DE10253198B4 - Method and device for thermal monitoring of an inductively heated cooking vessel - Google Patents

Method and device for thermal monitoring of an inductively heated cooking vessel Download PDF

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DE10253198B4 DE2002153198 DE10253198A DE10253198B4 DE 10253198 B4 DE10253198 B4 DE 10253198B4 DE 2002153198 DE2002153198 DE 2002153198 DE 10253198 A DE10253198 A DE 10253198A DE 10253198 B4 DE10253198 B4 DE 10253198B4
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Abstract

Verfahren zur thermischen Überwachung eines induktiv erwärmbaren Gargefäßes durch Überwachung der Frequenz (f) eines die induktive Erwärmung bewirkenden Wechselstroms (I), wobei die Überwachung auf das Sieden oder Aufkochen eines im Gargefäß befindlichen Gargutes und/oder auf das Leerkochen des Gargefäßes oder das Trockenkochen des darin befindlichen Gargutes als Überwachung auf vorbestimmte qualitative Änderungen des Frequenz-Zeit-Verlaufes (f(t)) und/oder der ersten Ableitung (f'(t)) des Frequenz-Zeit-Verlaufes erfolgt, wobei dem auf Raumtemperatur (Tstart) befindlichen Gargefäß eine Startfrequenz f-start zugeordnet ist und der Messwert als Frequenzverhältnis, nämlich als aus Frequenz F und Startfrequenz f-start gebildete relative Frequenz f-rel = f/f-start, ausgedrückt wird. method for thermal monitoring an inductively heatable Cooking vessel through monitoring the frequency (f) of an alternating current causing the inductive heating (I), where the monitoring on the boiling or boiling of a food in the cooking vessel and / or on the empty cooking of the cooking vessel or the dry cooking of the food in it as monitoring on predetermined qualitative changes the frequency-time history (f (t)) and / or the first derivative (f '(t)) of the frequency-time course, wherein the room temperature (Tstart) cooking vessel a start frequency f-start is assigned and the measured value as frequency ratio, namely as off Frequency F and start frequency f-start formed relative frequency f-rel = f / f-start becomes.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Überwachung eines induktiv erwärmbaren Gargefäßes durch Überwachung der Frequenz (f) eines die induktive Erwärmung bewirkenden Wechselstroms (I).The The invention relates to a method and a device for thermal monitoring an inductively heatable Cooking vessel through monitoring the frequency (f) of an alternating current causing the inductive heating (I).

Induktionskochflächen besitzen Glaskeramikflächen zur Aufnahme der Gargefäße und darunter angeordnete Induktionsspulen zu deren Erhitzung. Den Induktionsspulen wird ein Wechselstrom im Frequenzbereich von ca. 15 kHz bis ca. 80 kHz, insbesondere ca. 20 kHz bis 60 kHz zugeführt. Die hierdurch entstehenden Wechselfelder erzeugen in ferromagnetischen Böden der Gargefäße Wirbelströme, die zu Wärmeentwicklung führen. Deren Überwachung erfolgt durch Sensorsysteme, die aufwendig und/oder träge sind.Have induction hobs Glass ceramic surfaces for holding the cooking vessels and underneath arranged induction coils for their heating. The induction coils is an alternating current in the frequency range of about 15 kHz to about 80 kHz, in particular about 20 kHz to 60 kHz supplied. The resulting Alternating fields generate eddy currents in ferromagnetic trays of cooking vessels to heat development to lead. Their monitoring is done by sensor systems that are complex and / or sluggish.

US 5,477,035 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von Werkstücken mittels einer Hochfrequenz-Induktionsspule, bei der die Temperatur durch Überwachung der von der Temperatur abhängigen Resonanzfrequenz der Spule überwacht wird. US 5,477,035 discloses a method and apparatus for inductively heating workpieces by means of a high frequency induction coil wherein the temperature is monitored by monitoring the temperature dependent resonant frequency of the coil.

WO 82/02593 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Temperatur in einem induktiv erwärmten Material durch Erfassen von Änderungen eines temperaturabhängigen Materialparameters oder eines davon abhängigen Parameters wie der Resonanzfrequenz des Spulenresonanz kreises.WHERE 82/02593 A1 discloses a method and an apparatus for measuring the temperature in an inductively heated material by detecting of changes a temperature-dependent Material parameters or a dependent parameter such as the resonance frequency of the coil resonance circle.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung zum Erkennen des Kochpunktes von in einem induktiv erhitzten Behälter befindlichen Kochgut gemäß DE 196 48 397 A1 wird der zeitliche Temperaturverlauf verfolgt und als Kochpunkt ein Wendepunkt in der Temperaturkurve erkannt. In the method and the device for detecting the cooking point of located in an inductively heated container according to DE 196 48 397 A1 the temporal temperature profile is followed and recognized as a boiling point a turning point in the temperature curve.

Aus DE 199 06 115 C1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt zum Erkennen des Leerkochens von Kochgeschirr durch Überwachung des Temperaturverlaufs und Feststellen, ob sowohl die erste als auch die zweite zeitliche Ableitung der Temperatur positiv sind.Out DE 199 06 115 C1 For example, a method and apparatus are known for detecting emptying of cookware by monitoring the temperature profile and determining whether both the first and second time derivatives of the temperature are positive.

