatz-Induktionsheizspule angesteuert und mit Leistung versorgt, um das Kochgefäß darüber induktiv zu beheizen.
Um die Anzahl an notwendigen Pumpmitteln und möglicherweise auch Absperrmitteln oder Ventilen zu reduzieren, kann vorgesehen sein, die Zusatz-Induktionsheizspulen zwar jeweils für sich gesehen in einer horizontalen Ebene auszubilden, aber an sich auf unterschiedlichen Höhenniveaus anzuordnen. Ein Höhenunterschied kann dabei relativ gering sein und beispielsweise nur 0,5cm bis 3cm betragen, vorteilhaft etwa 1cm. So kann das flüssige Zusatz-Spulenmaterial selbsttätig fließen, natürlich zum jeweils tiefsten Punkt hin, was zumindest teilweise den Einsatz von Pumpmitteln einsparen kann. Durch jeweils passende Anordnung kann dann möglicherweise ohne Pumpen Zusatz-Spulenmaterial in die Zusatz-Induktionsheizspule gebracht werden und dort verbleiben.
Bei einem Betriebsverfahren für eine zuvor beschriebene Induktionsheizeinrichtung ist es möglich, dass das Zusatz-Spulenmaterial zu Beginn des Betriebs der Induktionsheizeinrichtung noch gar nicht flüssig ist. Somit kann es auch nicht transportiert bzw. gepumpt werden, bevor die Zusatz-Induktionsheizspule betrieben wird bzw. ihren Heizbetrieb beginnt. Gemäß einer Möglichkeit kann es zuerst aufgewärmt und verflüssigt werden, so dass dann die Zusatz-Induktionsheizspule verformt werden kann, wie es zuvor beschrieben worden ist. Dazu weist sie vorteilhaft einen flexiblen Schlauch auf, in dem das Zusatz-Spulenmaterial enthalten ist. Ein Aufwärmen des Zusatz-Spulenmaterials kann auf zuvor beschriebene Art und Weise erfolgen. Hierfür können nachfolgend beschriebene Möglichkeiten verwendet werden, beispielsweise passiv durch Rückwärmen eines aufgeheizten und überdeckenden Kochgefäßes oder aktiv durch ohmsche Beheizung. Eine ohmsche Beheizung kann Polymerschläuche für das Zusatz-Spulenmaterial aufweisen, beispielsweise auf Basis von Teflon oder Silikon, welche mit einer zusätzlichen ohmschen Heizung auf Basis von Kohlenstoff bzw. Carbon nanotubes versehen sind. Eine solche Beheizung mit Carbon nanotubes kann bei Future Carbon https://www.futurecarbon.de/solutions/electrical-heating/ unter der Bezeichnung „carbo-e-therm“ bezogen werden. Alternativ können dünne Drähte oder dünnes Drahtgewebe, wie es an sich für Heizzwecke bekannt ist, zum Beheizen außen an einem Schlauch angebracht werden. Sie können dann separat zum Beheizen unter Strom gesetzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung muss das zu Beginn des Betriebs der Induktionsheizeinrichtung noch nicht flüssige Zusatz-Spulenmaterial wiederum erst aufgewärmt werden, bevor es in die Zusatz-Induktionsheizspule gepumpt oder gebracht werden kann. Schließlich muss es dazu flüssig sein. Allgemein ist es möglich, das flüssige Zusatz-Spulenmaterial in einen vorgenannten Schlauch oder in einen vorgenannten Kanal zu pumpen bzw. zu bringen. Eine Möglichkeit, das Zusatz-Spulenmaterial aufzuwärmen, ist vorstehend erläutert worden. Dies verwendet beispielsweise einen Heizbetrieb mittels der Haupt-Induktionsheizspule.
