DE19617319A1

DE19617319A1 - Procedure for controlling heat from electric kitchen stove having cooking and/or grilling plate

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Publication number: DE19617319A1
Application number: DE1996117319
Authority: DE
Inventors: Jun Koehler; Bernhard Frenzel; Frank Eggebrecht
Original assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Current assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1997-10-23

Abstract

The procedure for controlling the heat energy of a heating unit uses a heat exchanger through which the heat is given to the object to be heated. There is indirect measurement of the object's temperature used in the control of the heating element. The thermal conductance of the heat exchanger is sufficiently high that it can be corrected or ignored in the control circuit. However, the thermal conductance is also sufficiently small because of its small mass and/or its material nature for the same statement to apply. The heating unit is a kitchen stove and the heat exchanger is a cooking or grilling plate.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Regelung der Heizenergie einer Heizeinheit, insbesondere eines Herds.The present invention relates to a method and a device for regulation the heating energy of a heating unit, in particular a stove.

Bei herkömmlichen Heizeinheiten, z. B. einem Herd, wird das an der Unterseite einer aus Glaskeramik bestehenden Kochplatte befindliche Heizelement über Schaltelemente takt weise geschaltet. Es handelt sich hierbei um eine unabhängig vom Ist-Temperaturzustand des zu erhitzenden Guts geführte Energiesteuerung mit dementsprechend hohem Ener gieverbrauch, d. h. schlechten Wirkungsgrad sowie mit aufgrund des Einsatzes von Glas keramik hohen Betriebstemperaturen (bis zu 500°C), die eine hochtemperaturbeständige und daher teuere Sensorik erforderlich machen. Darüber hinaus besteht die Gefahr einer nachteiligen Beeinträchtigung des zu erhitzenden Guts bei ungewollter zu hoher Erhit zung (z. B. Anbrennen von Milch, Butter). Daneben werden temperaturgeführte Koch gußplatten eingesetzt, wobei durch z. B. einen Kapillarrohrfühler die Temperatur des Topfbodens erfaßt wird. Aufgrund der hohen Wärmekapazität und schlechten Wärme leitfähigkeit bei erhöhter Betriebstemperatur (bis zu ≈ 500°C) der Kochplatte erfährt die Regelstrecke erhebliche Abweichungen vom weggegebenen Sollwert, was die oben ge nannten Nachteile mit sich bringt.In conventional heating units, e.g. B. a stove, that is at the bottom of one Glass ceramic existing hotplate is clocked over switching elements switched wisely. This is an independent of the actual temperature condition of the goods to be heated led energy control with a correspondingly high energy energy consumption, d. H. poor efficiency as well as due to the use of glass ceramic high operating temperatures (up to 500 ° C), which is a high temperature resistant and therefore require expensive sensors. There is also a risk of disadvantageous impairment of the goods to be heated in the event of undesired excessive heating (e.g. burning milk, butter). In addition, temperature-controlled cook cast plates used, with z. B. a capillary tube temperature Pot bottom is detected. Because of the high heat capacity and poor heat The hotplate experiences conductivity at an increased operating temperature (up to ≈ 500 ° C) Control path significant deviations from the given setpoint, which the above ge disadvantages mentioned.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren sowie eine neuartige Einrichtung zur Regelung der Heizenergie einer Heizeinheit zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. der Energiebedarf reduziert, die Betriebstemperaturen gesenkt und die Gefahr einer nachteiligen Beeinträchtigung des zu erhitzenden Guts erheblich reduziert werden kann. The object of the present invention is a novel method and a novel To provide a device for regulating the heating energy of a heating unit, reduced with the or the energy requirement, the operating temperatures and the The risk of disadvantageous impairment of the goods to be heated is considerably reduced can be.

Diese Aufgabe wird beim erfindungsgemäßen Verfahren durch folgende Merkmale ge löst:This object is achieved in the method according to the invention by the following features solves:

a) Use of a heat exchanger through which the heating energy of a heating element is handed over to the goods to be heated,
b) indirect detection of the temperature of the goods to be heated by the heat rope shear through,
c) Regulation of the heating energy conducted via the heating element on the basis the recorded temperature values,
d) wherein the thermal conductivity of the heat exchanger is so high that it escapes which is negligible or correctable in the control loop.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprü chen 2-14 beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich im Ge gensatz zu den bisher bekannten Verfahren um eine über die Temperatur des zu erhit zenden Guts geführte Energieregelung. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Wärmetauschers und der indirekten Erfassung der Temperatur des zu erhitzenden Guts wird es möglich, zum einen eine exakte Energieregelung vorzunehmen, ohne daß das zu erhitzende Gut anbrennt oder überkocht. Hierbei wird Energie lediglich in einer solchen Menge zugeführt, wie sie zur Erwärmung des Guts notwendig ist. Daraus resultieren Energieeinsparungen bis zu 50%. Zum anderen lassen sich Temperaturgrenzwerte ohne Überschreiten des Grenzwertes in besonders kurzer Zeit einregeln. Die erfindungsgemä ße Regelung ermöglicht es zudem, Gefriergut schonend, d. h. ohne Aufkochen aufzu tauen. Zweckmäßigerweise ist die Wärmekapazität des Wärmetauschers, insbesondere aufgrund dessen geringer Masse oder dessen stofflicher Beschaffenheit oder beides derart gering, daß sie entweder im Regelkreis vernachlässigbar oder korrigierbar ist. Appropriate embodiments of the method according to the invention are in the claims Chen 2-14 described. The method according to the invention is in Ge in contrast to the previously known methods to increase the temperature of the zenden Guts led energy regulation. Due to the high thermal conductivity of the Heat exchanger and indirect detection of the temperature of the goods to be heated it becomes possible, on the one hand, to carry out an exact energy regulation without this heating material burns or boils over. Here energy is only in one Amount supplied as it is necessary for heating the goods. Result from it Energy savings up to 50%. On the other hand, temperature limits can be set without Adjust exceeding the limit value in a particularly short time. The invention This regulation also enables frozen goods to be handled gently. H. without boiling up Thaw. The heat capacity of the heat exchanger is expedient, in particular due to its low mass or material nature, or both low that it is either negligible or correctable in the control loop.

Aufgrund der hohen Wärmleitfähigkeit des Wärmetauschers ist eine beispielsweise im Vergleich zu Glaskeramik erheblich reduzierte Betriebstemperatur der Heizelemente möglich, wodurch wiederum auf wesentlich günstigeres Standarddichtungsmaterial für Sensoriken, Klebematerial etc. zurückgegriffen werden kann.Due to the high thermal conductivity of the heat exchanger is one example in the Operating temperature of the heating elements considerably reduced compared to glass ceramics possible, which in turn leads to much cheaper standard sealing material for Sensor technology, adhesive material etc. can be used.

Zweckmäßigerweise ist das beanspruchte Verfahren besonders geeignet für den Einsatz in einem Herd, wobei der Wärmetauscher hierbei die Koch- oder Grillplatte ist.The claimed method is expediently particularly suitable for use in a stove, the heat exchanger being the hotplate or grill plate.

Die Regelung der Heizenergie erfolgt gemäß Anspruch 4 durch Erfassung der Tempera tur und/oder der Temperaturänderung/Zeiteinheit (d. h. des Temperaturgradienten) und/oder der momentanen Heizleistung, und zwar vorteilhafterweise in Form kleiner, insbesondere infinitesimal kleiner Abtastungen. Der Einfluß der Heizleistung ist gering, z. B. bei Konstanthalten von Wasser bei einer Temperatur von etwa 100°C, da die Tem peraturunterschiede im Bereich des zu erhitzenden Guts (hier: Wasser) und der Heizele mente gering sind. Wird jedoch ein starkes Aufheizen gewünscht, werden die diesbezüg lichen Temperaturunterschiede zwangsläufig größer, wodurch es zweckmäßig werden kann, die Heizleistung in die Regelung mit einzubeziehen.The heating energy is regulated according to claim 4 by detecting the tempera structure and / or temperature change / time unit (i.e. the temperature gradient) and / or the instantaneous heating output, advantageously in the form of small, especially infinitesimally small samples. The influence of the heating power is slight, e.g. B. while keeping water constant at a temperature of about 100 ° C because the tem temperature differences in the area of the material to be heated (here: water) and the heating element ment are low. However, if a strong heating is desired, this will be done Lichen temperature differences necessarily larger, which makes it useful can include the heating power in the control.