US 3,781,506 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Überwachen eines induktiv erwärmten Gargefäßes, bei denen die temperaturabhängige Periodendauer des Wechselstromes in der Induktionsspule als Maß für die Temperatur gemessen wird und zur Regelung der Temperatur auf einen Sollwert herangezogen wird. Beim Leerkochen des Gefäßes wird aufgrund der Temperaturregelung auf den Sollwert die Heizleistung erniedrigt. US 3,781,506 discloses a method and apparatus for thermal monitoring of an inductively heated cooking vessel, wherein the temperature-dependent period of the alternating current in the induction coil is measured as a measure of the temperature and is used to control the temperature to a desired value. When emptying the vessel, the heating power is lowered due to the temperature control to the setpoint.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Überwachung eines induktiv erwärmbaren Gargefäßes auf das Sieden oder Aufkochen und/oder das Leerkochen oder Trockenkochen zu schaffen, die einfach und trägheitsarm arbeiten.Of the Invention is based on the object, a method and an apparatus for thermal monitoring an inductively heatable Cooking vessel on boiling or boiling and / or emptying or dry cooking to create that simple and low-inertia work.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention this Problem solved by the features of claims 1 and 13. advantageous Training results from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße thermische Überwachung (bspw. auf Überhitzungen) ist trägheitsarm.The Thermal monitoring according to the invention (eg overheating) is low in inertia.

Es ist kein separater Übertragungskanal für Messdaten vom Gargefäß zur Kochmulde erforderlich.It is not a separate transmission channel for measurement data from the cooking vessel to the hob required.

Es ist auch kein separater Sensor oder andere gesonderte Hardware erforderlich, da sie normalerweise schon in der Leistungskarte des Wechselrichters implementiert ist, d. h., die zusätzlichen Kosten sind sehr gering.It no separate sensor or hardware is required since they are usually already in the power card of the inverter is implemented, d. h., the additional costs are very low.

Insgesamt steht damit auch ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung des Garprozesses in einem induktiv erwärmbaren Gargefäß zur Verfügung, bei dem während des Garens Temperaturen und/oder Temperaturänderungen als relative Frequenzen und/oder relative Frequenzänderungen eines die induktive Erwärmung bewirkenden Wechselstroms erfasst und ausgewertet werden, um die Temperatur des Gargefäßes zu signalisieren und/oder zu beeinflussen.All in all is thus also a method for monitoring and / or control the cooking process in an inductively heated cooking vessel available at during that cooking temperatures and / or temperature changes as relative frequencies and / or relative frequency changes one the inductive heating AC generating and evaluated to the Temperature of the cooking vessel to signal and / or to influence.

Ein erfindungsgemäßes Kochgerät weist wenigstens eine der vorbeschriebenen Vorrichtungen auf.One inventive cooking appliance has at least one of the above-described devices.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The Invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the associated Drawings show:

1 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Überwachung und/oder Steuerung der Temperatur in einem induktiv erwärmbaren Boden eines Gargefäßes, bspw. einer Pfanne, einer Friteuse oder eines Topfes, 1 the block diagram of a device for monitoring and / or controlling the temperature in an inductively heatable bottom of a cooking vessel, for example. A pan, a fryer or a pot,

2 eine Netzspannung UN, einen Netzstrom IN und einen die induktive Erwärmung bewirkenden Wechselstrom I und dessen Messung, 2 a mains voltage U N , a mains current I N and an inductive heating causing AC I and its measurement,

3 ein Prinzip der Regelung, 3 a principle of regulation,

4 Frequenz-Temperatur-Kurven für unterschiedliche Leistungen, 4 Frequency-temperature curves for different outputs,

5 prinzipielle zeitliche Verläufe der Temperatur, der Frequenz und der ersten Ableitung der Frequenz beim Sieden bzw. Aufkochen eines im Gargefäß befindlichen Gargutes, 5 principal temporal courses of the term temperature, the frequency and the first derivation of the frequency during boiling or boiling of a food in the cooking vessel,

6 prinzipielle zeitliche Verläufe der Temperatur, der Frequenz und der ersten Ableitung der Frequenz beim Leerkochen des Gargefäßes bzw. beim Trockenkochen eines im Gargefäß befindlichen Gargutes und 6 principle temporal courses of the temperature, the frequency and the first derivative of the frequency when emptying the cooking vessel or during dry cooking a food in the cooking vessel and

7 ein Prinzip der Temperaturregelung einer Bratpfanne und dgl.. 7 a principle of temperature control of a frying pan and the like ..

Um in einem Gargefäß oder einem Gargerät eine gewünschte Temperatur einzustellen, wird die Leistung der das Gargefäß aufnehmenden Kochzone geregelt. Hierfür ist es erforderlich, die Temperatur in dem Gargefäß zu messen. Normalerweise hat der Nutzer an leistungsgeregelten Kochzonen manuell das Leistungsniveau zu ändern, um im Gargefäß eine bestimmte Temperatur zu erhalten.Around in a cooking vessel or a Cooking appliance one desired Setting the temperature, the power of the cooking vessel receiving Cooking zone regulated. Therefor it is necessary to measure the temperature in the cooking vessel. Normally, the user has the power to manually controlled cooking zones To change the level of performance in the cooking vessel a certain To obtain temperature.

Im Folgenden werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, um im Boden eines auf einer Induktionskochzone K stehenden Gargefäßes oder Gargerätes 8 Temperaturen T bzw. Temperaturänderungen zu messen und die Informationen zur Regelung der Leistung P der Induktionskochzone K zu nutzen, so dass automatische Kochfunktionen möglich werden.In the following, a method and a device are described to be in the bottom of a standing on an induction cooking zone K cooking vessel or cooking appliance 8th To measure temperatures T or temperature changes and to use the information for controlling the power P of the induction cooking zone K, so that automatic cooking functions are possible.