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 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 und 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. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Induktionsheizeinrichtung in Draufsicht,
2a und 2b einen seitlichen Teilschnitt durch zwei Versionen der Induktionsheizeinrichtung aus 1, wobei die 2a nicht zur Erfindung gehört,
3 eine schematische Vergrößerung eines Anschlussendes einer schlauchartigen Windung einer flexiblen Zusatz-Induktionsheizspule im offenen Zustand gemäß der Erfindung,
4 eine Darstellung des Anschlussendes aus 3 mit abgesperrtem bzw. geschlossenem Anschlussende,
5 eine Draufsicht und einen seitlichen Teilschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Induktionsheizeinrichtung mit Mitteln zur Formveränderung der Zusatz-Induktionsheizspule, die im Wesentlichen rechteckige Form aufweist,
6 die Induktionsheizeinrichtung aus 5 mit verformter Zusatz-Induktionsheizspule,
7 eine Anordnung von zwei Induktionsheizeinrichtungen entsprechend 5 nebeneinander mit unverformten rechteckigen Zusatz-Induktionsheizspulen,
8 die Anordnung aus 7 mit oval verformten Zusatz-Induktionsheizspulen,
9 eine Draufsicht auf drei Induktionsheizeinrichtungen entsprechend 1 mit Zuleitungen, Ventilen, einer Pumpe und einem Vorrat an speziellem Zusatz-Spulenmaterial,
10 und 11 verschiedene Zustände der Induktionsheizeinrichtungen mit unterschiedlich befüllten Zusatz-Induktionsheizspulen,
12 und 13 zwei Zustände entsprechend 9 und 10 an einer Induktionsheizeinrichtung mit einer seitlich angeordneten Zusatz-Induktionsheizspule,
14 eine vereinfachte seitliche Darstellung eines Induktionskochfelds mit einer Kochfeldplatte und darunter angeordneten drei Induktionsheizeinrichtungen entsprechend 1, die auf unterschiedlicher Höhe angeordnet sind, und
15 die Anordnung aus 14 mit der linken und der mittleren Induktionsheizeinrichtung befüllt mit dem Zusatz-Spulenmaterial.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Induktionsheizeinrichtung 11 in Draufsicht dargestellt. Diese Induktionsheizeinrichtung 11 kann beispielsweise anstelle einer sonstigen Induktionsheizspule eingesetzt werden, insbesondere in einem Induktionskochfeld, wie dies beispielsweise aus der eingangs genannten DE 10 2015 203 316 A1 bekannt ist. Die Induktionsheizeinrichtung 11 weist einen runden Träger 17 auf, bevorzugt aus Kunststoff, in dem vorteilhaft auch Ferrite odgl. darunter zur Feldführung vorgesehen sind. Dies ist aber leicht vorstellbar und bekannt. Sie weist eine Haupt-Induktionsheizspule 13 auf, die einen Zentralbereich bedeckt. Sie ist hier dargestellt mit konzentrischen Kupferwindungen 15, an deren Enden bekannte Anschlüsse vorgesehen sind. Diese Enden können auch ein Stück von der Haupt-Induktionsheizspule 13 bzw. der Induktionsheizeinrichtung 11 weggeführt sein für einen erleichterten Anschluss. Der von der Haupt-Induktionsheizspule bedeckte Bereich kann etwa 30 % bis 50 % oder sogar bis 70 % des Durchmessers einnehmen.
Auf dem Träger 17 ist außerdem eine Zusatz-Induktionsheizspule 20 angeordnet, die die Haupt-Induktionsheizspule 13 umgibt, vorteilhaft konzentrisch. Die Zusatz-Induktionsheizspule 20 ist hier mit mehreren Windungen 22 spiralig ausgebildet, und zwar gebildet durch einen einzigen durchgängigen Schlauch 23, der aus 3 ersichtlich ist. Er weist an seinen Enden Anschlussenden 24 auf, die nachfolgend noch näher erläutert werden. Der Abstand der Windungen 22 der Zusatz-Induktionsheizspule 20 kann in weitem Umfang variiert werden, vorteilhaft liegen die Windungen 22 nahezu aneinander an oder weisen nur Abstand von maximal 5 mm auf, um möglichst viele Windungen auf dem zur Verfügung stehenden Platz unterzubringen.
In der seitlichen Darstellung der 2a, die nicht zur Erfindung gehört, ist zu erkennen, wie nahe an der gestrichelt dargestellten Mittelsenkrechten die Kupfer-Windungen 15 der Haupt-Induktionsheizspule 13 verlaufen. Sie können auf den Träger 17a aufgelegt sein, vorteilhaft fixiert sein, beispielsweise festgeklebt sein. Darunter können, beispielsweise in den Träger 17a eingebettet, die eingangs genannten Ferrite vorgesehen sein. Sie können nicht nur unter der Haupt-Induktionsheizspule 13 angeordnet sein, sondern auch unter der Zusatz-Induktionsheizspule 20a bzw. 20b.
Für die Zusatz-Induktionsheizspule 20 sind neben der Haupt-Induktionsheizspule 13, also radial außerhalb davon, Vertiefungen 18 im Träger 17a vorgesehen. Diese verlaufen entlang der in 1 angedeuteten spiraligen Form der Windungen 22. Die Vertiefung 18 kann als eine Art Kanal mit dem speziellen elektrisch leitfähigen Zusatz-Spulenmaterial gefüllt werden, wenn dies flüssig ist, und so die elektrisch leitfähige Windung 22 der Zusatz-Induktionsheizspule 20 bilden. Dieses elektrisch leitfähige Zusatz-Spulenmaterial ist hier beispielsweise vorgenanntes Galinstan. Eine dafür notwendige Pumpe und gegebenenfalls Ventile sind in den 9 bis 13 dargestellt.
In der 2b ist eine alternative Ausgestaltung einer Zusatz-Induktionsheizspule 20b dargestellt, und zwar sind hier die Windungen 22b durch einen länglichen Schlauch 23b auf einem Träger 17b gebildet. Dieser Schlauch 23b ist durchgängig entsprechend den Kupfer-Windungen 15 der Haupt-Induktionsheizspule 13. Der Schlauch 23b kann permanent mit dem Zusatz-Spulenmaterial gefüllt sein oder aber variabel damit befüllt werden, wie dies eingangs erläutert worden ist.
