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Die Erfindung geht aus von einem Kochfeld mit einem bewegbaren Heizelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zum Betreiben eines Kochfelds nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
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Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Kochfelder mit einer Kochfläche mit mehreren Heizzonen mit unterschiedlichem Heizzonenmittelpunkt zum Aufstellen von Kochgeschirr bekannt. Aus der
EP 0 556 251 B1 ist ein Kochfeld mit unter einer Kochfläche angeordneten, bewegbaren Heizelementen und mit einem Aktuator zum Bewegen des wenigstens einen bewegbaren Heizelements bekannt. Die Bewegung der Heizelemente dient zum Homogenisieren einer Wärmeverteilung in einer Heizzone und der Aktuator kann die Heizelemente nur jeweils unter einer Heizzone hin und her bewegen. Die Bewegung ist immer gleich und unabhängig von einem Betriebszustand des Kochfelds.
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Ein Kochfeld nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
JP 2006-302513 A bekannt. Weitere verwandte Kochfelder mit bewegbaren Heizelementen sind aus den Dokumenten
JP 2006-230516 A ,
DE 199 07 596 A1 ,
DE 22 42 823 A ,
DE 691 06 145 T2 und
JP 2003-297 539 bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein gattungsgemäßes Kochfeld und ein Verfahren zum Betätigen eines solchen Kochfelds mit besonders flexiblen Einsatzmöglichkeiten des bewegbaren Heizelements bereitzustellen, welches insbesondere auch solche Heizzonen homogen beheizen kann, deren Durchmesser größer als derjenige des Heizelements ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 15 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Die Erfindung geht aus von einem Kochfeld nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Kochfeld eine Steuereinheit zum Betätigen des Aktuators abhängig von wenigstens einer Betriebskenngröße umfasst. Dadurch kann ein variabler Einsatz des beweglichen Heizelements ermöglicht werden und die Flexibilität des Kochfelds kann gesteigert werden.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass der Aktuator dazu ausgelegt ist, das bewegbare Heizelement in einem ersten Betriebszustand in eine erste Heizzone zu bewegen und das bewegbare Heizelement in einem zweiten Betriebszustand in eine zweite Heizzone zu bewegen. Dadurch kann ein bewegbares Heizelement zum Beheizen mehrerer Heizzonen verwendet werden und dem Benutzer kann eine besonders große Auswahl an möglichen verschiedenen Heizzonen zur Verfügung gestellt werden.
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In gattungsgemäßen Kochfeldern ist die Kochfläche in der Regel als eine Glaskeramikplatte ausgebildet, die in der Betriebskonfiguration horizontal ausgerichtet ist und unterhalb derer sich die Heizelemente befinden. Mit der Angabe, dass sich das Heizelement „in der Heizzone” befindet, soll daher in diesem Zusammenhang insbesondere ein Zustand bezeichnet werden, in dem sich das Heizelement sich unterhalb eines der Heizzone entsprechenden Oberflächenabschnitts der Kochfläche befindet.
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Ein der Heizzone entsprechender Abschnitt der Oberfläche der Kochfläche kann in kann in Ausführungsbeispielen der Erfindung durch eine graphische Markierung auf der Kochfläche bzw. auf der Unterseite einer transparenten Kochfläche definiert sein und kann in anderen Ausführungsbeispielen dadurch definiert sein, dass in einem gegebenen Betriebszustand eine auf das Kochgeschirr übertragene Heizleistung bezogen auf eine Flächeneinheit einen bestimmten Schwellenwert übertrifft.
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In der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Kochfeld eine Sensoranordnung zum Erkennen einer Position und/oder Größe von auf der Kochfläche aufgestelltem Kochgeschirr umfasst. Die Sensoranordnung kann beispielsweise als Infrarotsensor ausgebildet sein, wobei jedoch auch andere Ausgestaltungen denkbar wären.
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Da das Kochfeld eine Steuereinheit zum Betätigen des Aktuators aufweist, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, die Bewegung des wenigstens einen bewegbaren Heizelements abhängig von Sensorsignalen der Sensoranordnung zu steuern, kann die Bewegung in einer vorteilhaften Weise an die Position und/oder Größe des erkannten Kochgeschirrs angepasst werden.
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Wegen der hohen Heizleistungen und der schnellen Ansprechzeiten, die mit solchen Heizelementen erreichbar sind, kommen die Vorteile der Erfindung besonders zum Tragen, da das zumindest eine bewegbare Heizelement erfindungsgemäß als induktives Heizelement ausgebildet ist. Prinzipiell wären auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen das Heizelement als Strahlungsheizkörper ausgebildet ist. Ein enger Kontakt des Heizelements mit der Kochfläche während einer Heizphase kann sichergestellt werden, wenn das Kochfeld ein Mittel zum Anpressen des Heizelements an die Unterseite der Kochfläche aufweist. Insbesondere dann, wenn das Heizelement ein Induktionsheizkörper ist, kann dann auch eine gute und vollständige Übertragung der Heizleistung sichergestellt werden.
