DE10357666B4

DE10357666B4 - Heizeinrichtung mit Strahlungsheizsystem und Verfahren zur Ansteuerung

Info

Publication number: DE10357666B4
Application number: DE2003157666
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Riffel
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: DE10357666A1

Abstract

Heizeinrichtung mit einer Abdeckung und mit einem Strahlungsheizsystem mit mindestens einer Heizquelle (2, 2.1–2.4) zur Erzeugung von Strahlung mit Strahlungsenergie, die zu einem auf oder an der Abdeckung (4) platzierten Behälter mit Inhalt übertragbar ist, mit mindestens einer Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4), die von einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit (5) ansteuerbar ist zur Umlenkung der Strahlung (6) von der mindestens einen Heizquelle (2, 2.1–2.4) auf die Abdeckung (4), wobei eine Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4) mindestens ein bewegbares Umlenkelement (10) aufweist, dessen Bewegung von der Steuer- und/oder Auswerteeinheit (5) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung einer Heizquelle (2, 2.1–2.4) durch eine gesteuerte Bewegung einer zugeordneten Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4) als Strahlenbündel veränderbar ist, wobei sie auf eine oder mehrere bestimmbare Teilflächen (4.1) der Abdeckung (4) grob fokussierbar ist, wobei die Strahlung einer Heizquelle (2, 2.1–2.4) durch eine gesteuerte Bewegung mehrerer einzelner Umlenkelemente (10) der zugeordneten Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4) innerhalb der grob fokussiertbestrahlten Teilfläche...

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung mit Strahlungsheizsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Ansteuerung.
Aus dem Stand der Technik sind Kochfelder mit Strahlungsheizsystemen bekannt, bei denen die Energieübertragung von einer Heizquelle auf einen Gargutbehälter im wesentlichen durch Strahlung erfolgt.
Ferner ist aus der DE 195 30 008 A1 ein Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, das aus Licht von einer Lichtquelle mit einer Umlenkvorrichtung ein Lichtbündel bilden, wobei die Umlenkvorrichtung eine Vielzahl einzelner reflektierender Elemente aufweist. Durch eine entsprechende Bewegung der einzelnen Elemente können gezielt Teile des Lichtbündels zugeschaltet oder ausgeblendet werden und somit die Charakteristik des aus dem Beleuchtungssystem austretenden Lichtbündels, beispielsweise die Intensität, die Richtung, die Streuung, die Strahlweite und/oder die Reichweite, verändert werden. Die Bewegung der einzelnen Elemente kann ein „Umklappen" zwischen zwei oder mehr Raststufen sein oder kontinuierlich erfolgen. Die Bewegung kann beispielsweise durch piezoelektrische oder elektromagnetische Stellelemente gesteuert werden, die von einer zentralen Steuereinheit angesteuert werden.
Auch die Dokumente DE 101 34 594 A1 , DE 199 07 943 A1 , DE 198 22 149 A1 , DE 198 22 142 A1 und US 6,497,503 B1 beschreiben solche Beleuchtungssysteme für Kraftfahrzeuge, bei denen aus Licht von einer Lichtquelle mit einer Umlenkvorrichtung ein Lichtbündel gebildet wird.
Die DE 199 24 298 A1 zeigt eine Strahlungsheizung bei einem Kochfeld mit einem Heizelement, dessen wirksame Heizfläche verändert werden kann. Dies erfolgt zum Beispiel dadurch, dass eine stabförmige Halogenlampe über einem zweiteiligen Strahlungsreflektor angeordnet ist, der in seiner Geometrie verändert werden kann und so ein bestrahlter bzw. beheizter Flächenbereich an einer Abdeckung wie einer Kochfeldplatte verändert werden kann. So kann eine Einstellung der beheizten Fläche an eine detektierte Größe eines aufgestellten Topfes angepasst werden, also in eine entsprechend abgestimmte große beheizte Fläche umgesetzt werden.
Die AT 295 676 C zeigt eine Heizeinrichtung, bei der eine Heizquelle Strahlung erzeugt, die mit Umlenkvorrichtungen in Form von Spiegeln auf eine Abdeckung für einen Topf oder direkt in einen Topf umgelenkt wird. So kann die Heizquelle weiter weg von der Abdeckung angeordnet werden, um diese vor thermischer Überlastung zu schützen.
Die DE 101 04 787 A1 beschreibt ein Verfahren zur gesteuert unsymmetrischen Wärmeerzeugung an einem auf eine Kochplatte aufgesetzten Kochtopf. Dazu sind mehrere Heizquellen als Kochstelle vorgesehen mit fest vorgegebener ungleichmäßiger Flächenverteilung der Heizleistung. Durch gesteuert ungleichmäßige Erwärmung von Kochgut in dem Topf wird eine Konvektion mit selbsttätiger Durchmischung des Kochguts erreicht.