In der 3 ist eine vergrößerte Detaildarstellung eines Anschlussendes 24 der Zusatz-Induktionsheizspule 20 dargestellt, deren Windungen 22 durch einen Schlauch 23 gebildet werden. Dieser Schlauch ist flexibel und besteht vorteilhaft aus Silikon, alternativ aus Teflon, besonders vorteilhaft ist er elektrisch isolierend. Das Zusatz-Spulenmaterial 26 ist hier durch Schraffierung dargestellt, es ist vorteilhaft bei Raumtemperatur flüssig, beispielsweise vorgenanntes Galinstan oder bevorzugt ein anderes Material aus der obigen Tabelle, besonders bevorzugt mit Wismut, Indium und/oder Zinn.
In den Schlauch 23 ist durch eine entsprechende Öffnung 25 ein Anschlusswinkel 28 eingesetzt, der aus Metall besteht. Vorteilhaft ist dies ein Metall, welches elektrisch gut leitfähig ist und vor allem guten Kontakt mit dem Zusatz-Spulenmaterial 26 macht. Es kann Kupfer oder Nickel sein. Dabei ist der linke untere Winkelschenkel des Anschlusswinkels 28 innerhalb des Schlauchs 23 und somit weitgehend in Kontakt mit dem Zusatz-Spulenmaterial 26 angeordnet. Der rechte vertikale Winkelteil ragt aus dem Schlauch 23 heraus, so dass an ihn das Anschlusskabel 29 auf bekannte Art und Weise angeschlossen sein kann. So wird der elektrische Anschluss an die Zusatz-Induktionsheizspule 20 gebildet. Schließlich kommt es dabei auch darauf an, dass der Anschlusswinkel 28 abgedichtet in dem Schlauch 23 sitzt an der Öffnung, so dass kein Zusatz-Spulenmaterial 26 austreten kann.
Am Ende des Schlauchs 23 ist eine Verbindung 31 vorgesehen, um ihn mit einer Zuleitung 33 zu verbinden. Die Zuleitung 33 ist vorteilhaft ebenfalls ein flexibler Schlauch, durch den das Zusatz-Spulenmaterial 26 in den Schlauch 23 der Zusatz-Induktionsheizspule 20 zugeführt bzw. hineingepumpt werden kann und auch wieder herausgepumpt werden kann. Alternativ zu dem Anschlusswinkel 28 kann auch über diese Zuleitung 33 ein elektrischer Anschluss an die Zusatz-Induktionsheizspule 20 erfolgen, nämlich über das Zusatz-Spulenmaterial 26 darin. Dann kann auf das im Folgenden beschriebene aufwändige Verschließen des Schlauchs 23 möglicherweise verzichtet werden.
Um einen Stromfluss innerhalb der Zusatz-Induktionsheizspule 20 zu halten sowie auch um eine bestimmte Menge von Zusatz-Spulenmaterial 26 darin zu halten, ist am Anschlussende 24 kurz vor der Verbindung 31 ein Absperrmittel 35 zum Verschließen des Schlauchs 23 vorgesehen. Dieses besteht aus zwei balkenartigen Stempeln 36, wobei ein Stempel 36 oberhalb des Schlauchs 23 und ein Stempel 36 unterhalb des Schlauchs 23 angeordnet ist. Sie liegen einander gegenüber, so dass sie bei Zusammenfahren entsprechend der 4 den Schlauch 23 zwischen sich einklemmen. Werden die Stempel 36 maximal weit gegeneinander gefahren, so drücken sie den Schlauch 23 so stark zusammen, dass der Schlauch 23 verschlossen ist. Somit kann kein Zusatz-Spulenmaterial 26 hindurch gelangen, insbesondere nicht aus der so gebildeten Zusatz-Induktionsheizspule 20 abfließen. Alternativ kann in der Verbindung 31 eine Art Ventil vorgesehen sein, beispielsweise als Kugelventil oder mit einem Schieber.
Eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Induktionsheizeinrichtung 111 ist in 5 dargestellt, und zwar links in der Draufsicht ähnlich 1. Auf einem Träger 117 ist im Zentralbereich eine Haupt-Induktionsheizspule 113 mit mehreren Kupfer-Windungen 115 angeordnet. Diese umgebend ist eine Zusatz-Induktionsheizspule 120 angeordnet mit mehreren Windungen 122, die durch einen spiralig verlaufenden flexiblen Schlauch 123 gebildet sind. Anschlussenden wie vorbeschrieben sind hier nicht dargestellt, selbstverständlich aber vorhanden für möglicherweise sowohl einen Zufluss oder Abfluss von flüssigem Zusatz-Spulenmaterial als auch vor allem für einen elektrischen Anschluss.
Links und rechts neben der Haupt-Induktionsheizspule 113 sind die Windungen 122 der Zusatz-Induktionsheizspule 120 jeweils auf einem Schlitten 138 gelagert, wie dies in 5 rechts im Teilschnitt dargestellt ist. Der Schlitten 138 ist in 5 links in radialer Richtung und in 5 rechts in der Richtung nach links oder rechts bewegbar mittels eines außen angebrachten Aktors 139. Der Aktor 139 kann ein Elektromagnet oder vorteilhaft ein Elektromotor mit Zahnrad- bzw. Zahnstangenantrieb sein.