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Das induktive Heizelement kann gleichzeitig auch als Sensor verwendet werden und weitere Sensoren können ggf. entfallen, wenn die Sensoranordnung zum automatischen Erkennen einer Position und/oder Größe von auf der Kochfläche aufgestelltem Kochgeschirr zumindest eine Kenngröße einer Impedanz des bewegbaren induktiven Heizelements in zumindest zwei Positionen vergleicht.
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Dabei kann die Kenngröße ein Verlustwinkel, eine Induktivität oder ein Widerstand sein. Auch Kombinationen aus diesen Größen können natürlich genutzt werden.
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Wenn die Sensoranordnung einen Infrarotsensor aufweist, kann eine sichere Detektion des Kochgeschirrs auch bei inaktiven induktiven Heizelementen ermöglicht werden und eine permanente Überwachung der Kochfläche wird ermöglicht.
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Nach einer konstruktiv besonders einfachen und robusten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Aktuator einen Elektromotor.
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Eie besonders große Vielfalt von Formen und Größen der Heizzonen kann ermöglicht werden ohne einen Benutzer zu verwirren, dass die Kochfläche Markierungen zum Visualisieren der verschiedenen Heizzonen aufweist. Die Markierungen können permanent sichtbar sein und/oder die Heizzonen abhängig von einem ausgewählten Betriebsmodus selektiv visualisieren. Im letzteren Fall könnten die Markierungen beispielsweise Leuchtringe oder Leuchtdioden aufweisen, die abhängig von dem Betriebsmodus ein- oder ausgeschaltet werden können.
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Durch eine eine Steuereinheit zum Betätigen des Aktuators, die dazu vorgesehen ist, abhängig von der erkannten Größe des Kochgeschirrs eine Heizzone zum Heizen des Kochgeschirrs zu definieren, kann die Heizzone durch eine geeignete Verschiebung des bewegbaren Heizelements in ihrer Position und/oder Größe an die Position und/oder Größe des Kochgeschirrs angepasst werden. Unter „vorgesehen” soll in diese Zusammenhang auch „ausgelegt” und „ausgestattet” verstanden werden.
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Wenn ferner die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, eine Anzahl von Heizelementen zum Beheizen der definierten Heizzone zu bestimmen, können die Heizleistung und eine Gesamtfläche in einem noch größeren Maße variiert werden.
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Dabei kann die Heizleistung einer Heizzone im Vergleich zum Betrieb der Heizzone mit nur einem Heizelement vervielfacht werden, wenn die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, eine Anzahl von Heizelementen zum Beheizen der definierten Heizzone abhängig von einer von einem Benutzer angeforderten Heizleistung zu bestimmen.
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Alternativ oder ergänzend dazu wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand das bewegbare Heizelement anwechselnd in zumindest zwei räumlich getrennte Heizzonen zum Beheizen von zwei Kochgeschirrteilen zu verfahren. Dadurch kann ein Heizelement zum simultanen Beheizen zweier Heizzonen benutzt werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn keine der beiden Heizzonen die volle Heizleistung des Heizelements benötigt. Aufgrund des schnellen Ansprechverhaltens von Induktionsheizkörpern ist diese Ausgestaltung der Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit solchen Induktionsheizkörpern einsetzbar. Die Frequenz, mit der das Heizelement zwischen den beiden Heizzonen verfahren wird, kann abhängig von der Geschwindigkeit bestimmt werden, mit welcher der Aktuator das Heizelement verfährt. Beispielsweise kann die der Frequenz zugeordnete Periode 1 sec bis 100 sec betragen.
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Wenn das Kochfeld ferner eine Eingabeeinheit zum Eingeben einer Eingabekenngröße für eine Heizleistung hat, wobei die Heizzone mit dieser Heizleistung beheizt werden soll und wobei die Steuereinheit die Heizleistungen der bestimmten Anzahl von Heizelementen der betreffenden Heizzone abhängig von einer einzigen Eingabekenngröße bestimmt, kann die Heizleistung besonders flexibel an den Bedarf angepasst werden. Der Bediener muss sich nicht um die Angleichung der Heizleistung der individuellen Heizelemente kümmern.
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Durch eine Steuereinheit zum Betätigen des Aktuators die zumindest ein Heizelement zum Erzeugen der gewünschten Heizleistung abhängig von dem Ausgangssignal der Sensoranordnung auswählt, kann in einer vorteilhaften Weise stets dasjenige Heizelement ausgewählt werden, das in anderen Heizzonen am wenigsten benötigt wird. Die feste Zuordnung zwischen Heizzonen und Heizelementen kann aufgehoben werden und dadurch kann die Flexibilität gesteigert werden.