Aufgabe und Lösung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizeinrichtung mit Strahlungsheizsystem sowie ein Verfahren zu ihrer Ansteuerung zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere beispielsweise als Kochfeld besser an die verschiedenen Anforderungen im Kochbetrieb, wie Leistungsregelung, Schnellkochstufe, variable Platzierung eines Gargutbehälters, usw. angepasst werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Heizeinrichtung mit Strahlungsheizsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung beruht auf der Idee, von mindestens einer Heizquelle erzeugte Strahlungsenergie mit mindestens einer beweglichen Umlenkvorrichtung auf eine Abdeckung umzulenken, wobei die mindestens eine Umlenkvorrichtung wenigstens ein Umlenkelement aufweist. Vorteilhaft kann die Umlenkvorrichtung eine Mehrzahl von einzeln bewegbaren Umlenkelementen aufweisen. Die Umlenkvorrichtung und/oder eines oder mehrere Umlenkelemente sind von einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit ansteuerbar.
Durch die bewegliche Umlenkvorrichtung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Strahlungsenergie der mindestens einen Heizquelle gezielt auf eine bestimmbare Teilfläche der Abdeckung zu lenken, auf der beispielsweise ein Behälter platziert ist, insbesondere bei einem Kochfeld ein Gargutbehälter, so dass ein möglichst hoher Anteil der Strahlungsenergie auf den Behälter übertragbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung steuert die Auswerte und/oder Steuereinheit die Umlenkvorrichtung so an, dass ein von der Umlenkvorrichtung umgelenktes Strahlenbündel grob auf eine bestimmbare Teilfläche der Abdeckung fokussiert ist. Diese Grobfokussierung kann beispielsweise durch einen Gargutbehältererkennungsvorgang und/oder durch eine manuelle Eingabe aktiviert werden. Dadurch erhält die Auswerte- und/oder Steuereinheit die Information, auf welcher Teilfläche der Abdeckung ein Behälter platziert ist. Durch die Grobfokussierung kann in vorteilhafter Weise eine Schnellkochfunktion realisiert werden, in dem beispielsweise die Strahlenbündel von mehreren Heizquellen auf die gleiche Teilfläche der Abdeckung fokussiert werden, so dass mehr Strahlungsenergie auf den Behälter und damit auf das im Behälter befindliche Gut oder Material übertragbar ist.
Erfindungsgemäß steuert die Auswerte- und/oder Steuereinheit einzelne Umlenkelemente einer zugehörigen Umlenkvorrichtung so an, dass ein von einem einzelnen der Umlenkelemente umgelenkter Strahl des Strahlenbündels gezielt auf eine Flächeneinheit innerhalb der grob fokussiertbestrahlten Teilfläche der Abdeckung lenkbar ist, wodurch die Strahlungsenergie der einzelnen Heizquellen innerhalb der Teilfläche fein fokussierbar ist. Die räumliche Auflösung der Beheizung an der Abde ckung, d.h. die Größe der Flächeneinheit innerhalb der Teilfläche, ist von der Größe und Anzahl der Umlenkelemente abhängig.
Durch die Feinfokussierung der Strahlungsenergie ist eine optimale Anpassung an jede beliebige Behältergröße und Behälterform möglich. Zudem ist eine Anpassung an die Behälterqualität möglich, da die einzelnen Umlenkelemente durch die Auswerte- und/oder Steuereinheit so ausgerichtet werden können, dass sie mehr Strahlungsenergie an verschiedene Bereiche oder die realen Auflagepunkte des Behälters lenken können. An diesen ist die Energie nahezu verlustfrei auf den Gargutbehälter übertragbar. Gleichzeitig können einzelne Umlenkelemente so positioniert werden, dass wenig Strahlung an Stellen gelenkt wird, an denen der Abstand des Behälters zur Abdeckung groß ist und damit die Energieübertragung auf den Behälter besonders klein ist.
Es ist auch möglich, durch unterschiedliche Bestrahlung und somit Beheizung verschiedener Stellen an dem Behälter eine gezielte ungleichmäßige Beheizung zu erzeugen. Diese kann dazu dienen, in dem Behälter bei flüssigem Gargut eine eigendynamische Konvektion zu erzeugen, wie sie beispielsweise in der DE 101 04 787 A1 beschrieben ist, auf welche bzgl. der Wirkungsbeschreibung ausdrücklich Bezug genommen wird.