Wie aus dem Vergleich mit der 6 deutlich wird, können ein Schlitten 138 oder beide Schlitten 138 nach außen gefahren werden, also weg von der zentralen Haupt-Induktionsheizspule 113. Dann verformt sich die Zusatz-Induktionsheizspule 120, da die Windungen 122 im Übrigen nur auf dem Träger 117 aufliegen, aber nicht fixiert sind oder zumindest eine gewisse Bewegbarkeit aufweisen. Wie leicht vorstellbar ist, verändert sich durch Fahren beider Schlitten 138 nach außen die Form der Zusatz-Induktionsheizspule 120 von rechteckig entsprechend 5 links in oval entsprechend 6 links. Die Haupt-Induktionsheizspule 113 bleibt völlig unverändert. Aus der 6 rechts ist im Teilschnitt zu erkennen, dass hier an dieser Seite die Windungen 122 der Zusatz-Induktionsheizspule 120 ein gutes Stück weiter entfernt sind von der Haupt-Induktionsheizspule 113. Am rechten Ende des Trägers 117 ist der Schlitten 138 nun deutlich darüber hinausgefahren.
Die nun vorliegende ovale Form der Zusatz-Induktionsheizspule 120 ist besser an längliche oder ovale Kochgefäße angepasst wie beispielsweise Bräter oder aber auch länglich-rechteckige Auflaufformen odgl., die induktiv erwärmt werden sollen.
Grundsätzlich könnte es zwar auch vorgesehen werden, die Schlitten mit den gegenüberliegenden Windungen 122 der Zusatz-Induktionsheizspule 120 zur Haupt-Induktionsheizspule 113 hinzudrücken, damit die zwischenliegenden Windungen jeweils von der Haupt-Induktionsheizspule 13 weggedrückt werden und sich so eine ovale Form ergibt. Da diese Formveränderung aber nicht so determiniert bestimmbar ist wie im in 6 dargestellten Beispiel, wird sie so bevorzugt.
In 7 ist eine Anordnung von zwei Induktionsheizeinrichtungen 111 entsprechend 5 nebeneinander dargestellt. Die beiden Induktionsheizeinrichtungen 111 bzw. ihre außen verlaufenden Zusatz-Induktionsheizspulen 120 weisen einen gewissen Abstand zueinander auf. Auf den beiden Induktionsheizeinrichtungen 111 können zwei entsprechend große Kochgefäße gut beheizt werden. Dabei ist es auch möglich, was auch für die zuvor beschriebene Induktionsheizeinrichtungen gilt, dass kleine Kochgefäße nur mit der Haupt-Induktionsheizspule 113 entsprechend 6 beheizt werden. Die Zusatz-Induktionsheizspule 120 wird nur zusätzlich betrieben, um noch entsprechend größere Kochgefäße, die diese auch signifikant oder weitgehend bzw. vollständig überdecken, beheizen zu können. Sie kann allgemein betrieben werden wie eine konventionelle Induktionsspule, also mit ähnlichen bzw. gleichen Strömen und Frequenzen.
In 8 ist dargestellt, wie die beiden Induktionsheizeinrichtungen 111 verändert werden können, um einen aufgestellten sehr langen Bräter 141, der gestrichelt dargestellt ist, optimal beheizen zu können. Dann werden entsprechend 6 die beiden Induktionsheizeinrichtungen 111 verformt bzw. die jeweiligen Zusatz-Induktionsheizspulen 120. Im Nachbarbereich können sich die Zusatz-Induktionsheizspulen 120 möglicherweise sogar berühren oder beinahe berühren, um so eine möglichst lange Fläche zu schaffen, die induktiv beheizt werden kann.
In der 9 ist eine Anordnung von beispielsweise drei Induktionsheizeinrichtungen 11a, 11b und 11c dargestellt, die hier nebeneinander bzw. in einer Reihe angeordnet sind. Dies muss aber nicht so sein, sie können auch in variierender Form ausgebildet sein. In dieser Gruppe können auch noch mehr Induktionsheizeinrichtungen vorgesehen sein, beispielhaft sollen hier drei erläutert werden. Sie können unter einer Kochfeldplatte als Induktionskochfeld angeordnet sein, wie dies nachfolgend noch zu 14 erläutert wird.