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Wenn die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, das Heizelement abhängig von der Größe des detektierten Kochgeschirrs auszuwählen, kann eine gleichmäßige Heizleistung auf der Grundfläche des Kochgeschirrs gewährleistet werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Sensoranordnung dazu vorgesehen ist, zum Erkennen der Größe und/oder Position des Kochgeschirrs auf der Kochfläche einen Rand des Kochgeschirrs zu detektieren. Am Rand ändern sich die optischen und die magnetischen Eigenschaften besonders abrupt, so dass eine besonders präzise Erkennung ermöglicht wird. Wenn die Lage des Rands bekannt ist, kann eine besonders gut in der Größe und Form an den Bedarf angepasste Heizzone bestimmt werden.
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Durch eine Steuereinheit zum Betätigen des Aktuators, die dazu vorgesehen ist, wenigstens eines der einer Heizzone zugeordneten bewegbaren Heizelemente so zu bewegen, dass eine der Kochfläche zugewandte Fläche des Heizelements die Heizzone überstreicht, kann eine mittlere Heizleistung über eine Fläche der Heizzone weiter homogenisiert werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, das Heizelement auf einer periodischen Bahn zu bewegen. Dabei kann eine gleichmäßige Wärmeerzeugung mechanisch besonders einfach und robust realisiert werden, wenn die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, das Heizelement auf einer Kreisbahn zu bewegen.
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Hat das Kochfeld zumindest ein weiteres Heizelement, wobei der die der Aktuator dazu ausgelegt ist, das bewegbare Heizelement einem ersten Betriebszustand in eine erste Heizzone zu bewegen, welche von dem bewegbaren Heizelement alleine beheizbar ist und das bewegbare Heizelement in einem zweiten Betriebszustand in eine zweite Heizzone zu bewegen, die durch das bewegbare Heizelement und das weitere Heizelement gemeinsam beheizbar ist, kann im ersten Betriebeszustand eine kleine Heizzone und im zweiten Betriebszustand eine große Heizzone benutzt werden, wobei beide zumindest teilweise von dem gleichen bewegbaren Heizelement beheizt werden.
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Die Position der großen, von beiden Heizelementen gemeinsam beheizten zweiten Heizzone kann weitestgehend frei gewählt werden, wenn das weitere Heizelement ebenfalls bewegbar ist und in dem zweiten Betriebszustand von einer Aktuatoreinheit unter die zweite Heizzone bewegt wird.
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Durch zumindest vier bewegbare Heizelemente, die dazu ausgelegt sind, in einem ersten Betriebszustand kleinere Heizzonen zu beheizen und in einem zweiten Betriebszustand gemeinsam eine große Heizzone zu beheizen, kann eine besonders leistungsstarke und große, von vier Heizelementen beheizte Heizzone erreicht werden.
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Ein geregelter Betrieb wird durch einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Kochfläche im Bereich einer Heizzone ermöglicht, wobei der Temperatursensor in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung zusammen mit dem Heizelement bewegbar ist. Durch den bewegbaren Temperatursensor kann sichergestellt werden, dass dieser stets die Temperatur in einem Zentralbereich der Heizzone misst.
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Dabei kann ein Verkratzen der Kochfläche durch ein Mittel Abheben des Temperatursensors von einer Unterseite der Kochfläche während einer Bewegung des Heizelements verhindert werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Kochfeld ein Mittel zum Auswählen einer Heizzone und ein Mittel zum Einstellen einer Heizleistung der ausgewählten Heizzone hat, wobei eine Steuereinheit zum Betätigen des Aktuators dazu ausgelegt ist, das bewegbare Heizelement automatisch in die ausgewählte Heizzone zu bewegen, wenn die eingestellte Heizleistung der ausgewählten Heizzone größer als Null ist und wenn sich das bewegbare Heizelement außerhalb der ausgewählten Heizzone befindet. Dadurch kann die Zuordnung der Heizelemente zu den Heizzonen weitgehend ohne expliziten Eingriff eines Benutzers erfolgen.
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Ein verschleißfreier und geräuscharmer Bewegungsmechanismus kann durch einen magnetischen Aktuator zum Bewegen des bewegbaren Heizelements ermöglicht werden.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kochfelds mit einer Kochfläche mit mehreren Heizzonen mit unterschiedlichem Heizzonenmittelpunkt zum Aufstellen von Kochgeschirr mit zumindest einem unter der Kochfläche angeordneten, bewegbaren Heizelement.