Der Schwingkreis des Induktionsheizsystems gemäß 1 besteht aus einem Wechselrichter 5 und einer Induktionsspule 6, die unter einer ein Kochgerät bzw. Kochgeschirr 8 tragenden Oberfläche 9, bspw. einer Glaskeramikplatte, angeordnet ist. Der Boden des Geschirrs 8 ist ferromagnetisch ausgebildet. In ihm wird durch Wirbelströme, die durch das Magnetfeld der Induktionsspule 6 induziert werden, Wärme erzeugt. Der Oszillationsstrom (Größe und Frequenz) durch die Induktionsspule unterliegt dem Einfluss verschiedener Elemente des Schwingkreises, deren eines die Impedanz (Z = R + jωL) des Systems Induktionsspule 6/Geschirr 8 ist. Diese Impedanz Z wird beeinflusst durch die Temperatur T im Geschirrboden, insbesondere aufgrund von Änderungen der elektromagnetischen Eigenschaften des Bodenmaterials. Sie beeinflusst wiederum die Schwingungsfrequenz f des Wechselrichters 5, was schließlich zur Messung der Temperatur T im Geschirrboden genutzt wird.The resonant circuit of the induction heating system according to 1 consists of an inverter 5 and an induction coil 6 under a cooking utensil or cookware 8th carrying surface 9 , For example, a glass ceramic plate, is arranged. The bottom of the dishes 8th is ferromagnetic. In it, eddy currents are caused by the magnetic field of the induction coil 6 be induced, generates heat. The oscillation current (size and frequency) through the induction coil is subject to the influence of different elements of the resonant circuit, one of which is the impedance (Z = R + jωL) of the induction coil system 6 /Dishes 8th is. This impedance Z is influenced by the temperature T in the dish bottom, in particular due to changes in the electromagnetic properties of the bottom material. In turn, it influences the oscillation frequency f of the inverter 5 , which is finally used to measure the temperature T in the bottom of the dish.

Der Spulenstrom I wird mittels eines Stromwandlers 7 gemessen. Sein prinzipielles Aussehen zeigt 2. Die Schwingungsfrequenz f (20 kHz bis 60 kHz) wird mit der gleichgerichteten Netzstromversorgung moduliert. Dieses Signal führt an eine Frequenzmess-Schaltung 3, die das Signal analysiert und die Schwingungsfrequenz f ermittelt. Die Größe der Netzspannungsversorgung wird durch eine Spannungsmessungsschaltung 10 gemessen und die Information an eine Steuerlogik 2 geführt. Die Steuerlogik enthält Regelalgorithmen A und sichert eine Filterung des Signals, falls dieses rauscht. Der Algorithmus A be rechnet die geeignete Leistung P für die Kochzone K, um die gewünschte Funktonalität zu sichern, basierend auf den Informationen über die Frequenz f, die Spannungsversorgung U und die mittels Nutzerschnittstelle eingegebenen Nutzereinstellungen N (3).The coil current I is by means of a current transformer 7 measured. Its basic appearance shows 2 , The oscillation frequency f (20 kHz to 60 kHz) is modulated with the rectified mains power supply. This signal leads to a frequency measuring circuit 3 which analyzes the signal and determines the oscillation frequency f. The size of the mains voltage supply is provided by a voltage measuring circuit 10 measured and the information to a control logic 2 guided. The control logic contains control algorithms A and ensures filtering of the signal if it is noisy. The algorithm A calculates the appropriate power P for the cooking zone K in order to ensure the desired radio frequency, based on the information about the frequency f, the voltage supply U and the user settings N ( 3 ).

Die Betriebsfrequenz des Induktions-Wechselrichters 5 bewegt sich insbesondere im Bereich zwischen 20 kHz und 60 kHz abhängig vom Leistungsniveau. Eine Zeitschaltung mit einer Verzögerungszeit löst nach Ablauf der Verzögerungszeit die Frequenzmessung aus. In 2 ist die Auslösung der Zeitschaltung mit ZT und die Auslösung der Frequenzmessung mit FM gekennzeichnet, das Zeitverzögerungssignal mit ZV. Das Signal des Stromwandlers 7 wird mit einem A/D-Wandler abgetastet und in einem Speicher gespeichert. (500 Abtastungen, wobei sich jede einzelne Abtastung über ein Zeitintervall von 666 ns erstreckt, ergeben 25 bis 75 Abtastungen je Periode des Spulenstroms I, d. h., das Zeitintervall für einen Abtastvorgang beträgt 500·666 ns = 333 μs.) Davon wird die Periodenzeit der Schwingungen (6 bis 20 Schwingungen im Zeitintervall von 333 μs abhängig von der Frequenz) errechnet und davon wiederum die Mittenfrequenz. Die Frequenz wird dann in den Algorithmen benutzt, um Temperaturen zu signalisieren.The operating frequency of the induction inverter 5 moves especially in the range between 20 kHz and 60 kHz depending on the performance level. A timer with a delay time triggers the frequency measurement after the delay time has elapsed. In 2 is the triggering of the timer with ZT and the triggering of the frequency measurement with FM, the time delay signal with ZV. The signal of the current transformer 7 is sampled with an A / D converter and stored in a memory. (500 samples, with each sample extending over a 666 ns time interval, gives 25-75 samples per period of coil current I, ie, the time interval for one sample is 500 × 666 ns = 333 μs.) Of these, the period time is Oscillations (6 to 20 oscillations in the time interval of 333 μs depending on the frequency) are calculated, and in turn the center frequency. The frequency is then used in the algorithms to signal temperatures.