Die Induktionsheizeinrichtungen 11a bis 11c bzw. deren Zusatz-Induktionsheizspulen 20a bis 20c sind flüssigkeitsleitend sozusagen in Reihe geschaltet. Von einer Pumpe 43 geht eine Zuleitung 33a hin zur Zusatz-Induktionsheizspule 20a, wobei ein Ventil 45a dazwischengeschaltet ist. Von der Zusatz-Induktionsheizspule 20a geht eine Zuleitung 33ab zur Zusatz-Induktionsheizspule 20b. Hier ist ein Ventil 45ab zwischengeschaltet. Von der Zusatz-Induktionsheizspule 20b geht eine Zuleitung 33bc mit einem zwischengeschalteten Ventil 45bc an die rechte Zusatz-Induktionsheizspule 20c. Von dieser wiederum geht eine Zuleitung 33c mit einem zwischengeschalteten Ventil 45c an einen Vorrat 47, in dem Zusatz-Spulenmaterial 26 enthalten ist. Er kann als eine Art Tank ausgebildet sein. Von der Pumpe 43 geht eine Zuleitung 33a ebenfalls an den Vorrat 47, um hier Zusatz-Spulenmaterial 26 entnehmen zu können oder hineinpumpen zu können.
Zumindest wenn das Zusatz-Spulenmaterial 26 flüssig ist, kann es mittels der Pumpe 43 und der Ventile 45 im Kreis oder in eine der beiden Richtungen gepumpt werden und somit die Zusatz-Induktionsheizspulen 20 eine nach der anderen befüllen oder entleeren. Die Pumpe 43 kann dabei das Zusatz-Spulenmaterial 26 in beide Richtungen pumpen, also weg vom Vorrat 47 bzw. aus ihm heraus und in ihn zurück. In Erweiterung der hier dargestellten Anordnung kann auch vorgesehen sein, dass zwischen zwei Zusatz-Induktionsheizspulen 20 eine weitere Zuleitung 33 zurück zur Pumpe 43, zu einer anderen Pumpe oder zum Vorrat 47 geführt ist.
In der 10 ist dargestellt, wie Zusatz-Spulenmaterial 26 mittels der Pumpe 43 in die linke Zusatz-Induktionsheizspule 20a und in die mittlere Zusatz-Induktionsheizspule 20b gepumpt worden ist. So ist erkennbar, dass diese beiden Zusatz-Induktionsheizspulen 20a und 20b für einen Induktionsheizbetrieb genutzt werden können, die Zusatz-Induktionsheizspule 20c rechts daneben aber nicht. Dies kann daran liegen, dass die rechte Zusatz-Induktionsheizspule 20c nicht benötigt wird, sondern nur die beiden links daneben. Des Weiteren kann dies auch dadurch bedingt sein, dass im Vorrat 47 überhaupt nur so viel Zusatz-Spulenmaterial 26 vorhanden ist, wie für zwei Zusatz-Induktionsheizspulen 20 benötigt wird. So wird der Gesamtaufwand begrenzt. Auch wenn mehr Zusatz-Induktionsheizspulen 20 insgesamt vorgesehen sind, beispielsweise in einem entsprechenden Induktionskochfeld, muss die Gesamtmenge an bereitzustellendem Zusatz-Spulenmaterial 26 dann nicht so groß sein. Dies spart Kosten und Aufwand.
Das Zusatz-Spulenmaterial 26 ist vor allem bei der Ausgestaltung der Ausführungsbeispiele der 9 bis 11 so gewählt, dass es bei Raumtemperatur bereits flüssig ist bzw. gepumpt oder bewegt werden kann. Eine reine Bewegbarkeit einer mit Zusatz-Spulenmaterial 26 gefüllten Zusatz-Induktionsheizspule 20 bzw. von deren Windungen 22 in einem flexiblen Schlauch 23 durch Erwärmen kann bei einer Ausgestaltung der 1 bis 6 vorgesehen sein, da dort ein Erwärmen über die Haupt-Induktionsheizspule 13 möglich ist. Diese kann nämlich ein darüber aufgestelltes Kochgefäß induktiv erwärmen, welches dann durch seine Rückwärmung wiederum die Zusatz-Induktionsheizspule 20 und deren Windungen 22 so weit erwärmt, dass das Zusatz-Spulenmaterial 26 darin flüssig wird, falls es vorher bei Raumtemperatur noch nicht flüssig war. So kann die Zusatz-Induktionsheizspule 20 möglicherweise verformt werden, wie es in den 5 und 6 bzw. 5 bis 8 dargestellt ist. Ein Erwärmen des Zusatz-Spulenmaterials für ein Pumpen entsprechend der 9 bis 11 dagegen wird als sehr aufwändig angesehen, und sollte dann vorgesehen werden, wenn das Zusatz-Spulenmaterial derart ausgewählt ist aus oben genannten Gründen, insbesondere bzgl. Gesundheitsgefährdung, dass es bei Raumtemperatur gar nicht oder nicht flüssig genug ist. Dann kann eine zusätzliche Beheizung des Zusatz-Spulenmaterials erfolgen für ein leichteres Pumpen bzw. Bewegen.
In der 10 ist auch durch die Schraffierung der Zusatz-Induktionsheizspulen 20a und 20b dargestellt, dass sie mit dem Zusatz-Spulenmaterial 26 gefüllt sind. In 11 ist der Vollständigkeit halber dargestellt, wie alle drei Zusatz-Induktionsheizspulen 20a bis 20c mit Zusatz-Spulenmaterial 26 vollgepumpt worden sind und somit jeweils betrieben werden können. Der Vorrat 47 ist nun sichtbar weniger voll.