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Es wird vorgeschlagen, dass das bewegbare Heizelement einem ersten Betriebszustand in eine erste Heizzone bewegt wird und das bewegbare Heizelement in einem zweiten Betriebszustand in eine zweite Heizzone bewegt wird.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 ein Kochfeld mit vier Heizelementen in einer Ausgangskonfiguration mit vier Heizzonen,
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2 das Kochfeld aus 1 in einer Konfiguration mit einer zentralen Heizzone,
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3 das Kochfeld aus den 1 und 2 in einem Betriebszustand mit einer gigantischen Heizzone,
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4 das Kochfeld aus den 1–3 in einer Konfiguration mit einer von zwei Heizelementen beheizten Heizzone,
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5 das Kochfeld aus den 1–4 in einer Konfiguration mit einer großen, von zwei Heizelementen beheizten Heizzone,
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6 eine schematische Darstellung zur Bewegung eines Heizelements in einer Heizzone, die einen größeren Durchmesser hat als das Heizelement,
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7 eine schematische Darstellung zur Bewegung eines Heizelements in einer Heizzone, deren Durchmesser mehr als doppelt so groß ist wie der Durchmesser des Heizelements,
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8 ein Kochfeld mit vier großen Heizzonen und vier Heizelementen, in deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Heizzonen,
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9 eine Schematische Darstellung zu einer Sensorvorrichtung zum Erkennen einer Position und Größe von Kochgeschirr,
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10 ein alternatives Kochfeld mit zwei Heizelementen und mit einer Vielzahl von Heizzonen,
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11 das Kochfeld aus 10 in einem Betriebszustand mit zwei Töpfen,
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12 das Kochfeld aus den 10 und 11 während einer ersten Heizphase eines Betriebszustands, in dem das Heizelement abwechselnd zwei Heizzonen beheizt,
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13 das Kochfeld aus den 10–12 während einer zweiten Heizphase eines Betriebszustands, in dem das Heizelement abwechselnd zwei Heizzonen beheizt,
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14 das Kochfeld aus den 10–13 während einer Heizphase nach 13, in welcher sich das Heizelement innerhalb der zweiten Heizzone bewegt,
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15 ein Kochfeld mit einem beweglichen Heizelement und mit einem beweglichen Temperatursensor und einem Mittel zum Abheben des Temperatursensors von einer Unterseite des Kochfelds und
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16 eine schematische Ansicht einer Eingabeeinheit zum Eingeben einer Eingabekenngröße für eine Heizleistung, mit welcher die definierte Heizzone beheizt werden soll und mit einem Mittel zum Auswählen einer Heizzone.
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1 zeigt ein Kochfeld mit einer Kochfläche 10 mit mehreren Heizzonen 12a–12d mit unterschiedlichem Heizzonenmittelpunkt zum Aufstellen von Kochgeschirr, und mit vier unter der Kochfläche 10 angeordneten, bewegbaren Heizelementen 14a–14d mit jeweils einem Aktuator 16a–16d zum Bewegen des jeweiligen Heizelements 14a–14d. Die Aktuatoren 16a–16d sind nur schematisch dargestellt und können einfache Elektromotoren sein, die einen Bewegungsmechanismus wie Seilzüge, Zahnstangen oder ähnliches antreiben.
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Der Aktuator 16a–16d ist dazu ausgelegt, das jeweilige bewegbare Heizelement 14a–14d einem ersten Betriebszustand in eine erste Heizzone 12a–12d zu bewegen und das bewegbare Heizelement 14a–14d in einem zweiten Betriebszustand in eine zweite Heizzone 12e (2) zu bewegen, um die zweite Heizzone 12e zu beheizen. Dazu reicht der Bewegungsspielraum der Heizelemente 14a–14d im Wesentlichen über das Gesamte Kochfeld, wobei zum Vermeiden einer Überhitzung eines hier nicht dargestellten Gehäuses ein Rand der Kochfläche 10 für das Heizelement 14a–14d unzugänglich bleiben kann.
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Die von dem Aktuatoren 16a–16d erzeugte Bewegung wird von einer Steuereinheit 20 gesteuert oder geregelt. Die Steuereinheit 20 steuert die Bewegung der Heizelemente 14a–14b abhängig von einem Betriebszustand, den sie zumindest teilweise selbsttätig abhängig von detektiertem Kochgeschirr bestimmt.
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Die in 1 dargestellte Konfiguration entspricht einer Ausgangskonfiguration, in welcher die vier Heizelemente 14a-14d sich jeweils im Mittelpunkt von vier gleich großen, gedachten Rechtecken befinden, in die die rechteckige Kochfläche 10 aufgeteilt werden kann. In der Ausgangskonfiguration definieren die Ränder der tellerförmigen Heizelemente 14a–14d die Ränder von vier Heizzonen 12a–12d, deren Durchmesser von 12 cm im Wesentlichen, d. h. bis auf weniger als 2 cm, dem Durchmesser der Heizelemente 14a–14d entspricht.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Heizelemente 14a–14d als Induktionsheizelemente ausgebildet und umfassen starke Induktionsspulen.