Um die Beziehung zwischen der Frequenz f und der Temperatur T zu erhalten, ist eine Kalibrierungskurve f(T) aufzunehmen bzw. zu registrieren. Dies erfolgt durch Messung der Temperatur T im Geschirrboden (mittels separater Temperatursensoren) und gleichzeitige Registrierung der Temperatur T und der Frequenz f bei einer festen Leistungseinstellung P. Die Messdaten lassen sich dann mit einer Kurvenanpassungsmethode, bspw. einer Polynomanpassung, an eine akzeptierte Genauigkeit anpassen. Im Anschluss an dieses Vorgehen erhält man eine Beziehung f(T) für ein bestimmtes Geschirr. Da jedoch die Frequenz f vom Leistungsniveau P abhängt, ist all dies für die anderen zu nutzenden Leistungsniveaus zu wiederholen, um schließlich eine Beziehung f(T, P) zu haben, die in der Steuerlogik als Kalibrierungskurve (für ein bestimmtes Geschirr) gespeichert wird. 4 zeigt eine Schar abfallender f(T)-Kalibrierungskurven für Leistungen P1, P2, P3 und P4.In order to obtain the relationship between the frequency f and the temperature T, a calibration curve f (T) is to be recorded. This is done by measuring the temperature T in the dish bottom (by means of separate temperature sensors) and registering the temperature T and the frequency f at a fixed power setting P. The measured data can then be adapted to an accepted accuracy using a curve fitting method, for example a polynomial fit. Following this procedure, one obtains a relationship f (T) for a particular harness. However, since the frequency f depends on the power level P, all this has to be repeated for the other power levels to be used to finally have a relation f (T, P) stored in the control logic as a calibration curve (for a particular harness). 4 shows a family of decreasing f (T) calibration curves for powers P1, P2, P3 and P4.

Wenn dieses Geschirr (Pfanne, Topf, Friteuse und dgl.) später benutzt wird, verbindet die Steuerlogik die gemessene Frequenz f mit einer Temperatur T für ein bestimmtes Leistungsniveau P. Dies macht es dann möglich, die gewünschten Funktionen entsprechend der in der Steuerlogik gespeicherten Algorithmen durchzuführen.When this harness (pan, pot, fryer and the like) is later used, the control logic connects the measured frequency f to a temperature T for a particular power level P. This then makes it possible to perform the desired functions according to the one stored in the control logic Perform algorithms.

Dieses Verfahren erfordert eine Identifikation des benutzen Geschirrs 8.This method requires identification of the harness used 8th ,

Es gibt Unterschiede zwischen verschiedenen Pfannen/Töpfen in Bezug auf das f(T, P)-Verhalten, wobei sowohl das relative Niveau als auch der Anstieg bzw. die erste zeitliche Ableitung f'(t) bei einer bestimmten Temperatur variieren kann.It There are differences between different pans / pots in Referring to the f (T, P) behavior, where both the relative level as well as the rise or the first time derivative f '(t) at a certain Temperature may vary.

Unter der Annahme, dass sich die Pfanne/der Topf zu Beginn auf Raumtemperatur T-start befindet, der eine Startfrequenz f-start zugeordnet ist, wird der Messwert als relative Frequenz f-rel = f/f-start ausgedrückt, so dass sich die Abweichungen zwischen unterschiedlichen Pfannen/Töpfen aufgrund des relativen Frequenzniveaus vermeiden lassen. In jedem Fall liegt so bspw. der Wert f-rel für 250 °C bei ungefähr 0,83 für ein breites Register von Pfannen/Töpfen, die dem Nutzer bei Benutzung dieser Methode empfohlen werden kann.Under Assuming that the pan / pot is initially at room temperature T-start, which is assigned a start frequency f-start, if the measured value is expressed as relative frequency f-rel = f / f-start, then that the differences between different pans / pots due to to avoid the relative frequency level. In any case so, for example, the value f-rel for 250 ° C at approximately 0.83 for a broad index of pots / pans that the user uses This method can be recommended.

Im Folgenden werden die Steuer- bzw. Regelalgorithmen A beschrieben.in the The control algorithms A will be described below.

Um ein Sieden bzw. Aufkochen zu erkennen, ist es nicht notwendig, den absoluten Wert der Temperatur T zu kennen, d. h., eine Beziehung zwischen der Frequenz f und der Temperatur T zu haben. Der Steuer- bzw. Regelalgorithmus A überwacht die Änderung des Frequenzverlaufs f(t) über der Zeit t (5). Wenn sich die erste Ableitung f'(t) von einem negativen Wert her zu etwa Null hin verändert, hat der Pfannen-/Topfboden eine konstante Temperatur erreicht, so dass sich daraus die Zeit t, zu der das Gargut siedet bzw. aufkocht, ableiten lässt. In diesem Fall wird die Leistung P bzw. der Strom I in der Induktionsspule 6 auf einen vorbestimmten Wert reduziert. Unbeschadet dessen zeigt 5, dass einem Temperaturverlauf T(t), der im Bereich des Siedepunktes seinen zuvor etwa linear ansteigenden in einen da nach etwa konstant bleibenden Verlauf ändert, ein Frequenzverlauf f(t), der im Bereich des Siedepunktes seinen zuvor etwa linear abfallenden in einen danach etwa konstant bleibenden Verlauf ändert, zuordenbar ist und umgekehrt.In order to recognize boiling, it is not necessary to know the absolute value of the temperature T, that is, to have a relationship between the frequency f and the temperature T. The control algorithm A monitors the change of the frequency characteristic f (t) over the time t ( 5 ). If the first derivative f '(t) changes from a negative value to about zero, the pan / pot bottom has reached a constant temperature, so that from this the time t, at which the food boils or boil, derive leaves. In this case, the power P or the current I in the induction coil 6 reduced to a predetermined value. Notwithstanding this shows 5 in that a temperature profile T (t), which in the region of the boiling point changes its previously approximately linearly increasing course to a curve that remains approximately constant, has a frequency curve f (t) which, in the region of the boiling point, has its previously approximately linearly sloping into a curve thereafter constant course changes, is assignable and vice versa.