Anhand eines einfachen Zahlenbeispiels soll die Erwärmung näher erläutert werden. Es ist bekannt, dass die elektrische Leistung P durch P = I²*R ermittelt werden kann, wobei I der Strom bzw. Wechselstrom und R der Widerstand sind. Bei einem typischen Strom von ca. 33 A erhält man für I² ca. 1000 A². Bei einer Leistung im Bereich von 1 W bleibt die Spule im Wesentlichen kalt. Aus der vorgenannten Formel erhält man dabei einen Widerstand im Bereich von 1 mΩ. Eine Erwärmung findet statt, wenn die Leistung erheblich höher ist und folglich der Widerstand in einen höheren Bereich kommt. Beispielsweise erhält man eine Leistung von 1 kW lokal bei einem lokalen Widerstand im Bereich von 1 Ω. Energetisch sind zwei Parameter wichtig, das ist zum Einen die Energie für die Erhöhung der Temperatur und zum Anderen die Energie für den Phasenübergang fest-flüssig. Um zu dem höheren Widerstand zu gelangen gibt es zwei Wege:

(i) Man macht den Leiterquerschnitt kleiner und nutzt dabei den bekannten Zusammenhang R=rho *I/A, wobei rho der spezifische Widerstand, I die Länge und A der Querschnitt sind.
(ii) Man erhöht die Temperatur. Die Temperaturerhöhung hat dabei nicht in erster Linie das Ziel das Material zu schmelzen, sondern den Widerstand so zu erhöhen, dass er zusammen mit dem hohen Strom den Schmelzvorgang auslöst. Entsprechende Ausführungsformen sind dem Fachmann insbesondere aus vielfältigen Arbeiten zu Schmelzsicherungen bekannt. Auf diese Literatur wird hier explizit verwiesen. Eine signifikante Änderung des elektrischen Widerstands im Bereich der Phasenumwandlung von Werkstoffen ist grundsätzlich bekannt und kann ggf. durch einfache Auslegungsversuche mit den genannten Werkstoffen optimiert werden.

So kann allgemein für eine Zusatz-Induktionsheizspule gelten, dass ihr Widerstandswert bei Raumtemperatur geringer als 100 mΩ ist. Er kann sogar noch geringer sein, vorzugsweise geringer als 10 mΩ.
In der 12 ist eine Abwandlung einer Induktionsheizeinrichtung 11' dargestellt, bei der auf einem rechteckigen Träger 17' zwar auch eine weitgehend runde bzw. kreisrunde Haupt-Induktionsheizspule 13' angeordnet ist, ähnlich wie in den 9 bis 11. Eine Zusatz-Induktionsheizspule 20´ ist aber nicht kreisringartig darum herum vorgesehen, sondern links daran anschließend. Die Form der Zusatz-Induktionsheizspule 20' ist in dem Bereich, wo sie etwa 40% entlang des linken Außenumfangs der Haupt-Induktionsheizspule 13' verläuft, entsprechend abgerundet und angepasst. Der Abstand kann gering sein, beispielsweise wie auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen. Im linken Bereich ist die Zusatz-Induktionsheizspule 20' eckig ausgebildet bzw. wie eine Art Teil-Rechteck. Somit ergeben Haupt-Induktionsheizspule 13' und Zusatz-Induktionsheizspule 20' eine gemeinsame Heizfläche, wie sie auch ansonsten von Kochfeldern mit seitlicher Zusatz-Heizzone bekannt ist.
Eine Verlegung der einzelnen Windungen der Zusatz-Induktionsheizspule 20', beispielsweise mittels eines Schlauchs, ist für den Fachmann leicht realisierbar. Es geht eben im Wesentlichen darum, dass die Zusatz-Induktionsheizspule 20' die in den 12 und 13 dargestellte Außenform bzw. Außenkontur aufweist. Der weitere Aufbau entspricht dem bisher beschriebenen. Eine Zuleitung 33' mit einem Ventil 45' führt hin zu der Zusatz-Induktionsheizspule 20'. Eine weitere Zuleitung 33' mit einem Ventil 45' führt davon weg, beispielsweise zu weiteren Induktionsheizeinrichtungen, die genauso oder alternativ auch entsprechend der 9 bis 11 ausgebildet sein können.
In der 13 ist für die Induktionsheizeinrichtung 11' der 12 dargestellt, wie die Zusatz-Induktionsheizspule 20' mit dem elektrisch leitfähigen Zusatz-Spulenmaterial mittels der Zuleitungen 33' und der Ventile 45' mit elektrisch leitfähigem Zusatz-Spulenmaterial befüllt ist, was durch die Schraffierung veranschaulicht wird. Dies erfolgt wie zuvor zu den 9 bis 11 beschrieben und braucht hier nicht wiederholt zu werden. Gezeigt werden soll mit diesem Ausführungsbeispiel der 12 und 13, dass zum einen eine beheizte Fläche der Induktionsheizeinrichtung nicht nur rund bzw. kreisrund sein muss, sondern auch länglich und zumindest teilweise angenähert rechteckig sein kann. Des Weiteren wird dadurch gezeigt, dass die Zusatz-Induktionsheizspule 20' die Haupt-Induktionsheizspule 13' nicht vollständig oder weitgehend umgeben muss, sondern dies auch nur teilweise sein kann. So können die Zusatz-Induktionsheizspule 20' und die Haupt-Induktionsheizspule 13' beispielsweise etwa benachbart sein und etwas weniger als der Hälfte nahe nebeneinander verlaufen.