Zudem können die Umlenkelemente in vorteilhafter Weise zur Leistungsregulierung benutzt werden, in dem die Umlenkelemente im Betrieb beispielsweise ständig Ihre Einstellung wechseln und damit die von ihnen auf die Heizeinrichtung umgelenkte Strahlungsenergie auf mehrere Stellen des Wirkungsbereichs der Heizeinrichtung verteilt werden kann. So kann beispielsweise ein Umlenkelement ständig zwischen zwei Positionen hin- und hergeschaltet werden, wobei beide Positionen demselben oder zwei verschiedenen Teilflächen der Abdeckung zugeordnet sind, wobei beispielsweise jede Teilfläche einem Behälter auf der Abde ckung entspricht. Die Leistungsverteilung ist sowohl durch die Anzahl der verschiedenen Positionen als auch durch die Verweildauer bestimmt, für die die Umlenkelemente in einer Position verharren. Als weitere Möglichkeit zur Leistungsregulierung sind bekannte Methoden wie z.B. Taktung der Einschaltdauer der mindestens einen Heizquelle möglich.
In weiterer Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Heizeinrichtung eine Messvorrichtung zur Behältererkennung und/oder zur Ermittlung der Auflagefläche des Behälters auf der Abdeckung. Durch die Messvorrichtung erhält die Auswerte- und/oder Steuereinheit Informationen über einen auf der Abdeckung platzierten Behälter. So ist eine optimierte Grob- und/oder Feinfokussierung der Strahlungsenergie der mindestens einen Heizquelle auf oder an der Abdeckung und dadurch eine optimierte Energieübertragung auf den verwendeten Behälter möglich. Durch eine wiederholte Aktivierung oder durch einen ständigen Betrieb der Messvorrichtung kann beispielsweise während eines Kochvorgangs ständig überprüft werden, ob sich die Auflagefläche oder die Position des Behälters auf der Abdeckung verändert hat. Durch eine entsprechende Nachregulierung der Umlenkvorrichtung und/oder der einzelnen Umlenkelemente bleibt die optimierte Energieübertragung auf den Behälter erhalten.
In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die Messvorrichtung eine Detektoreinheit, die vom Gargutbehälter reflektierte Strahlung detektiert und auswertet. Dabei wird die reflektierte Strahlung von der mindestens einen Heizquelle und/oder von einer zusätzlichen Strahlungsquelle, welche eine Lichtquelle sein kann, ausgesandt. Bei Verwendung der Strahlung der mindestens einen Heizquelle kann die Abdeckung durch eine entsprechende Ansteuerung der Umlenkelemente abgetastet werden. Ein solcher Abtastvorgang kann beispielsweise manuell oder durch eine Sensorik ausgelöst werden, z.B. durch eine Gewichtssensorik, die eine Änderung des Gewichts des Behälters auf der Abdeckung erkennt. Anhand der vom Behälter reflektierten Strahlung ermittelt die Detektoreinheit die Position und die Größe des Behälters und seine Auflagefläche auf der Abdeckung. Wird der Betrieb der Detektoreinheit mit der Strahlungs- bzw. Lichtquelle synchronisiert, dann ist ein gepulster energiesparender Abtastvorgang möglich.
Anhand der Informationen von der Detektoreinheit bestimmt die Auswerte- und/oder Steuereinheit die Teilfläche so, dass sie im wesentlichen der Auflagefläche des auf der Abdeckung platzierten Behälters entspricht.
In weiterer Ausgestaltung kann die Strahlung der mindestens einen Heizquelle und/oder der zusätzlichen Strahlungs- oder Lichtquelle zur Anzeige von Informationen auf der Abdeckung, insbesondere einer Kochfeldoberfläche, verwendet werden. Vorzugsweise wird zur Anzeige Strahlung von weniger leistungsstarken Heizquellen oder von getakteten Heizquellen oder eine durch geeignete Ansteuerung der Umlenkelemente leistungsreduzierte Strahlung verwendet. Die Anzeige umfasst beispielsweise eine temperaturabhängige Restwärmeanzeige, eine dem Behälter zugeordnete Leistungsstufe und/oder eine Anzeige des Betriebszustandes. Durch Kombination mit einer geeigneten Sensorik, die den Zustand des zu erhitzenden Gutes oder Stoffs erkennt, ist beispielsweise eine Anzeige „Wasser kocht" auf der Kochfeldoberfläche möglich. Die Intensität der Leuchtstärke der Anzeige kann beispielsweise bei einer Restwärmeanzeige mit der Temperatur korreliert werden. Zur Anzeige werden die Umlenkvorrichtung und/oder die einzelnen Umlenkelemente von der Auswerte- und/oder Steuereinheit entsprechend angesteuert. Um die Lesbarkeit der Anzeige zu verbessern, kann die Abdeckung partiell derart ausgebildet sein, dass sie für das Ablesen durch den Anwender optimiert ist, z.B. durch eine Strukturierung der Ober- und/oder Unterseite der Abdeckung, eine Einfärbung der Abdeckung und/oder andere gleichwirkende Maßnahmen.