Gemäß Anspruch 6 ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Erkennung einer Aggregatszustandsänderung, z. B. Übergang von Wasser in siedendes Wasser oder zu mindest den Beginn derselben (z. B. beim Erhitzen von Wasser), wobei dieses Charakte ristikum vorteilhaft in die Regelung der Heizenergie mit einbeziehbar ist. Beispielsweise können Kennlinien für Wasser, Milch und dgl. "abgefahren" werden, wobei bei Erfassung der Aggregatszustandsänderung, z. B. eine Abschaltung oder Reduzierung der Heizener gie und/oder ein Warnhinweis erfolgt.According to claim 6, the inventive method enables the detection of a Physical state change, e.g. B. transition from water to boiling water or to at least the beginning of the same (e.g. when heating water), this character ristikum can advantageously be included in the regulation of heating energy. For example Characteristic curves for water, milk and the like can be "traversed", with detection the change in state of matter, e.g. B. a shutdown or reduction of the heater gie and / or a warning is given.

Gemäß Anspruch 7 ist es möglich, einerseits Temperatursollwerte in Abhängigkeit des jeweiligen zu erhitzenden Guts vorzugeben, wobei die temperaturgeführte Regelung der art erfolgt, daß der Sollwert in kurzer Zeit, jedoch ohne nennenswertem Überschreiten desselben, sich einstellt. According to claim 7, it is possible, on the one hand, to set temperature values as a function of to specify the respective goods to be heated, the temperature-controlled regulation of the Art that the setpoint in a short time, but without significant exceeding the same, adjusts itself.

Gemäß Anspruch 8 sind zweckmäßigerweise - abhängig vom zu erhitzenden Gut - Auf heizkennlinien möglich, die wiederum durch die erfindungsgemäße temperaturgeführte Regelung "abgetastet" werden können. Hierdurch wird es beispielsweise möglich, einen Braten "scharf" anzubraten, ohne daß dieser aufgrund erhöhter Temperatur verbrennt.According to claim 8 are expediently - depending on the goods to be heated heating characteristics possible, which in turn by the temperature-controlled according to the invention Regulation can be "scanned". This makes it possible, for example, a Sear the roast "hot" without burning it due to the elevated temperature.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, unterschiedlichste Aufheizkennlinien gemäß An spruch 9 vorzugeben, die je nach den Erfordernissen sozusagen "per Knopfdruck" abge rufen werden können, ohne daß die bedienende Person aufwendige Einstellungen vor nehmen muß.The present invention allows a wide variety of heating characteristics according to An Say 9, which depending on the requirements so to speak "at the push of a button" can be called without the operator making complex settings must take.

Darüber hinaus ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß ent sprechende Aufheizkennlinien über eine Eingabeeinrichtung von der zu bedienenden Per son, gegebenenfalls zusätzlich, selbst festlegbar sind.In addition, it is provided according to one embodiment of the invention that ent speaking heating characteristics via an input device from the person to be operated son, if necessary additionally, can be determined by yourself.

Der Gegenstand von Anspruch 11 stellt eine Erkennung des auf dem Wärmetauscher be findlichen, zu erhitzenden Guts insofern dar, als die Wärmekapazität des Guts durch Er fassung eines Grenztemperaturgradienten ermittelbar ist. Diese Erfassung unterscheidet beispielsweise zwischen einem auf der Kochplatte befindlichen mit Kochgut gefüllten Topf und einem Lappen. Die Funktion kann mit einer Sicherheitsschaltung, insbesondere Sicherheitsabschaltung und/oder einem Warnhinweise gekoppelt sein.The subject of claim 11 provides a detection of be on the heat exchanger sensitive goods to be heated insofar as the heat capacity of the goods by Er limit temperature gradient can be determined. This recording makes a difference for example, between one on the hotplate that is filled with food Pot and a rag. The function can with a safety circuit, in particular Safety shutdown and / or a warning message can be coupled.

Gemäß Anspruch 12 wird die Temperatur an mehreren, unterschiedlichen Stellen des Wärmetauschers erfaßt, wodurch eine Topfpositionserkennung realisiert wird. Beispiels weise kann die Energiezuführung gezielt dort erfolgen, wo die Temperatursensoren vom zu erhitzenden Gut bedeckt werden. Darüber hinaus können Temperaturunterschiede in nerhalb des Wärmetauschers, beispielsweise bedingt durch schlechtes Positionieren eines Topfs, überwacht und Schäden am Wärmetauscher durch zu hohe Temperaturunter schiede vermieden werden. According to claim 12, the temperature at several different locations of the Heat exchanger detected, whereby a pot position detection is realized. Example wise the energy supply can take place where the temperature sensors from to be heated good to be covered. In addition, temperature differences in within the heat exchanger, for example due to poor positioning of one Pots, monitors and damage to the heat exchanger due to excessive temperature differences are avoided.