In der 14 ist eine weitere Anordnung von Induktionsheizeinrichtungen 211a bis 211c unter einer Kochfeldplatte 249 entsprechend einem Induktions-Kochfeld dargestellt. In der seitlichen Schnittdarstellung sind die drei Induktionsheizeinrichtungen 211a bis 211c jeweils mit Zusatz-Induktionsheizspulen 220a bis 220c versehen, die sozusagen als Schleife zusammengeschaltet sind entsprechend der 9. Eine Pumpe 243 ist mittels einer Zuleitung 233a, in der ein Ventil 245a angeordnet ist, mit der Zusatz-Induktionsheizspule 220a leitend verbunden. Von der Zusatz-Induktionsheizspule 220a führt eine Zuleitung 233ab zur Zusatz-Induktionsheizspule 220b. Von dieser wiederum führt eine Zuleitung 233bc zur Zusatz-Induktionsheizspule 220c. Von dieser wiederum führt eine Zuleitung 233c mit einem Ventil 245c darin in einen Vorrat 247, in dem sich Zusatz-Spulenmaterial 226 befindet. Die Pumpe 243 und der Vorrat 247 sind mittels einer Zuleitung 233a verbunden.
Im Vergleich mit den 9 bis 11 fällt hier auf, dass zwischen den Zusatz-Induktionsheizspulen 220a bis 220c keine Ventile vorgesehen sind. Dafür sind die Induktionsheizeinrichtungen 211a bis 211c auf jeweils unterschiedlichem Höhenniveau angeordnet und somit natürlich auch die jeweiligen Zusatz-Induktionsheizspulen 220a bis 220c. Wenn die Pumpe 243 derart mit dem Vorrat 247 verbunden ist, dass sie Zusatz-Spulenmaterial 226 in beide Richtungen pumpen kann, so kann mittels der beiden Ventile 245a und 245c sowie der unterschiedlichen Höhenniveaus ein unterschiedliches Befüllen der Zusatz-Induktionsheizspulen 220a bis 220c erfolgen.
In der 15 ist dargestellt, wie die Pumpe 243 Zusatz-Spulenmaterial 226 durch das geöffnete Ventil 245a in die Zusatz-Induktionsheizspulen 220a und 220b hineingepumpt hat, nicht aber in die Zusatz-Induktionsheizspule 220c. Hiervon ausgehend ist es leicht vorstellbar, wie durch weiteres Hineinpumpen von Zusatz-Spulenmaterial auch noch die Zusatz-Induktionsheizspule 220c befüllt werden könnte. Es ist leicht vorstellbar, wie durch Pumpen in der anderen Richtung auch nur die Zusatz-Induktionsheizspule 220c mit Zusatz-Spulenmaterial 226c vollgepumpt werden könnte, oder alternativ diese zusammen mit der Zusatz-Induktionsheizspule 220b.
Die Höhendifferenz zwischen den Zusatz-Induktionsheizspulen 220a bis 220c kann einige Millimeter betragen, beispielsweise zwischen 5 mm und 15 mm.
Die in den 9 bis 15 dargestellten Induktionsheizeinrichtungen 11 und 11' bzw. 211 können in ihrer Form bzw. Außenkontur genauso verändert werden wie in den 5 bis 8 dargestellt ist.

Claims

Induktionsheizeinrichtung (11, 111, 211) mit mehreren Induktionsheizspulen, wobei: - mindestens eine Haupt-Induktionsheizspule (13, 113) vorgesehen ist, - die Haupt-lnduktionsheizspule (13, 113) starr und formunveränderlich ausgebildet, - mindestens eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) vorgesehen ist, - die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) zumindest teilweise außerhalb eines Außenumfangs der Haupt-Induktionsheizspule (13, 113) angeordnet ist und die Haupt-Induktionsheizspule zumindest entlang 30% dieses Außenumfangs umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass - die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) als elektrisch leitfähiges Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) eine Metall-Legierung aufweist, die sich bei einer Temperatur von weniger als 200°C oberhalb ihres Schmelzpunkts befindet und flüssig oder pastös ist, - die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) einen Schlauch (23, 123) aufweist, der flexibel und formveränderlich ausgebildet ist und der mit dem Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) gefüllt ist, - der Schlauch (23, 123) an seinen Enden (24) verschlossen ist oder verschließbar ist und dort einen elektrischen Anschluss an das Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) aufweist.
Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) als elektrisch leitfähiges Material zur Erzeugung des Magnetfelds ausschließlich das Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) aufweist.
Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) bei einer Temperatur von weniger als 50°C oberhalb seines Schmelzpunktes befindet.
Induktionsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) eine Legierung aus Wismut, Indium und/oder Zinn ist ohne Zusatz von Cadmium, Blei, Quecksilber oder signifikanten Anteilen an Gallium.
Induktionsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (23, 123) nur mit dem Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) gefüllt ist.
Induktionsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Aktor (139) vorgesehen ist, um den Schlauch (23, 123) an mindestens einer Windung (22, 122) der zumindest einen Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) in ihrer Form zu verändern.
Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Formveränderung der zumindest einen Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) und/oder des Schlauchs (23, 123) ausschließlich in einer Ebene der zumindest einen Zusatz-Induktionsheizspule vorgesehen ist in einer Richtung hin zu der Haupt-Induktionsheizspule (13, 113) oder in einer Richtung weg von der Haupt-Induktionsheizspule.
Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktor (139) aktiv ausgebildet ist und aktiv angesteuert wird, wobei er ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe: Elektromotor, Elektromagnet, piezoelektrischer Aktor, thermomechanischer Aktor.
Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktor (139) passiv ausgebildet ist aus einem Material mit einem starken thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder aus einem Formgedächtnis-Material.
Induktionsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zusatz-Induktionsheizspulen (20, 120, 220) flüssigkeitsleitend miteinander verbunden sind, wobei Absperrmittel (35) oder ein Ventil (45, 245) zwischen jeder Zusatz-Induktionsheizspule (120, 220) angeordnet ist.
Induktionsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorrat (47) von dem Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) vorgesehen ist und dieser Vorrat mit der mindestens einen Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) verbunden ist mittels einem Absperrmittel (35) oder Ventil (45, 245) und/oder mittels einem Pumpmittel (43, 243) dazwischen.
Induktionsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Pumpmittel (43, 243) vorgesehen sind, um flüssiges Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) in die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) hinein und aus der zumindest einen Zusatz-Induktionsheizspule heraus zu pumpen.
Induktionsheizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zusatz-Induktionsheizspule (220) jeweils für sich gesehen in einer horizontalen Ebene ausgebildet ist, und dass mehrere Zusatz-Induktionsheizspulen (220) an sich auf unterschiedlichen Höhenniveaus angeordnet sind.
Verfahren zum Betrieb einer Induktionsheizeinrichtung (11, 111, 211) mit mehreren Induktionsheizspulen, wobei: - mindestens eine Haupt-Induktionsheizspule (13, 113) vorgesehen ist, - die Haupt-Induktionsheizspule starr und formunveränderlich ausgebildet, - mindestens eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) vorgesehen ist, - die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) zumindest teilweise außerhalb eines Außenumfangs der Haupt-Induktionsheizspule (13, 113) angeordnet ist und die Haupt-Induktionsheizspule zumindest entlang 30% dieses Außenumfangs umgibt, - die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) als elektrisch leitfähiges Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) eine Metall-Legierung aufweist, die sich bei einer Temperatur von weniger als 200°C oberhalb ihres Schmelzpunkts befindet und flüssig oder pastös ist,mit den Schritten: - eine Position und/oder eine Größe eines zu beheizenden Kochgefäßes oberhalb der Haupt-Induktionsheizspule (13, 113) und/oder oberhalb der zumindest einen Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) wird erkannt, - in Anpassung an Position und/oder Größe des Kochgefäßes wird die Form der zumindest einen Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) geändert und/oder wird das Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) in die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) gebracht, und - anschließend wird die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) angesteuert und mit Leistung versorgt zum induktiven Beheizen des Kochgefäßes darüber.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) für die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) zu Beginn des Betriebs der Induktionsheizeinrichtung (11, 111, 211) noch nicht flüssig ist, wobei es zuerst aufgewärmt wird bevor die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule betrieben wird und/oder ihren Heizbetrieb beginnt und Spannung an sie angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) zu Beginn des Betriebs der Induktionsheizeinrichtung (11, 111, 211) noch nicht flüssig ist, wobei es zuerst aufgewärmt wird und verflüssigt wird und dann die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) verformt wird, bevor sie betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) für die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) zuerst aufgewärmt wird und dann in die Zusatz-Induktionsheizspule gepumpt oder gebracht wird, wobei dazu die Zusatz-Induktionsheizspule einen Schlauch (23, 123) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwärmen des Zusatz-Spulenmaterials (26, 226) für die zumindest eine Zusatz-Induktionsheizspule (20, 120, 220) durch Betrieb der Haupt-Induktionsheizspule (13, 113) erfolgt, wobei ein direktes Aufwärmen des Zusatz-Spulenmaterials (26, 226) erfolgt oder ein indirektes Aufwärmen über das von der Haupt-Induktionsheizspule (13, 113) erwärmte Kochgefäß, das dann wiederum durch Wärmestrahlung und/oder Kontaktwärme das Zusatz-Spulenmaterial (26, 226) aufwärmt.