Eine Heizquelle ist beispielsweise als Quarzlampe, als Halogenlampe, als Keramikheizelement oder als Metallheizleiter ausgeführt. Es können auch verschiedene Heiz- oder Strahlungsquellen miteinander kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die mindestens eine Heizquelle im Brennpunkt einer Reflektoreinheit angeordnet. Die der jeweiligen Heizquelle zugeordnete Umlenkvorrichtung kann mit einem Abstand im weiteren Verlauf der optischen Achse der Reflektoreinheit angeordnet sein.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von 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 sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine erste Prinzipdarstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Kochfeldes mit Strahlungsheizsystem,
2 eine zweite Prinzipdarstellung eines Kochfeldes mit Strahlungsheizsystem,
3 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kochfeldes mit Strahlungsheizsystem und
4 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kochfeldes mit Strahlungsheizsystem.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das Kochfeld 1 als Heizeinrichtung mindestens eine Heizquelle 2, die eine Heizstrahlung 6 erzeugt, die von mindestens einer Umlenkvorrichtung 3 als Strahlenbündel 7 auf eine Kochfeldoberfläche 4 umgelenkt wird. Auf der Kochfeldoberfläche 4 wird dann die Strahlungsenergie auf einen auf der Kochfeldoberfläche 4 platzierten Gargutbehälter übertragen. Eine Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 steuert den Betrieb der mindestens einen Heizquelle 2 und die Stellung der Umlenkvorrichtung 3. Die mindestens eine Heizquelle 2 kann beispielsweise als Quarzlampe, Halogenlampe, Keramikheizelement und/oder als Metallheizleiter ausgeführt sein, wobei auch verschiedene Heizquellen kombiniert werden können. Bei der Verwendung von mehreren Heizquellen können diese verschiedene Leistungen haben. In der Prinzipdarstellung aus 1 ist die mindestens eine Heizquelle 2 parallel zur Kochfeldoberfläche 4 und unterhalb der Kochfeldoberfläche 4 angeordnet.
Die Prinzipdarstellung aus 2 zeigt ein Kochfeld 1 mit mehreren Heizquellen 2.1, 2.2 und mit mehreren Umlenkvorrichtungen 3.1, 3.2, wobei die Heizquellen 2.1, 2.2 senkrecht zur Kochfeldoberfläche 4 angeordnet sind und die Heizquelle 2.1 der Umlenkvorrichtung 3.1 und die Heizquelle 2.2 der Umlenkvorrichtung 3.2 zugeordnet ist, d.h. die Umlenkvorrichtung 2.1 leitet die von der Heizquelle 2.1 erzeugte Strahlung 6 als Strahlenbündel 7 auf die Kochfeldoberfläche 4 um und die Umlenkvorrichtung 2.2 leitet die von der Heizquelle 2.2 erzeugte Strahlung 6 als Strahlenbündel 7 auf die Kochfeldoberfläche 4 um. Die Position an der die jeweiligen Strahlenbündel 7 auf der Kochfeldoberfläche 4 auftreffen wird durch die Stellung der Umlenkvorrichtungen 3.1 und 3.2 bestimmt, wobei die Stellung der Umlenkvorrichtungen 3.1, 3.2 von der Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 gesteuert wird.
Die Anordnung der Heizquelle in direkter Linie unter der Kochfeldoberfläche 4, siehe 1, oder seitlich versetzt zur Kochfeldoberfläche 4, siehe 2, ist beispielhaft und kann auch kombiniert werden. Das bedeutet, eine erste Heizquelle kann beispielsweise in direkter Linie unter der Kochfeldoberfläche und eine zweite Heizquelle kann beispielsweise seitlich versetzt zur Kochfeldoberfläche 4 angeordnet sein.
3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kochfeldes 1, bei der die mindestens eine Heizquelle 2 jeweils auf der optischen Achse 11 im Brennpunkt einer zugehörigen Reflektoreinheit 8 angeordnet ist. Eine zugehörige Umlenkvorrichtung 3 ist mit einem vorgebbaren Abstand im weiteren Verlauf der optischen Achse 11 der Reflektoreinheit 8 angeordnet. Die dargestellte Umlenkvorrichtung 8 umfasst einen Träger mit einer Mehrzahl von voneinander unabhängig bewegbaren Umlenkelementen 10, die als Reflektoren ausgebildet sind. Die Bewegung der gesamten Umlenkvorrichtung 3 und/oder der einzelnen Umlenkelemente 10 ist von der Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 steuerbar.