Aufgrund der erfindungsgemäßen temperaturgeführten Energieregelung besteht in vor teilhafterweise die Möglichkeit, die maximale Temperatur der Heizeinheit auf 300°C, vorzugsweise sogar 250°C zu begrenzen, wodurch der Einsatz herkömmlicher, billigerer Dichtungsmaterialien, Klebestoffe etc. ermöglicht wird.Because of the temperature-controlled energy control according to the invention, partly the possibility to set the maximum temperature of the heating unit to 300 ° C, preferably even limit 250 ° C, which makes the use of conventional, cheaper Sealing materials, adhesives, etc. is made possible.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorge sehen, den Einfluß der Wärmeleitfähigkeit und/oder der Wärmekapazität des Wärmetau schers (oder ggf. zusätzlich weiterer Teile, wie z. B. des Topfmaterials oder des Wärme übergangs von Wärmetauscher auf das Topfmaterial) durch einen Korrekturfaktor aus zuschließen oder zumindest zu verringern.According to a particular embodiment of the method according to the invention, it is provided see the influence of thermal conductivity and / or the heat capacity of the heat rope shear (or possibly additional parts such as the pot material or the heat transition from the heat exchanger to the pot material) by a correction factor lock or at least reduce.

Nebengeordnet wird mit vorliegender Erfindung auch eine Einrichtung zur Regelung der Heizenergie einer Heizeinheit beansprucht, welche einen wärmeleitenden Wärmetau scher, mindestens ein mit dem Wärmetauscher in Verbindung stehendes Heizelement, mindestens einen Sensor zur Erfassung der vom zu erhitzenden Gut auf den Sensor übertragenen Wärme sowie einen Regelkreis zur Regelung der Heizleistung des Heizelements in Abhängigkeit der vom Sensor erfaßten Wärme umfaßt.The present invention also subordinates a device for regulating the Heating energy of a heating unit, which uses a heat-conducting heat rope shear, at least one heating element connected to the heat exchanger, at least one sensor for detecting the material to be heated on the sensor transferred heat and a control circuit for regulating the heating power of the Heating element depending on the heat detected by the sensor.

Der Sensor ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßiger weise an der Unterseite des Wärmetauschers angeordnet, so daß er vor mechanischen Beanspruchungen und dgl. durch den Wärmetauscher geschützt ist. Desweiteren ist dies fertigungstechnisch vorteilhaft.According to an advantageous embodiment of the invention, the sensor is more expedient arranged on the underside of the heat exchanger so that it faces mechanical Stresses and the like is protected by the heat exchanger. Furthermore, this is advantageous in terms of production technology.

Zweckmäßigerweise ist die Wärmeleitfähigkeit des Wärmetauschers hoch, insbesondere größer als 20 W/_{m K}, insbesondere 60 W/_{m K} im Betriebstemperaturbereich und/oder die spezifische Wärmekapazität desselben vernachlässigbar gering, insbesondere kleiner als 0,9 kJ/_{kg K}, insbesondere 0,7 kJ/_{kg K} bei 20°C. The heat conductivity of the heat exchanger is expediently high, in particular greater than 20 W / _{m K} , in particular 60 W / _{m K} in the operating temperature range and / or the specific heat capacity thereof is negligibly low, in particular less than 0.9 kJ / _{kg K} , in particular 0.7 kJ / _{kg K} at 20 ° C.

Zur Erhöhung der Wärmeübertragung ist es vorteilhaft, den Wärmetauscher an dessen Oberseite oberflächenzubehandeln, insbesondere plan zu schleifen. Zweckmäßigerweise kann auch bei Bedarf der das zu erhitzende Gut aufzunehmende Behälter, insbesondere Topf an dessen Unterseite oberflächenbehandelt, insbesondere geschliffen sein.To increase the heat transfer, it is advantageous to the heat exchanger on the Surface to be treated on the upper side, especially to be ground flat. Conveniently can also, if necessary, the container to be heated, in particular The surface of the pot must be surface-treated, especially ground.