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Das Kochfeld umfasst eine weiter unten beschriebene Sensoranordnung 18 mit einem Infrarotsensor (hier nur schematisch dargestellt), durch welchen die Steuereinheit 20 permanent überwacht, ob und an welcher Stelle ein Kochgeschirrelement, beispielsweise ein Topf, auf die Kochfläche 10 aufgestellt wird. Die Steuereinheit 20 bestimmt mit Hilfe der Sensoranordnung 18 die Kontaktfläche des Kochgeschirrelements mit der aus Glaskeramik gefertigten Kochfläche 10 und definiert eine runde Heizzone zum Heizen des erkannten Kochgeschirrs automatisch als den kleinsten möglichen Kreis, in dem die Kontaktfläche enthalten ist.
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Die Steuereinheit bestimmt insbesondere den Durchmesser D und das Zentrum der Heizzone. Der Durchmesser D ist eine von der Steuereinheit 20 abhängig von den Sensorsignalen der Sensoranordnung 18 berechnete Betriebskenngröße.
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In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung kann die Steuereinheit 20 die Heizzone abhängig von den Sensorsignalen der Sensoranordnung 18 in einer anderen Weise, beispielsweise durch eine Auswahl einer geeigneten Form und Größe der Heizzone aus einer abzählbaren Menge von möglichen Formen und Größen der Heizzone, bestimmen.
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Aus dem Folgenden wird ersichtlich werden, dass in alternativen Ausgestaltungen der Erfindung die Steuereinheit 20 die Heizzone auch in Formen definieren kann, die von der Kreisform abweichen. Die Steuereinheit 20 betätigt dann im Betrieb den Aktuator 16a–16d abhängig von den Sensorsignalen der Sensoranordnung 18 und bewegt mit Hilfe des Aktuators 16a–16d das Heizelement 14a–14d in die zuvor definierte Heizzone.
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Nach der Definition der Heizzone bestimmt eine in der Steuereinheit 20 implementierte Steuerungssoftware eine Anzahl von Heizelementen 14a–14d zum Beheizen der definierten Heizzone. 2 zeigt das Kochfeld aus 1 in einer Konfiguration mit einer großen zentralen Heizzone 12e, die von der Steuereinheit 20 aufgrund eines besonders großen, mittig auf die Kochfläche 10 aufgestellten Kochtopfs 22 definiert wurde. Da zum Beheizen der Heizzone vier Heizelemente 14a–14d nötig sind, bewegt die Steuereinheit 20 mittels der Aktuatoren 16a–16d die Heizelemente 14a–14d diagonal in die Heizzone 12e bzw. unter die Heizzone 12e, so dass die Heizleistung aller vier Heizelemente 14a–14d zum Beheizen des Kochtopfs 22 oder der Pfanne zur Verfügung steht.
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Die Aktuatoren 16a–16d sind demnach konstruktiv dazu ausgelegt, die jeweiligen bewegbaren Heizelemente 14a–14d einem ersten Betriebszustand in jeweils eine erste, in 1 dargestellte Heizzone 12a–12d zu bewegen, welche von dem bewegbaren Heizelement 14a–14d alleine beheizbar ist, und das von dem entsprechenden Aktuator 16a–16d bewegte Heizelement 14a–14d in einem zweiten Betriebszustand in eine zweite, zentrale Heizzone 12e (2) mit einem Durchmesser D zu bewegen, die durch alle vier Heizelemente 14a–14d gemeinsam beheizbar ist. Die vier bewegbaren Heizelemente 14a–14d sind dazu ausgelegt, in einem ersten Betriebszustand die vier kleinen Heizzonen 12a–12d zu beheizen und im zweiten Betriebszustand gemeinsam eine große Heizzone 12e zu beheizen.
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Wenn der Durchmesser D der von der Steuereinheit 20 aufgrund der Sensorsignale definierten Heizzone einen in einer Speichereinheit gespeicherten Mindestwert übertrifft, schaltet die Steuereinheit 20 in einen Betriebsmodus, der schematisch in 3 dargestellt ist. Dabei wird das Kochfeld mit einer gigantischen Heizzone 12f betrieben, indem die vier Heizelemente 14a–14d von der Steuereinheit 20 jeweils auf einer Kreisbahn bewegt werden. Die Mittelpunkte der Kreisbahnen sind bezogen auf den Mittelpunkt der gigantischen, kreisförmigen Heizzone mit gleichem Radius und in gleichmäßig über den Umfang in einem Abstand von 90° verteilt. In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung bewegt die Steuereinheit 20 zudem die Mittelpunkte der vier Kreisbahnen langsam um den Mittelpunkt der gigantischen Heizzone, um eine besonders gleichmäßige Wärmeverteilung zu erreichen. In dieser Ausgestaltung der Erfindung können die Heizelemente 14a–14d auf einem karussellartigen Bewegungsmechanismus angeordnet sein und der über einen Gelenkarm mit zwei oder mehr Gelenken bewegt werden.