Während des Leer- bzw. Trockenkochens (6) tritt ein Abfall der Frequenz f auf, wenn bspw. Wasser aus der Pfanne/dem Topf entwichen ist. Dies kann als plötzlicher Abfall bzw. eine plötzliche Änderung der ersten Ableitung f'(t) oder als bestimmter Wert der ersten Ableitung f'(t) erkannt werden, entsprechend einem Temperaturanstieg in einer leeren Pfanne/einem leeren Topf. Für langsame Trockenkochprozesse (Gargut mit geringem oder mittleren Wassergehalt) steigt die Temperatur T nicht so schnell. Dann kann das stabile Frequenzniveau während des Siedens (Kochens) als Referenzniveau genutzt werden, um eine Kalibrierung bzgl. 100 °C vorzunehmen. Wenn das Wasser entwichen ist, fällt die Frequenz, und die Leistung der Kochzone wird bei einem bestimmten relativen Wert f1 in Bezug auf 100 °C abgeschaltet. Unbeschadet dessen zeigt 6, dass einem Temperaturverlauf T(t), der im Bereich des Siedepunktes seinen Verlauf aus einem zuvor etwa linear ansteigenden in einen danach etwa konstanten Verlauf und im Bereich des Leer- bzw. Trockenkochens seinen zuvor konstanten Verlauf in einen danach etwa linear ansteigenden Verlauf ändert, ein Frequenzverlauf f(t) zuordenbar ist, der im Bereich des Siedepunktes seinen zuvor etwa linear abfallenden Verlauf in einen danach etwa konstanten Verlauf und im Bereich des Leer- bzw. Trockenkochens seinen zuvor etwa konstanten Verlauf in einen danach etwa linear abfallenden Verlauf ändert. Sowohl im T(t)-Verlauf als auch im f(t)-Verlauf ist das schnelle Leer- bzw. Trockenkochen mit B1 und das langsame Leer- bzw. Trockenkochen mit B2 gekennzeichnet. Im f'(t)-Verlauf gibt S die Spannweite f'(t) an, die mit dem Erhitzen einer leeren Pfanne/eines leeren Topfes korrespondiert.During the empty or dry cooking ( 6 ) occurs a drop in frequency f, if, for example, water escaped from the pan / the pot. This can be recognized as a sudden fall or a sudden change in the first derivative f '(t) or as a particular value of the first derivative f' (t), corresponding to a temperature rise in an empty pan / pot. For slow Trockenkochprozesse (food with low or medium water content), the temperature T does not rise so fast. Then the stable frequency level during boiling (cooking) can be used as a reference level to calibrate for 100 ° C. When the water has escaped, the frequency drops and the power of the cooking zone is turned off at a certain relative value f1 with respect to 100 ° C. Notwithstanding this shows 6 in that a temperature profile T (t) which changes its course in the region of the boiling point from a previously approximately linearly ascending course to an approximately constant course and in the area of empty or dry cooking changes its previously constant course to a course which increases approximately linearly thereafter, a frequency curve f (t) can be assigned, which changes in the region of the boiling point its previously approximately linearly sloping course in a thereafter approximately constant course and in the range of empty or dry cooking its previously approximately constant course in a then approximately linearly sloping course. In both the T (t) run and the f (t) run, the fast empty or dry cooking is labeled B1 and the slow empty or dry cooking is labeled B2. In the f '(t) run, S indicates the span f' (t) corresponding to the heating of an empty pan / pot.

Beim Regeln der Temperatur einer Pfanne oder eines Topfes auf konstante Temperatur entsprechend einer Nutzereinstellung N (insbesondere genutzt für Bratpfannen, Braten und Frittieren in Öl) wird eine Anzahl von Leistungsniveaus benutzt. Gemäß dem zuvor beschriebenen sind hierfür Kalibrierungskurven f(T, P) nach 4 für die zur Nutzung vorgesehenen Leistungsniveaus heranzuziehen.In controlling the temperature of a ladle or pot to a constant temperature corresponding to a user setting N (particularly used for frying pans, frying and frying in oil), a number of performance levels are used. According to the previously described calibration curves f (T, P) are after 4 for the levels of use envisaged for use.

Die Temperaturregelung könnte dann bspw. als Thermostatfunktion durchgeführt werden. Die Leistung der Kochzone kann auf zwei unterschiedliche Niveaus P-high und P-low gesetzt werden (bspw. P1 und P2), die mit zwei Kalibrierungskurven f(T, P-high) und f(T, P-low) verbunden sind. Die Frequenz f wird dann kontinuierlich gemessen und die Temperatur T aus den Kalibrierungskurven abgeleitet, abhängig davon, welches Leistungsniveau genutzt wird. Wenn die berechnete Temperatur T-meas größer ist als die eingestellte Temperatur T-set, wird der Kochzone die niedrigere Leistung P-low zugeführt. Ist T-meas kleiner als T-set, erhält die Kochzone die höhere Leistung P-high (7). Auf diese Weise wird die Pfanne oder der Topf auf einem deutlich konstanten Temperaturniveau gehalten.The temperature control could then be performed, for example, as a thermostat function. The power of the cooking zone can be set to two different levels P-high and P-low (eg P1 and P2) associated with two calibration curves f (T, P-high) and f (T, P-low). The frequency f is then measured continuously and the temperature T derived from the calibration curves, depending on which power level is used. If the calculated temperature T-meas is greater than the set temperature T-set, the cooking zone is supplied with the lower power P-low. If T-meas is less than T-set, the cooking zone receives the higher power P-high ( 7 ). In this way, the pan or pot is kept at a significantly constant temperature level.