Das Material des Wärmetauschers ist bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung als elektrischer Isolator ausgebildet, wodurch ohne zusätzliche Behandlung der Unterseite die Heizschicht am Wärmetauscher angebracht werden kann. Darüber hin aus ergeben sich keine Verformungen und daraus resultierend eine nachteilige Beein trächtigung des Wärmeübergangswerts im gesamten Gebrauchstemperaturbereich.The material of the heat exchanger is in one embodiment of the invention Device designed as an electrical insulator, which means that no additional treatment the bottom of the heating layer can be attached to the heat exchanger. Beyond that there are no deformations and consequently an adverse leg Impairment of the heat transfer value in the entire service temperature range.

Eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist durch eine Mehr zahl von Sensoren gekennzeichnet, die über die Oberfläche des Wärmetauschers verteilt angeordnet sind. Hierdurch läßt sich ein Wärmeprofil an der Oberseite des Wärmetau schers ermitteln und für unterschiedlichste Anwendungen, wie z. B. Topfpositionserken nung, partielle Erhitzung der Kochplatte usw., ausnutzen. Diese Einrichtung ermöglicht insbesondere eine in Abhängigkeit von dem an der Oberfläche vorherrschenden Tempera turprofil vorzunehmende Beheizung derselben, wodurch zusätzlich Energie eingespart werden kann.A special embodiment of the device according to the invention is by a more Number of sensors marked, distributed over the surface of the heat exchanger are arranged. This allows a heat profile on the top of the heat rope determine schers and for different applications, such as. B. Pot position detection use, partial heating of the hotplate, etc. This facility enables especially one depending on the temperature prevailing on the surface heating profile to be carried out, which additionally saves energy can be.

Die Einrichtung umfaßt desweiteren eine Eingabeeinheit zur Eingabe von Sollwerten unterschiedlichster Art, z. B. Temperatur, Temperaturgradient, Temperaturschwellwert, Leistung und/oder sogar kompletten Aufheizkennlinien.The device also includes an input unit for entering setpoints different types, e.g. B. temperature, temperature gradient, temperature threshold, Performance and / or even complete heating characteristics.

Für den Einsatz als Grundmaterial für den Wärmetauscher hat sich keramisches Material, insbesondere Siliciumcarbid, aufgrund seiner mechanischen sowie physikalischen Eigen schaften besonders bewährt. Keramisches Material unterliegt keinen Verformungen bei Erhitzung im Betriebstemperaturbereich der Heizeinheit. Ceramic material has been used for the base material for the heat exchanger, especially silicon carbide, due to its mechanical and physical properties tried and tested. Ceramic material is not subject to deformation Heating in the operating temperature range of the heating unit.

Besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Einrichtung werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:Special refinements of the method and the device according to the invention are explained below with reference to the drawing figures. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Prinzips anhand einer Kochplatte als Wärmetauscher: Fig. 1 is a schematic illustration of the principle according to the invention using a hot plate as a heat exchanger:

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Kochplatte unter Verwendung einer Mehrzahl von Sensoren bei lediglich teilweiser Bedeckung durch das zu erhitzende Gut; Figure 2 is a plan view of a hot plate using a plurality of sensors with only partial coverage of the product to be heated.

Fig. 3 eine Darstellung der Aufheizkurven herkömmlicher Heizeinheiten (Kurve I und II) und einer Heizeinheit mit der erfindungsgemäßen Energieregelung (Kurve III); Fig. 3 shows the heating curves of conventional heating units (curve I and II) and a heating unit with the inventive power control (curve III);

Fig. 4 eine Darstellung einer einstellbaren Aufheizkennlinie mit unterschiedlichen Aufheiz- bzw. Temperaturhaltephasen (Abschnitte I-IV) sowie Fig. 4 is an illustration of an adjustable heating characteristic with different heating or temperature holding phases (sections I-IV) and

Fig. 5 eine Aufheizkennlinie zur Feststellung einer Aggregatszustandsänderung von Wasser. Fig. 5 shows a heating curve for determining a change in the state of water.

Bezugsziffer 1 in Fig. 1 bezeichnet die Heizeinheit in ihrer Gesamtheit. Sie ist in Fig. 1 als Bestandteil eines Kochherds dargestellt, wobei die Heizeinheit 1 einen Wärmetau scher 2 in Form einer tragfähigen Platte, z. B. Kochplatte sowie ein an der Unterseite des Wärmetauschers 2 befindliches Heizelement 3 aufweist. Das Heizelement 3 ist zur Ver meidung von Wärmeverlusten zweckmäßigerweise eine aufgedruckte elektrisch leitfähige Schicht. Das Heizelement 3 kann jedoch auch in Form eines flächigen Heizmeanders oder dgl. realisiert sein.Reference number 1 in Fig. 1 designates the heating unit in its entirety. It is shown in Fig. 1 as part of a stove, the heating unit 1 a heat exchanger shear 2 in the form of a load-bearing plate, for. B. hot plate and a heating element 3 located on the underside of the heat exchanger 2 . The heating element 3 is expediently a printed electrically conductive layer to avoid heat loss. However, the heating element 3 can also be implemented in the form of a flat heating meander or the like.