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4 zeigt das Kochfeld aus den 1–3 in einer Konfiguration mit einer von zwei Heizelementen 14a–14d beheizten Heizzone 12g. Dazu führt die Steuereinheit 20 ausgehend von der in 1 dargestellten Ausgangskonfiguration die beiden in den Figuren links dargestellten Heizelemente 14a, 14b zusammen, so dass sie die zwischen den beiden Ausgangspositionen der beiden Heizelemente 14a, 14b liegende Heizzone 12g zusammen beheizen.
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Wenn eine Größe der kombinierten Heizzone 12g kleiner als ein Schwellenwert ist oder wenn ein länglicher Topf detektiert wurde, bleiben die Heizelemente 14a, 14b während einer Heizphase in den in 4 dargestellten Positionen stehen. Wenn der Durchmesser D der Heizzone 12g bzw. des von der Sensoranordnung 18 detektierten Kochgeschirrs allerdings größer als ein Schwellenwert ist, bewegt die Steuereinheit 20 die der Heizzone 12g zugeordneten bewegbaren Heizelemente 14a, 14b so, dass eine der Kochfläche 10 zugewandte Fläche der Heizelemente 14a, 14b die Heizzone 12g überstreichen und im Mittel eine gleichmäßige Heizleistung erzeugen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, in denen sich die Heizelemente nie oder immer bewegen, sind natürlich denkbar.
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Dabei kann die Steuereinheit 20 entweder eines der Heizelemente 14a in der Mitte der Heizzone 12g festsetzen und das andere Heizelement 14b, wie in 5 dargestellt, in einer Kreisbahn um das feststehende Heizelement 14a herum bewegen oder alternativ beide Heizelemente 14a, 14b auf konzentrischen oder gleichen Kreisbahnen bewegen. Ferner wäre es denkbar, beide Heizelemente 14a, 14b auf lemniskatenförmigen Bahnen zu bewegen, die beispielsweise auch um 90° gegeneinander verdreht sein könnten.
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Auch wenn eine von der Steuereinheit 20 abhängig von den Sensorsignalen definierte Heizzone nur von einem der beweglichen Heizelemente 14a beheizt wird, wird das entsprechende Heizelement 14a in einer in 6 dargestellten Ausgestaltung der Erfindung von der Steuereinheit 20 auf einer periodischen Bahn bewegt. Dazu steuert die Steuereinheit 20 das Heizelement 14a auf einer Kreisbahn, wenn der Durchmesser D der Heizzone zwischen dem Durchmesser des Heizelements 14a vom 12 cm und dem doppelten Durchmesser des Heizelements 14a liegt.
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7 zeigt eine schematische Darstellung zur Bewegung eines Heizelements 14a in einer Heizzone 12i, deren Durchmesser D mehr als doppelt so groß ist wie der Durchmesser des Heizelements 14a. Das Heizelement 14a wird zyklisch auf die in 7 durch Kreise angedeuteten Positionen bewegt, um eine möglichst homogene Heizleistung zu gewährleisten. In den angedeuteten Positionen hält das Heizelement 14a während eines Zeitintervalls inne, das abhängig von einer Ansprechzeit des Induktionssystems ist.
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8 zeigt beispielhaft ein Kochfeld mit vier großen Heizzonen 12a–12d, die jeweils in der anhand der 7 erläuterten Weise von vier Heizelementen 14a–14d beheizt werden, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Heizzonen 12a–12d.
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9 ist eine Schematische Darstellung zu einer alternativen Sensoranordnung 18' zum Erkennen einer Position und Größe von Kochgeschirr 22. Die Sensoranordnung 18' nutzt die Induktionsspulen der Heizelemente 14a–14d als Sensorelemente. Die Sensoranordnung 18' zum automatischen Erkennen einer Position und/oder Größe von auf der Kochfläche 10 aufgestelltem Kochgeschirr 22 vergleicht dazu zumindest eine Kenngröße einer Impedanz des bewegbaren induktiven Heizelements 14a in zumindest zwei Positionen. Dazu erfasst und speichert die Steuereinheit 20 die von der Sensoranordnung 18 gemessenen komplexwertigen Impedanzen und ermittelt die Verlustwinkel, also die Phase der Impedanz, die Induktivität als den Realteil der Impedanz und den Widerstand als den Realteil der Impedanz.
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Wegen der in dem Kochgeschirr 22 angeordneten Induktivitäten und Heizwiderstände ist der Widerstand ungefähr proportional zum Überlapp zwischen dem Boden des Kochgeschirrs 22 und dem Heizelement 14a. Allgemein kann der Radius und der Mittelpunkt des Kochgeschirrbodens aus dem Verlauf der Impedanz während einer bezogen auf den Mittelpunkt des Bodens des Kochgeschirrs radialen Bewegung des Heizelements 14a ermittelt werden. Zum Abtasten des Kochgeschirrs kann die Steuereinheit 20 das Heizelement 14a auch über ein Raster bewegen oder einen anderen geeigneten Suchalgorithmus nutzen.