Insgesamt lassen sich zu Frequenzen und/oder Frequenzverhältnissen und/oder Frequenzänderungen und/oder Frequenzverläufen und/oder deren ersten Ableitungen Temperaturen und/oder Temperaturverhältnisse und/oder Temperaturänderungen und/oder Temperaturverläufe und/oder deren erste Ableitungen zuordnen und/oder umgekehrt.All in all can be converted to frequencies and / or frequency ratios and / or frequency changes and / or frequency characteristics and / or their first derivatives temperatures and / or temperature conditions and / or temperature changes and / or temperature gradients and / or assign their first derivatives and / or vice versa.

Dem Nutzer stehen so auf erfindungsgemäße Weise Geräteeigenschaften zur Verfügung, die sowohl die Funktionalität als auch die Sicherheit positiv beeinflussen. Diese Merkmale sind allgemein:

  • – Siede- bzw. Aufkocherkennung: Die Leistung wird trägheitsarm auf ein vorbestimmtes Niveau reduziert oder abgeschaltet, wenn der Inhalt des Gargefäßes siedet bzw. aufkocht. Die schnelle Siede- bzw. Aufkocherkennung arbeitet auch als Überkochschutz.
  • – Leer- bzw. Trockenkocherkennung: Die Leistung wird trägheitsarm abgeschaltet, wenn das Wasser aus dem Gargefäß entwichen und/oder die Temperatur des Gargefäßes zu hoch ist. Feuer und Gefäßschäden werden vermieden.
  • – Temperaturregelung: Die Temperatur wird trägheitsarm auf einem einmal eingestellten konstanten Temperaturniveau gehalten, ohne dass der Nutzer nach der ersten Einstellung manuell eingreifen muss. Dies lässt sich insbesondere nutzen, um
  • – eine stabile Temperatur für das Braten zu erhalten,
  • – eine stabile Temperatur während des Frittierens in Öl (bei bspw. etwa 180 °C) zu erhalten, was auch als Überhitzungsschutz wirkt, und
  • – die Temperatur auf niedrigeren Niveaus zu begrenzen, um ein Anbrennen und Ankleben am Gefäßboden zu vermeiden.
The user is thus in the manner of the invention device properties available that positively affect both functionality and safety. These features are general:
  • - Boiling or Aufkocherkennung: The power is reduced inertia to a predetermined level or switched off when the contents of the cooking vessel boils or boils. The fast boiling or Aufkocherkennung also works as overcooker.
  • - Empty or dry cooker detection: The power is switched off with little inertia when the water escapes from the cooking vessel and / or the temperature of the cooking vessel is too high. Fire and vessel damage are avoided.
  • - Temperature control: The temperature is kept low in inertia at a set constant temperature level, without the user having to intervene manually after the first setting. This can be used in particular to
  • - to obtain a stable temperature for frying,
  • - To obtain a stable temperature during deep-frying in oil (for example, about 180 ° C), which also acts as overheating protection, and
  • - To limit the temperature at lower levels to avoid burning and sticking to the bottom of the vessel.

Claims (20)