An der Unterseite des Wärmetauschers 2 befindet sich ein Sensor 4 zur Erfassung der Temperatur des in einem Topf 6 befindlichen zu erhitzenden Guts 5 (z. B. Wasser). Der Sensor 4 steht mit einem Vergleicher 7 in Verbindung, der die am Sensor 4 abgetasteten Temperatur-Istwerte mit über eine Eingabeeinheit 13 eingegebene Sollwerte vergleicht und in Abhängigkeit davon über ein Stellglied 8 das Heizelement 3 ansteuert.On the underside of the heat exchanger 2 there is a sensor 4 for detecting the temperature of the material 5 to be heated (eg water) located in a pot 6 . The sensor 4 is connected to a comparator 7 , which compares the actual temperature values sensed on the sensor 4 with setpoints entered via an input unit 13 and controls the heating element 3 as a function thereof via an actuator 8 .

Die konstruktive Ausgestaltung und/oder das Material des Wärmetauschers 2 ist derart gewählt, daß dieser eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit bei möglichst geringer Wär mekapazität aufweist. Die Wärmeleitfähigkeit bzw. Wärmekapazität kann hierbei derart gewählt sein, daß sie entweder im Regelkreis vernachlässigbar oder zumindest korrigier bar ist.The structural design and / or the material of the heat exchanger 2 is selected such that it has the highest possible thermal conductivity with the lowest possible heat capacity. The thermal conductivity or heat capacity can be chosen such that it is either negligible in the control loop or at least correctable bar.

Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit und geringe Wärmekapazität des Wärmetau schers 2 kann durch den Sensor 4 eine Temperaturerfassung der Temperatur des zu er hitzenden Guts 5 durch den Wärmetauscher 2 hindurch erfolgen. Hierdurch werden re produzierbare Verhältnisse geschaffen, wobei die jeweils erfaßte Temperatur unmittelbar zur Energiezufuhr über das Heizelement 3 herangezogen wird (temperaturgeführte Energieregelung).Due to the high thermal conductivity and low heat capacity of the heat exchanger 2 , the sensor 4 can detect the temperature of the material 5 to be heated by the heat exchanger 2 . This creates re producible conditions, the temperature recorded in each case being used directly for supplying energy via the heating element 3 (temperature-controlled energy control).

Die Erfassung der jeweiligen Ist-Temperatur erfolgt in kleinen Zeitabschnitten, insbeson dere infinitesimal kleinen Zeitabschnitten, so daß jeweils ein infinitesimaler Ist- Temperaturgradient festgestellt wird.The actual temperature is recorded in small periods, in particular their infinitesimally small periods of time, so that an infinitesimal actual Temperature gradient is determined.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Ver wendung einer Mehrzahl über die Oberfläche des Wärmetauschers 2, d. h. entlang der Unterseite der Kochplatte verteilt angeordnete Sensoren 4, 9, 10, 11, 12, welche jeweils individuell abgetastet werden. In Anbetracht der indirekten Messung der Temperatur des zu erhitzenden Guts 5 über die einzelnen Sensoren 4, 9, 10, 11, 12 ist es möglich, die Position eines - in Fig. 2 gestrichelt dargestellten - Topfs 6 zu erkennen, der lediglich ei nen Teil der Sensoren, nämlich die Sensoren 4, 11, 12 in Fig. 2 abdeckt. Diese zusätzli che Information kann wiederum zur Energieregelung, insbesondere dahingehend genutzt werden, daß die Bereiche des Heizelements 3, die den Positionen der Sensoren 9, 10 zu geordnet sind, inaktiv bleiben. Fig. 2 shows a further embodiment of the device according to the invention using a plurality of sensors 4 , 9 , 10 , 11 , 12 , which are distributed over the surface of the heat exchanger 2 , ie along the underside of the hotplate, and which are individually scanned. In view of the indirect measurement of the temperature of the material 5 to be heated via the individual sensors 4 , 9 , 10 , 11 , 12 , it is possible to recognize the position of a pot 6 , shown in broken lines in FIG. 2, which is only a part of the sensors, namely the sensors 4 , 11 , 12 in FIG. 2. This additional information can in turn be used for energy control, in particular in that the areas of the heating element 3 which are assigned to the positions of the sensors 9 , 10 remain inactive.