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Zum Erkennen der Größe und/oder Position des Kochgeschirrs auf der Kochfläche 10 detektiert die Sensoranordnung 18' einen Rand des Kochgeschirrs 22. Die Sensoranordnung 18' kann die Induktoren der Heizelemente 14a–14d alternativ oder ergänzend zu dem oben beschriebenen Infrarotsensor benutzen.
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10 zeigt ein alternatives Kochfeld mit nur zwei Heizelementen 14a, 14b, die eine Vielzahl von Heizzonen 12j–12o mit sechs möglichen Heizzonenmittelpunkten beheizen können. Der Benutzer kann die Heizzone 12j–12o über ein berührungsempfindliches Bedienfeld 24 auswählen oder die Auswahl erfolgt in einem alternativen Ausführungsbeispiel durch das Aufstellen eines Kochtopfs 22a, 22b in die Nähe des entsprechenden Heizzonenmittelpunkts. 10 zeigt eine Ausgangskonfiguration des Kochfelds. Die Kochfläche 10 des Kochfelds weist aufgedruckte Markierungen zum Visualisieren der verschiedenen Heizzonenmittelpunkte auf. Da die Größe und Form der Heizzonen 12j – 12o wie in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen variabel ist, weisen die Bezugszeichen 12j–12o jeweils auf die Heizzonenmittelpunkte.
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11 zeigt das Kochfeld aus 10 in einem Betriebszustand mit zwei Kochtöpfen 22a, 22b, die auf den in der Darstellung rechten oberen und rechten unteren Heizzonenmittelpunkt aufgestellt wurden. Die Kochtöpfe 22a, 22b werden mittels der Sensoranordnung 18 oder wegen der vom Benutzer getroffenen Auswahl am Bedienfeld 24 erkannt und die Steuereinheit 20 startet ein Betriebsprogramm, in dem des rechte, als Induktor ausgebildete Heizelement 14a, 14b die rechte obere Heizzone 12m und die rechte untere Heizzone 12o simultan beheizt. Ausgehend von der in 10 dargestellten Ausgangskonfiguration bewegt die Steuereinheit 20 dazu das rechte der beiden Heizelemente 14a, 14b zu der rechten oberen Heizzone 12m und beheizt zunächst diese Heizzone 12m. 12 zeigt das Kochfeld aus den 10 und 11 während der ersten Heizphase des Betriebszustands, in dem das Heizelement 14b abwechselnd zwei Heizzonen 12m, 12o beheizt.
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13 zeigt das Kochfeld aus den 10–12 während einer zweiten Heizphase des Betriebszustands, in dem das Heizelement 14b abwechselnd zwei Heizzonen 12m, 12o beheizt. Nach dem Ende der ersten Heizphase fährt die Steuereinheit 20 das Heizelement 14b in die zweite Heizzonen 12o und schaltet es ein. Die Heizzonen 12m, 12o werden so abwechselnd beheizt, indem periodisch zwischen den Konfigurationen aus 12 und 13 gewechselt wird. Die Frequenz kann der Fachmann abhängig von einer Geschwindigkeit des Aktuators (nicht dargestellt) und zur Optimierung der Heizwirkung in einer geeigneten Weise bestimmen.
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14 zeigt das Kochfeld aus den 10–13 während einer Heizphase, die der Heizphase nach 13 entspricht. Die Steuereinheit 20 bewegt während der zweiten Heizphase das Heizelement 14b auf einer Kreisbahn. Selbstverständlich kann abhängig von der Größe und Form der Heizzone 12o jede sinnvolle Bahn zur Bewegung des Heizelements 14b innerhalb der Heizzone 12o verwendet werden. Dabei sollte die Steuereinheit 20 das der Heizzone 12o zugeordnete bewegbare Heizelement 14a, 14b oder die der Heizzone 12o zugeordneten bewegbaren Heizelemente 14a, 14b so bewegen, dass eine der Kochfläche 10 zugewandte Fläche des Heizelements die Heizzone 12o im Verlauf eine Periode der Bewegung möglichst gleichmäßig überstreicht.
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15 zeigt schematisch ein Kochfeld mit einem beweglichen Heizelement 14a und mit einem beweglichen Temperatursensor 26 und einem als Lineargeber ausgebildeten Mittel 28 zum Abheben des Temperatursensors 26 von einer Unterseite des Kochfelds. Vor jeder Bewegung hebt das Mittel den Temperatursensor 26 von der Unterseite des Kochfelds ab. Der Aktuator 16a bewegt dann den Temperatursensor 26 zusammen mit dem beweglichen Heizelement 14a in eine Endposition der Bewegung, in der das Mittel 28 den Temperatursensor 26 wieder an die Unterseite des Kochfelds anpresst, um einen guten Wärmekontakt zu ermöglichen. Der Temperatursensor 26 wird daher immer zusammen mit dem Heizelement 14a bewegt und er befindet sich immer in der variablen Heizzone, die das betreffende Heizelement 14a gerade beheizt. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat jedes der beweglichen Heizelemente 14a–14d eines Kochfelds einen Temperatursensor 26 von dem in 15 dargestellten Typ.