Durch die entsprechende Einstellung der bewegbaren Umlenkvorrichtung 3 ist eine Grobfokussierung des zugehörigen Strahlenbündels 7 auf eine bestimmbare Teilfläche 4.1 der Kochfeldoberfläche 4 möglich. Diese Grobfokussierung kann beispielsweise durch einen Gargutbehältererkennungsvorgang und/oder durch eine manuelle Eingabe aktiviert werden. Dadurch erhält die Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 die In formation, auf welcher Teilfläche 4.1 der Kochfeldoberfläche ein Gargutbehälter platziert ist. Durch die Grobfokussierung kann das Strahlenbündel 7 auf beliebige Teilflächen auf der Kochfeldoberfläche 4 umgelenkt werden, so dass der Gargutbehälter innerhalb der Kochfeldoberfläche 4 beliebig platziert werden kann.
Bei einer „einfacheren" Ausführung des erfindungsgemäßen Kochfeldes 1 sind auf der Kochfeldoberfläche 4 feste Abstellplätze für die Gargutbehälter vorgesehen, beispielsweise können wie bei einem handelsüblichen Glaskeramikkochfeld eine oder mehrere Mehrzonenheizflächen und eine Bräterzone vorgesehen sein. In diesem Fall können die möglichen Stellungen der Umlenkvorrichtung 3 durch in der Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 gespeicherte Fixpositionen vorgegeben sein. Durch die Grobfokussierung kann zudem eine Schnellkochfunktion realisiert werden, indem beispielsweise die Strahlenbündel 7 von mehreren Umlenkvorrichtungen 3 auf die gleiche Teilfläche 4.1 der Kochfeldoberfläche 4 fokussiert werden. So ist die Strahlung 6 und somit auch die Energie von mehreren Heizquellen 2 auf einen Gargutbehälter übertragbar. Dadurch werden der Gargutbehälter und damit auch das im Gargutbehälter befindliche Gargut schneller erhitzt.
Die beweglichen Umlenkelemente 10 der mindestens einen Umlenkvorrichtung 3 können jeweils als kleine ebene Spiegel ausgeführt sein. Sie können aber auch als digitale Mikrospiegeleinheit (Digital Micromirror Device DMD) gestaltet sein. In beiden Fällen ist die grundlegende Eigenschaft, dass jedes Umlenkelement 10 unabhängig von den anderen angesteuert und bewegt werden kann. Damit ist zusätzlich zu der beschriebenen Grobfokussierung eine Feinfokussierung innerhalb der bestimmbaren Teilfläche 4.1 möglich. Zur Feinfokussierung steuert die Einheit 5 die einzelnen Umlenkelemente 10 der jeweiligen Umlenkvorrichtung 3 so an, dass ein von einem einzelnen der Umlenkelemente 10 umgelenkter Strahl des Strahlenbündels 7 gezielt auf eine Flächenein heit innerhalb der grob fokussierten Teilfläche 4.1 der Kochfeldoberfläche 4 gelenkt wird. Die räumliche Auflösung der Beheizung an der Kochfeldoberfläche 4 wird durch die Größe und Anzahl der Umlenkelemente 10 bestimmt.
Durch die Feinfokussierung der Strahlungsenergie ist eine optimale Anpassung an jede beliebige Gargutbehältergröße und Gargutbehälterform möglich. Zudem ist eine Anpassung an die Gargutbehälterqualität möglich, da die einzelnen Umlenkelemente 10 durch die Einheit 5 so ausgerichtet werden können, dass sie mehr Strahlungsenergie an die wirklichen Auflagepunkte des Gargutbehälters lenken können. An diesen ist die Energie nahezu verlustfrei auf den Gargutbehälter übertragbar. Gleichzeitig können einzelne Umlenkelemente 10 so positioniert werden, dass wenig Strahlung an Stellen gelenkt wird, an denen der Abstand des Gargutbehälters zur Kochfeldoberfläche 4 groß ist und damit die Energieübertragung auf den Gargutbehälter besonders klein ist.