Fig. 3 zeigt einen Vergleich der Aufheizcharakteristik herkömmlicher Heizelemente (Kurve I und II) mit einem Heizelement, welches die erfindungsgemäße temperaturge führte Energieregelung aufweist (Kurve III). Kurve I zeigt das Temperaturanstiegsver halten bei Energiesteuerung und Verwendung einer Glaskeramik-Kochplatte. Der Tem peraturanstieg/Zeiteinheit ist aufgrund der hohen Wärmekapazität der Glaskeramik- Kochplatte vergleichsweise flach, eine Einregelung auf einen Temperaturwert T_max ist systembedingt nicht möglich. Die Kurve II zeigt die Temperaturregelung einer Grau gußplatte, welche aufgrund der hohen Wärmekapazität und schlechten Wärmeleitfähig keit erhebliche Abweichungen vom vorgegebenen Sollwert T_Soll. Entsprechend der Kurve III ist es aufgrund der temperaturgeführten Energieregelung gemäß der vorliegenden Er findung möglich, nach der Aufheizphase bei Annäherung kurz unterhalb T_Soll einen Ein regelvorgang vorzunehmen, mittels dem die Temperatur des zu erhitzenden Guts 5 in kurzer Zeit und ohne wesentliches Überschreiten von T_Soll auf die vorgegebene Tempera tur erhitzt werden kann. Fig. 3 shows a comparison of the heating characteristic of conventional heating elements (curves I and II) with a heating element which has the temperature control led energy control according to the invention (curve III). Curve I shows the temperature rise behavior with energy control and the use of a glass ceramic hotplate. The temperature rise / unit of time is comparatively flat due to the high heat capacity of the glass ceramic hotplate, adjustment to a temperature value T _max is not possible due to the system. Curve II shows the temperature control of a gray cast iron plate which, owing to the high heat capacity and poor thermal conductivity, shows considerable deviations from the specified target value T _setpoint . According to curve III, it is possible due to the temperature-controlled energy control according to the present invention, to carry out a control process after the heating phase when approaching just below T _target , by means of which the temperature of the material 5 to be heated is achieved in a short time and without significantly exceeding T _target can be heated to the specified temperature.

Gemäß Fig. 4 können aufgrund der temperaturgeführten Energieregelung über die Ein gabeeinheit 13 sogar komplette Aufheizkennlinien für besondere Anwendungen (Braten usw.) vorgegeben werden, die aufgrund der unmittelbaren Erfassung des zu erhitzenden Guts 5 "abgetastet" werden können. Beispielsweise zeigt Fig. 4 eine Aufheizkennlinie für einen Braten, bei dem der Braten zunächst rasch auf eine erhöhte Temperatur (Kurve I) gebracht wird, bei dieser erhöhten Temperatur scharf angebraten wird (Kurve II) und nach einer vorgegebenen Zeit eine Temperaturerniedrigung und ein Halten bei einer niedrigeren Temperatur zum Garen des Bratens (Kurve III) erfolgt. Nach einer vorgege benen oder einstellbaren Zeit wird die Energiezufuhr automatisch abgeschaltet (Kurve IV). Entsprechende Aufheizkennlinien können für unterschiedlichste Anwendungen in der Regelung sozusagen "auf Knopfdruck" hinterlegt werden.According to Fig. 4 (frying, etc.) due to the temperature-controlled power control on a display unit 13 even complete Aufheizkennlinien for particular applications are given, which can be "scanned" to be heated Guts 5 due to the immediate detection of the. For example, Fig. 4 shows a heating curve for a roast, in which the roast is first brought to an elevated temperature (curve I), is seared sharply at this elevated temperature (curve II), and after a predetermined time a temperature decrease and a hold lower roasting temperature (curve III). After a predetermined or adjustable time, the energy supply is automatically switched off (curve IV). Corresponding heating-up curves can be stored in the control system for various applications, so to speak "at the push of a button".