Verfahren zur thermischen Überwachung eines induktiv erwärmbaren Gargefäßes durch Überwachung der Frequenz (f) eines die induktive Erwärmung bewirkenden Wechselstroms (I), wobei die Überwachung auf das Sieden oder Aufkochen eines im Gargefäß befindlichen Gargutes und/oder auf das Leerkochen des Gargefäßes oder das Trockenkochen des darin befindlichen Gargutes als Überwachung auf vorbestimmte qualitative Änderungen des Frequenz-Zeit-Verlaufes (f(t)) und/oder der ersten Ableitung (f'(t)) des Frequenz-Zeit-Verlaufes erfolgt, wobei dem auf Raumtemperatur (Tstart) befindlichen Gargefäß eine Startfrequenz f-start zugeordnet ist und der Messwert als Frequenzverhältnis, nämlich als aus Frequenz F und Startfrequenz f-start gebildete relative Frequenz f-rel = f/f-start, ausgedrückt wird. Method for thermal monitoring of an inductively heatable Cooking vessel through monitoring the frequency (f) of an alternating current causing the inductive heating (I), where the monitoring on the boiling or boiling of a food in the cooking vessel and / or on the empty cooking of the cooking vessel or the dry cooking of the food in it as monitoring on predetermined qualitative changes the frequency-time history (f (t)) and / or the first derivative (f '(t)) of the frequency-time course takes place, wherein the cooking vessel located at room temperature (Tstart) has a starting frequency f-start is assigned and the measured value as a frequency ratio, namely as Frequency F and start frequency f-start relative frequency formed f-rel = f / f-start becomes. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Überwachung auf das Sieden oder Aufkochen als Überwachung auf eine vorbestimmte qualitative Änderung des Frequenzverhältnis-Zeit-Verlaufes (f-rel(t)) aus Richtung eines im Wesentlichen linear abfallenden Frequenzverhältnisses (f-rel) in Richtung eines im Wesentlichen konstanten Frequenzverhältnisses (f-rel) erfolgt.The method of claim 1, wherein the monitoring boiling or boil-up as monitoring to a predetermined one qualitative change of the Frequency ratio versus time curve (f-rel (t)) from the direction of a substantially linearly decreasing frequency ratio (f-rel) in the direction of a substantially constant frequency ratio (f-rel) he follows. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Überwachung auf das Sieden oder Aufkochen als Überwachung auf eine vorbestimmte Änderung der ersten Ableitung (f-rel'(t)) des Frequenzverhältnis-Zeit-Verlaufes (f-rel(t)) aus Richtung eines negativen Wertes in Richtung eines Wertes von etwa Null erfolgt.Method according to Claim 1 or 2, in which the monitoring boiling or boiling to monitor for a predetermined change the first derivative (f-rel '(t)) the frequency ratio time course (f-rel (t)) from the direction of a negative value in the direction of Value of about zero occurs. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Wechselstrom (I) bzw. die entsprechende Leistung (P) auf einen vorbestimmten Wert reduziert wird, wenn bei der Überwachung auf Sieden oder Aufkochen eine oder mehrere Änderungen ermittelt wurden, die mit einer oder mehreren vor bestimmten Änderungen übereinstimmen.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the alternating current (I) or the corresponding power (P) to a predetermined Value is reduced when monitoring for boiling or Boil one or more changes that match one or more before certain changes. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Überwachung auf das Leer- oder Trockenkochen als Überwachung auf eine vorbestimmte qualitative Änderung des Frequenzverhältnis-Zeit-Verlaufes (f-rel(t)) aus Richtung eines im Wesentlichen konstanten Frequenzverhältnisses (f-rel) in Richtung eines im Wesentlichen linear abfallenden Frequenzverhältnisses (f-rel) erfolgt.The method of claim 1, wherein the monitoring on the empty or dry cooking as monitoring to a predetermined qualitative change the frequency ratio time course (f-rel (t)) from the direction of a substantially constant frequency ratio (f-rel) in the direction of a substantially linearly decreasing frequency ratio (f-rel). Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, bei dem die Überwachung auf das Leer- oder Trockenkochen als Überwachung auf eine vorbestimmte Änderung der ersten Ableitung (f-rel'(t)) des Frequenzverhältnis-Zeit-Verlaufes (f-rel(t)) aus Richtung eines Wertes von etwa Null in Richtung eines negativen Wertes erfolgt.Method according to claim 1 or 5, wherein the monitoring on the empty or dry cooking as monitoring to a predetermined change the first derivative (f-rel '(t)) the frequency ratio time course (f-rel (t)) from the direction of a value of about zero in the direction of negative value. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 6, bei dem der Wechselstrom (I) bzw. die entsprechende Leistung (P) abgeschaltet wird, wenn bei der Überwachung auf Leer- oder Trockenkochen eine oder mehrere Änderungen ermittelt wurden, die mit einer oder mehreren vorbestimmten Änderungen übereinstimmen.Method according to one of claims 1, 5 or 6, wherein the Alternating current (I) or the corresponding power (P) off when, when monitoring on empty or dry cooking one or more changes were detected, that match one or more predetermined changes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die vorbestimmte(n) qualitative(n) Änderung(en) des Frequenzverhältnis-Zeit-Verlaufes (f-rel(t)) in einem Übergang aus einem abfallenden Frequenzverhältnis-Zeit-Verlauf (f-rel(t)) in einen konstanten Frequenzverhältnis-Zeit-Verlauf (f-rel(t)) und/oder aus einem konstanten Frequenzverhältnis-Zeit-Verlauf (f-rel(t)) in einen abfallenden Frequenzverhältnis-Zeit-Verlauf (f-rel(t)) liegen. Method according to one of Claims 1 to 7, in which the predetermined (n) qualitative change (s) the frequency ratio time course (f-rel (t)) in a transition from a decreasing frequency-time relationship (f-rel (t)) in a constant frequency-time relationship (f-rel (t)) and / or from a constant frequency ratio time course (f-rel (t)) into a decreasing frequency-ratio-time-course (f-rel (t)) lie. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Zuordnung der Frequenzverhältnisse (f/f-start) zu den Temperaturen (T) in Abhängigkeit von Materialeigenschaften des Gargefäßes erfolgt.Method according to one of claims 1 to 8, wherein the assignment the frequency ratios (f / f-start) to the temperatures (T) depending on Material properties of the cooking vessel takes place. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Eigenschaften des Gargefäßes für die Nutzung vorgegeben oder vom Nutzer abgefragt werden, bspw. durch Vorgabe einer Auswahlliste.The method of claim 9, wherein the properties of the cooking vessel for use specified or queried by the user, for example by default a selection list. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Zuordnung der Frequenzverhältnisse (f/f-start) zu den Temperaturen (T) in Abhängigkeit von vorbestimmten Leistungen (P) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 10, wherein the assignment of the frequency ratios (f / f-start) to the temperatures (T) in response to predetermined powers (P). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Temperatur des Gargefäßes auf einen gewünschten Wert gehalten wird, indem – die Frequenz (f) kontinuierlich überwacht wird, – dem Frequenzverhältnis (f/f-start) in Abhängigkeit von der aktuell zugeordneten Leistung (P) und dem aktuell zugeordneten Gargefäß kontinuierlich eine Temperatur (T) zugeordnet wird, – die Abweichung zwischen der zugeordneten und der gewünschten Temperatur (T) kontinuierlich ermittelt wird und – entsprechend der Abweichung eine der zuordenbaren Leistungen ausgewählt wird. Method according to one of the preceding claims, in to the temperature of the cooking vessel a desired one Value is held by - the Frequency (f) continuously monitored becomes, - the frequency ratio (f / f-start) depending on the currently assigned power (P) and the currently assigned power Cooking vessel continuously a temperature (T) is assigned, The difference between the assigned and desired Temperature (T) is determined continuously and - corresponding the deviation one of the assignable services is selected. Vorrichtung zur thermischen Überwachung eines induktiv erwärmbaren Gargefäßes zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit – ersten Mitteln (4, 5) zur Bereitstellung eines die induktive Erwärmung bewirkenden Wechselstroms (I), – zweiten Mitteln (3) zur Ermittlung der vom Gargefäß (8) beeinflussten Frequenz (f) des Wechselstroms (I), – dritten Mitteln (2) zur Signalisierung und/oder Steuerung der Temperatur (T) des Gargefäßes (8) in Abhängigkeit von der Frequenz (f) des Wechselstroms (I) mittels Steuer- bzw. Regelalgorithmus/-algorithmen (A) zur Überwachung auf das Sieden oder Aufkochen eines im Gargefäß befindlichen Gargutes und/oder auf das Leerkochen des Gargefäßes oder das Trockenkochen des darin befindlichen Gargutes.Device for thermal monitoring of an inductively heatable cooking vessel for carrying out the method according to one of claims 1 to 12, with - first means ( 4 . 5 ) for providing an inductive heating causing alternating current (I), - second means ( 3 ) for determining the cooking vessel ( 8th ) influenced frequency (f) of the alternating current (I), - third means ( 2 ) for signaling and / or controlling the temperature (T) of the cooking vessel ( 8th ) in response to the frequency (f) of the alternating current (I) by means of control algorithm / algorithms (A) for monitoring the boiling or boiling of a food in the cooking vessel and / or on the empty cooking of the cooking vessel or the dry cooking of Gargutes located therein. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die dritten Mittel (2) erste Speichermittel aufweisen, mit denen vorbestimmte qualitative Änderungen von Frequenzverhältnis-Zeit-Verläufen (f(t)) und/oder vorbestimmte Änderungen erster Ableitungen (f'(t)) von Frequenzverhältnis-Zeit-Verläufen (f(t)) speicherbar sind, die als Referenzdaten ein Sieden oder Aufkochen eines im Gargefäß (8) befind lichen Gargutes und/oder ein Leerkochen des Gargefäßes (8) bzw. ein Trockenkochen des darin befindlichen Gargutes repräsentieren.Device according to Claim 13, in which the third means ( 2 ) comprise first storage means for storing predetermined qualitative changes in frequency-ratio time-histories (f (t)) and / or predetermined changes of first derivatives (f '(t)) of frequency-ratio time-histories (f (t)) which, as reference data, boils or boils one in the cooking vessel ( 8th ) befind food and / or an empty cooking of the cooking vessel ( 8th ) or a dry cooking of the food therein. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei der die dritten Mittel (2) zweite Speichermittel aufweisen, mit denen vorbestimmte Frequenz-Temperatur-Verläufe (f(T)) oder Frequenzverhältnis-Temperatur-Verläufe (f/f-start (T)) speicherbar sind.Device according to Claim 13 or 14, in which the third means ( 2 ) have second memory means with which predetermined frequency-temperature profiles (f (T)) or frequency-ratio temperature profiles (f / f-start (T)) can be stored. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Frequenz-Temperatur-Verläufe (f(T)) oder Frequenzverhältnis-Temperatur-Verläufe (f/f-start (T)) abhängig von Gargefäßeigenschaften und/oder Leistungen (P1, P2, P3, P4) speicherbar sind.Device according to Claim 15, in which the frequency-temperature profiles (f (T)) or frequency-temperature curves (f / f-start (T)) of cooking vessel properties and / or services (P1, P2, P3, P4) can be stored. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei der den dritten Mitteln (2) Eingabemittel (1) zugeordnet sind, mit denen der Nutzer gewünschte Temperaturen (T) und/oder Programme, insbesondere Temperaturen (T) enthaltende Garprogramme, und/oder Leistungen (P) und/oder Gargefäße (8) oder deren Eigenschaften eingeben kann, bspw. durch Vorgabe einer Auswahlliste.Device according to one of Claims 13 to 16, in which the third means ( 2 ) Input means ( 1 ) are associated with which the user desired temperatures (T) and / or programs, in particular temperatures (T) containing cooking programs, and / or services (P) and / or cooking vessels ( 8th ) or enter their properties, for example by specifying a selection list. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei der die dritten Mittel (2) Rechenmittel aufweisen, mit denen die mit den zweiten Mitteln (3) ermittelten Frequenzen (f) und die mit den ersten und/oder zweiten Speichermitteln gespeicherten Daten und die mit den Eingabemitteln (1) eingege benen Daten zu Wechselströmen (I) oder entsprechenden Leistungen (P) verrechenbar sind, die die Temperatur (T) des Gargefäßes (8) entsprechend der eingegebenen und/oder gespeicherten Daten beeinflussen.Device according to one of Claims 13 to 17, in which the third means ( 2 ) Have means of calculation with which the second means ( 3 ) determined frequencies (f) and the data stored with the first and / or second storage means and with the input means ( 1 ) data can be calculated to alternating currents (I) or corresponding powers (P), which are the temperature (T) of the cooking vessel ( 8th ) according to the entered and / or stored data. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Beeinflussung der Temperatur (T) in deren vorbestimmter Verringerung bei ermitteltem Sieden oder Aufkochen und/oder ermitteltem Leer- oder Trockenkochen und/oder in deren Einstellung oder Aufrechterhaltung entsprechend eingegebener Nutzerdaten besteht. Apparatus according to claim 18, wherein the influence the temperature (T) in their predetermined reduction when determined Boiling or boiling and / or determined emptying or dry cooking and / or in their recruitment or maintenance accordingly entered user data. Kochgerät mit wenigstens einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19.cooker with at least one device according to one of claims 13 to 19th
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