Die Bewegung der einzelnen Umlenkelemente kann ein „Umklappen" zwischen 2 oder mehreren Raststufen sein oder kontinuierlich erfolgen. Die Bewegung kann beispielsweise durch piezoelektrische oder elektromagnetische Stellelemente gesteuert werden, die von der Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 angesteuert werden. Das Prinzip ist beispielsweise in der DE 195 30 008 A1 genauer beschrieben, auf die diesbezüglich ausdrücklich Bezug genommen wird. Die Umlenkelemente 10 sind vorzugsweise aus einem Material mit einem möglichst großen Reflexonskoeffizienten hergestellt, beispielsweise aus oberflächenbehandeltem Aluminium. Damit kann eine Gesamtreflexion von mehr als 95% nach DIN5036 erreicht werden.
Im Ausführungsbeispiel aus 3 ist eine Messvorrichtung zur Gargutbehältererkennung und/oder zur Ermittlung der Auflagefläche des Gargutbehälters auf der Kochfeldoberfläche realisiert, welche die mindes tens eine Heizquelle 2, eine Detektoreinheit 9 und die Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 umfasst. Die Detektoreinheit 9 ist vorzugsweise in einem Bereich angeordnet, der nicht von Umlenkelementen 10 abgedeckt ist. Sie detektiert die vom Gargutbehälter reflektierte Strahlung und wertet diese aus, wobei für den Messvorgang die von der mindestens einen Heizquelle 2 erzeugte Strahlung verwendet wird.
Bei einem Messvorgang wird die gesamte Kochfeldoberfläche 4 durch die Strahlung von der mindestens einen Heizquelle 2 abgetastet, wobei zur Abtastung die einzelnen Umlenkelemente 10 von der Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 entsprechend eingestellt werden. Ein solcher Abtastvorgang kann beispielsweise manuell oder durch eine Sensorik ausgelöst werden. Dies kann z.B. eine Gewichtssensorik sein, die eine Änderung des Gewichts der Kochfeldoberfläche 4 erkennt. Anhand der vom Gargutbehälter reflektierten und von der Detektoreinheit detektierten Strahlung ermittelt die Detektoreinheit 9 oder die Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 die Position und die Größe des Gargutbehälters und seine Auflagefläche auf der Kochfeldoberfläche 4. Durch eine entsprechende Ansteuerung der mindestens einen Heizquelle 2 und der Detektoreinheit 9 kann die Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 gepulste Abtastvorgänge realisieren. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die Strahlung zur Abtastung der Kochfeldoberfläche 4 von einer nicht dargestellten zusätzlichen Strahlungsquelle erzeugt werden.
Durch den Messvorgang erhält die Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 Informationen über einen auf der Kochfeldoberfläche 4 platzierten Gargutbehälter, so dass eine optimierte Grob- und/oder Feinfokussierung der Strahlungsenergie der mindestens einen Heizquelle 2 auf der Kochfeldoberfläche 4 und dadurch eine optimierte Energieübertragung auf den verwendeten Gargutbehälter möglich ist. So kann die Auswerte- und/oder Steuereinheit beispielsweise die Teilfläche 4.1 auf der Kochfeldoberfläche so bestimmen, dass sie im wesentlichen der Auflageflä che des auf der Kochfeldoberfläche 4 platzierten Gargutbehälters entspricht. Durch eine wiederholte Aktivierung oder durch einen ständigen Betrieb der Messvorrichtung kann während einem Kochvorgang ständig überprüft werden, ob sich die Auflagefläche oder die Position des Gargutbehälters auf der Kochfeldoberfläche 4.1 verändert hat. Durch eine entsprechende Nachregulierung der Umlenkvorrichtung 3 und/oder der einzelnen Umlenkelemente 10 bleibt die optimierte Energieübertragung auf den Gargutbehälter erhalten.
Zudem können die Umlenkvorrichtung 3 und/oder die Umlenkelemente 10 zur Leistungsregulierung benutzt werden, indem die Umlenkelemente 10 im Betrieb beispielsweise ständig Ihre Einstellung wechseln. Damit kann die von ihnen auf die Kochfeldoberfläche 4 umgelenkte Strahlungsenergie auf mehrere Stellen auf der Kochfeldoberfläche 4 verteilt werden. So kann beispielsweise ein Umlenkelement 10 ständig zwischen zwei Positionen hin- und hergeschaltet werden, wobei beide Positionen demselben oder zwei verschiedenen Teilflächen der Kochfeldoberflache 10 zugeordnet sind. Die Leistungsverteilung ist sowohl durch die Anzahl der verschiedenen Positionen als auch durch die Verweildauer bestimmt, für die die Umlenkelemente 10 in einer Position verharren. Als weitere Möglichkeit zur Leistungsregulierung sind bekannte Methoden wie z.B. Taktung der Einschaltdauer der mindestens einen Heizquelle 2 möglich.