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16 zeigt eine schematische Ansicht einer Eingabeeinheit 30 zum Eingeben einer Eingabekenngröße für eine Heizleistung, mit welcher die definierte Heizzone beheizt werden soll und mit einem baugleich mit dem Bedienfeld 24 ausgebildeten Mittel 32 zum Auswählen einer Heizzone. Während die Eingabeeinheit 30 im Wesentlichen aus einem Drehknopf besteht, der auch durch Pfeiltasten zum Vorwählen der Heizleistung ersetzt werden könnte, besteht das Mittel 32 zum Auswählen der Heizzone im Wesentlichen aus einem berührungsempfindlichen Sensorfeld mit sechs kapazitiven Berührungssensoren, die entsprechend den Heizzonenmittelpunkten angeordnet sind.
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Der Bediener kann durch einfaches Betätigen der Berührungssensoren eine Heizzone auswählen. Die Auswahl wird durch eine Leuchtdiode im Bereich des Berührungssensors und ggf. auch auf dem Kochfeld im Bereich des ausgewählten Heizzonenmittelpunkts visualisiert. Anschließend kann der Bediener über die Eingabeeinheit 30 eine gewünschte Heizleistung der Heizzone wählen. Sobald für eine der Heizzonen 12j–12o eine von Null verschiedene Heizleistung ausgewählt wurde und wenn sich das bewegbare Heizelement 14a, 14b außerhalb der ausgewählten Heizzone befindet, bewegt die Steuereinheit 20 eines der Heizelemente 14a, 14b an die entsprechende Stelle und tastet die Größe des dort aufgestellten Kochgeschirrs in der oben beschriebenen Weise ab. Die vorgenommenen Einstellungen können über ein hier nicht dargestelltes Display angezeigt werden.
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Wenn die Heizleistung einen von der Größe der abhängig von der Kochgeschirrgröße bestimmten Heizzone abhängigen Schwellenwert übertrifft, bewegt die Steuereinheit 20 selbsttätig zwei oder mehr der bewegbaren Heizelemente 14a–14b in die betreffende Heizzone. Die Steuereinheit 20 bestimmt demach eine Anzahl von Heizelementen 14a–14b zum Beheizen der definierten Heizzone abhängig von einer von einem Benutzer angeforderten Heizleistung.
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Wenn mehrere Heizelemente 14a–14d zum Beheizen einer Heizzone verwendet werden, steuert die Steuereinheit 20 die Heizleistungen der bestimmten Anzahl von Heizelementen 14a, 14b der betreffenden Heizzone abhängig von einer einzigen Eingabekenngröße, die der Bediener über die Eingabeeinheit 30 eingeben kann. Der Bediener muss also die Heizleistungen der beteiligten Heizelemente 14a, 14b nicht einzeln bestimmen.
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Obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen immer nur Heizelemente 14a–14d mit gleicher Größe und gleicher Heizleistung beschrieben sind, ist der Erfindungsgedanke natürlich auch auf Kochfelder mit Heizelementen 14a–14d mit unterschiedlichen Heizleistungen anwendbar.
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Welches der Heizelemente 14a–14d zum Erzeugen der gewünschten Heizleistung verwendet wird, bestimmt die Steuereinheit 20 abhängig von dem Ausgangssignal der Sensoranordnung 18, so dass kurze Bewegungswege erreicht werden und Kollisionen der bewegbaren Heizelemente 14a, 14b vermieden werden können.
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In der Steuereinheit 20 ist daher ein Verfahren zum Betreiben eines Kochfelds mit einer Kochfläche 10 mit mehreren Heizzonen 12a–12o zum Aufstellen von Kochgeschirr, mit zumindest einem unter der Kochfläche 10 angeordneten, bewegbaren Heizelement 14a–14d implementiert.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das bewegbare Heizelement 14a–14d einem ersten Betriebszustand in eine erste Heizzone bewegt und das bewegbare Heizelement 14a–14d wird in einem zweiten Betriebszustand in eine zweite Heizzone bewegt. Die Heizzonen 12a–12o können unterschiedliche Heizzonenmittelpunkte, unterschiedliche Formen und/oder unterschiedliche Größen haben. Ferner erfolgt die Zuordnung der Heizelemente 14a–14d zu den Heizzonen 12j–12o abhängig von der über die Sensoreinheit detektierten Größe des detektierten Kochgeschirrs und/oder von der angeforderten Heizleistung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kochfläche
- 12
- Heizzone
- 14
- Heizelement
- 16
- Aktuator
- 18
- Sensoranordnung
- 20
- Steuereinheit
- 22
- Kochtopf
- 24
- Bedienfeld
- 26
- Temperatursensor
- 28
- Mittel
- 30
- Eingabeeinheit
- 32
- Mittel