Im Ausführungsbeispiel aus 3 wird die mindestens eine Heizquelle 2 zur Energieübertragung auf einen auf der Kochfeldoberfläche 4 platzierten Gargutbehälter von der Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 getaktet betrieben, so dass die Strahlung 6 der mindestens einen Heizquelle 2 auch zu Anzeigezwecken benutzt werden kann. Zur Anzeige von Informationen auf der Kochfeldoberfläche 4 steuert die Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 die einzelnen Umlenkelemente 10 der Umlenkeinheiten entsprechend an. Die Taktfrequenz zur Umschaltung der Umlenkele mente 10 wird so gewählt, dass für das menschliche Auge eine gleichbleibende Anzeige auf der Kochfeldoberfläche 4 entsteht. Zusätzlich wird durch eine geeignete Ansteuerung der Umlenkelemente 10 die Strahlungsleistung reduziert.
Die Anzeige umfasst beispielsweise eine temperaturabhängige Restwärmeanzeige, eine dem Gargutbehälter zugeordnete Leistungsstufe und/oder eine Anzeige des Betriebszustandes. Durch Kombination mit einer geeigneten nicht dargestellten Sensorik, die den Zustand des Gargutes erkennt, ist beispielsweise eine Anzeige „Wasser kocht" auf der Kochfeldoberfläche 4 möglich. Die Intensität der Leuchtstärke der Anzeige kann beispielsweise bei einer Restwärmeanzeige mit der Temperatur korreliert werden. Zur Anzeige können zudem zusätzliche Lichtquellen verwendet werden, die von der Auswerte- und/oder Steuereinheit 5 angesteuert werden.
4 zeigt eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Kochfeldes 1 mit einer Mehrzahl von Heizquellen 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 und Umlenkvorrichtungen 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, die beispielsweise jeweils wie die mindestens einen Heizquelle 2 und die mindestens einen Umlenkvorrichtung 3 aus 3 ausgeführt sind. Wie aus 4 ersichtlich ist, ist in jeder Seitenwand des Kochfeldes 1 je eine der Heizquellen 2.1 bis 2.4 angeordnet. Jeder Heizquelle 2.1 bis 2.4 ist in einer Bodenplatte des Kochfeldes 1 eine Umlenkvorrichtung 3.1 bis 3.4 zugeordnet. Eine Detektoreinheit 9 ist in der Mitte der Bodenplatte angeordnet, so dass sie nicht von den Umlenkvorrichtungen 3.1 bis 3.4 verdeckt wird.
Durch die erfindungsgemäße Heizeinrichtung, insbesondere jedoch nicht ausschließlich als Kochfeld; kann die von mindestens einer Heizquelle erzeugte Strahlungsenergie mit mindestens einer beweglichen Umlenkvorrichtung mit einer Mehrzahl von einzelnen Umlenkelementen so auf eine Abdeckung umgelenkt werden. So entsteht eine Heizeinrich tung mit einem Strahlungsheizsystem, das besser an die verschiedenen Anforderungen im Heizbetrieb wie Leistungsregelung, Schnellheizstufe, variable Platzierung eines Behälters mit zu erhitzendem Inhalt, usw. angepasst werden kann. Durch vorteilhafte Weiterbildungen kann mit einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung auch eine Erkennung eines Behälters und eine Erkennung der Form und Größe der Auflagefläche des Behälters durchgeführt werden und Hinweise oder Meldungen an beliebiger Stelle auf einer Abdeckung mit variabler Leuchtstärke eingeblendet werden.

Claims

Heizeinrichtung mit einer Abdeckung und mit einem Strahlungsheizsystem mit mindestens einer Heizquelle (2, 2.1–2.4) zur Erzeugung von Strahlung mit Strahlungsenergie, die zu einem auf oder an der Abdeckung (4) platzierten Behälter mit Inhalt übertragbar ist, mit mindestens einer Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4), die von einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit (5) ansteuerbar ist zur Umlenkung der Strahlung (6) von der mindestens einen Heizquelle (2, 2.1–2.4) auf die Abdeckung (4), wobei eine Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4) mindestens ein bewegbares Umlenkelement (10) aufweist, dessen Bewegung von der Steuer- und/oder Auswerteeinheit (5) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung einer Heizquelle (2, 2.1–2.4) durch eine gesteuerte Bewegung einer zugeordneten Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4) als Strahlenbündel veränderbar ist, wobei sie auf eine oder mehrere bestimmbare Teilflächen (4.1) der Abdeckung (4) grob fokussierbar ist, wobei die Strahlung einer Heizquelle (2, 2.1–2.4) durch eine gesteuerte Bewegung mehrerer einzelner Umlenkelemente (10) der zugeordneten Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4) innerhalb der grob fokussiertbestrahlten Teilfläche (4.1) der Abdeckung (4) auf eine Flächeneinheit fein fokussierbar ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4) eine Mehrzahl von einzeln bewegbaren Umlenkelementen (10) umfasst, deren Bewegung einzeln oder in Gruppen von der Steuer- und/oder Auswerteeinheit (5) ansteuerbar ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Heizquelle (2, 2.1–2.4) mindestens eine Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4) zugeordnet ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung von mehreren Heizquellen (2, 2.1–2.4) durch die gesteuerte Bewegung der Umlenkvorrichtungen (3, 3.1–3.4) und/oder einzelner Umlenkelemente (10) auf eine gemeinsame Teilfläche (4.1) der Abdeckung (4) fokussierbar ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Messvorrichtung zur Behältererkennung und/oder zur Ermittlung der Auflagefläche des Behälters auf der Abdeckung (4).
Heizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung zur Erkennung und/oder zur Ermittlung der Auflagefläche des Behälters, insbesondere eines Gargutbehälters, auf der Abdeckung (4) eine Detektoreinheit (9) umfasst, die vom Behälter reflektierte Strahlung detektiert, wobei die reflektierte Strahlung von der mindestens einen Heizquelle (2) und/oder von einer zusätzlichen Lichtquelle ausgesandt wird.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfläche (4.1) so bestimmbar ist, dass sie im wesentlichen der Auflagefläche des auf der Abdeckung (4) platzierten Behälters entspricht.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der mindestens einen Heizquelle (2, 2.1–2.4) und/oder von einer zusätzlichen Lichtquelle ausgesandte Strahlung durch eine entsprechende Ansteuerung einzelner Umlenkelemente (10) zur Anzeige von Informationen auf der Abdeckung (4) verwendet wird.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizquelle (2, 2.1–2.4) als Quarzlampe, als Halogenlampe, als Keramikheizelement oder als Metallheizleiter ausgeführt ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Reflektoreinheit (8), in deren Brennpunkt jeweils eine Heizquelle (2) angeordnet ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die der jeweiligen Heizquelle (2) zugeordnete Umlenkvorrichtung (3) mit einem Abstand im weiteren Verlauf der optischen Achse (11) der Reflektoreinheit (8) angeordnet ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung ein Kochfeld (1) ist, insbesondere aus licht- und/oder strahlungsdurchlässigem Material, vorzugsweise aus Glaskeramik, wobei insbesondere die Abdeckung eine Kochfeldoberfläche (4) ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine unterschiedliche Bestrahlung und somit Beheizung verschiedener Stellen an der Abdeckung (4) oder an dem daraufstehenden Behälter zur gezielten ungleichmäßigen Beheizung zur Erzeugung einer eigendynamischen Konvektion.
Verfahren zu Ansteuerung einer Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeordnete Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4) so bewegt wird, dass die Strahlung der Heizquelle (2, 2.1–2.4) als Strahlenbündel verändert wird und auf eine oder mehrere bestimmbare Teilflächen (4.1) der Abdeckung (4) grob fokussiert wird, wobei mehrere einzelne Umlenkelemente (10) der Umlenkvorrichtung (3, 3.1–3.4) so bewegt werden, dass die Strahlung innerhalb der grob fokussiertbestrahlten Teilfläche (4.1) der Abdeckung (4) auf eine Flächeneinheit fein fokussiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung von mehreren Heizquellen (2, 2.1–2.4) durch die gesteuerte Bewegung der Umlenkvorrichtungen (3, 3.1–3.4) und/oder einzelner Umlenkelemente (10) auf eine gemeinsame Teilfläche (4.1) der Abdeckung (4) fokussiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Messvorrichtung ein Behälter erkannt wird und/oder die Auflagefläche des Behälters auf der Abdeckung (4) ermittelt wird, wobei vorzugsweise die Auflagefläche des Behälters auf der Abdeckung (4) erfasst wird und mittels einer Detektoreinheit die vom Behälter reflektierte Strahlung detektiert wird, wobei die reflektierte Strahlung von der mindestens einen Heizquelle (2) und/oder von einer zusätzlichen Lichtquelle ausgesandt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfläche (4.1) so bestimmt wird, dass sie im wesentlichen der Auflagefläche des auf der Abdeckung (4) platzierten Behälters entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit der von der mindestens einen Heizquelle (2, 2.1–2.4) und/oder von einer zusätzlichen Lichtquelle ausgesandten Strahlung durch eine entsprechende Ansteuerung einzelner Umlenkelemente (10) Informationen auf der Abdeckung (4) angezeigt werden.