Fig. 5 zeigt die Möglichkeit der Erfassung einer Änderung eines Aggregatszustands (Flüssigkeit geht in Siedezustand über). Hierbei wird ein Topf 6, welcher z. B. mit Was ser gefüllt ist, am Wärmetauscher 2 mittig plaziert (vgl. Fig. 5 rechts oben) und die Tem peratur über den Sensor 4 in bestimmten vorgegebenen Zeitabschnitten ermittelt. Hierbei ergibt sich zunächst ein steiler Temperaturanstieg, welcher anschließend aufgrund der Temperaturträgheit des Wassers in einen Temperaturanstieg mit geringerer Steigung übergeht. Am Punkt A erfolgt ein weiterer Knick der Kurve in einen Bereich (Wasser siedet), bei dem eine weitere Temperaturerhöhung im wesentlichen nicht mehr möglich ist. Fig. 5 shows the possibility of detecting a change in a physical state (liquid passes over in the boiling state). Here, a pot 6 , which, for. B. is filled with water, placed on the heat exchanger 2 in the middle (see. Fig. 5 top right) and the temperature determined by the sensor 4 in certain predetermined periods. This initially results in a steep temperature rise, which then changes to a temperature rise with a lower gradient due to the inertia of the water. At point A, the curve bends further into a region (water boils) in which a further temperature increase is essentially no longer possible.

Mit der vorliegenden Erfindung kann systembedingt nach dem Abschalten der Heizung (gegebenenfalls nach einem bestimmten Temperaturintervall) eine exakte Erfassung der Ist-Temperatur des zu erhitzenden Guts 5 erfolgen. Entsprechendes ist darüber hinaus auch möglich durch Erfassung des Abkühlgradienten.With the present invention, an exact detection of the actual temperature of the material 5 to be heated 5 can take place after the heating has been switched off (possibly after a specific temperature interval). The same is also possible by recording the cooling gradient.

Die erfindungsgemäße temperaturgeführte Energieregelung stellt sowohl in energeti scher als auch im Hinblick auf die Anwendungstechnik sowie Bedienungskomfort im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik eine erhebliche Verbesserung dar, die den einschlägigen Stand der Technik besonders bereichert.The temperature-controlled energy control according to the invention provides both in energeti shear as well as in terms of application technology and ease of use in Compared to the prior art represents a significant improvement that the relevant state of the art particularly enriched.

BezugszeichenlisteReference list

1 Heizeinheit
2 Wärmetauscher
3 Heizelement
4 Sensor
5 zu erhitzendes Gut
6 Topf
7 Vergleicher
8 Stellglied
9 Sensor
10 Sensor
11 Sensor
12 Sensor
13 Eingabeeinheit 1 heating unit
2 heat exchangers
3 heating element
4 sensor
5 goods to be heated
6 pot
7 comparators
8 actuator
9 sensor
10 sensor
11 sensor
12 sensor
13 input unit

Claims

1. Method for controlling the heating energy of a heating unit characterized by the following features:

a) use of a heat exchanger via which the heating energy of a heating element is transferred to the material to be heated,
b) indirect detection of the temperature of the material to be heated through the heat exchanger,
c) regulation of the heating energy conducted via the heating element on the basis of the recorded temperature values,
d) wherein the thermal conductivity of the heat exchanger is so high that it is either negligible or correctable in the control loop.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heat capacity of the heat exchanger is lower, in particular because of this Mass and / or its material quality is so low that it escapes which is negligible or correctable in the control loop.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the heating unit is a stove and the heat exchanger is a hotplate or grill.

4. The method according to claims 1-3, characterized in that the regulation of the heating energy by recording the temperature and / or tempera change / time unit (temperature gradient) and / or the current heating element stung takes place.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the detection of the temperature and / or temperature change / time unit in small, especially infinitesimal small sampling rates.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that due to a change in the heating behavior, a change in the aggregate state or at least the beginning of an aggregate state change of the one to be heated Guts can be determined and in particular in the regulation of heating energy is draggable.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a temperature setpoint is specified and by recording the temperature and / or temperature change / time unit an adjustment of the temperature of the heating goods to the specified target value.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that depending on the material to be heated, in particular differently adjustable opening heating characteristics are given by the detection of the temperature and / or Temperature change / time unit as part of a target / actual value comparison be steady.

9. The method according to claim 8, characterized in that the heating curves are stored in a memory and can be called up as required.

10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that the heating characteristics can be determined by the user himself via an input device are and / or recorded automatically and can be called up when required.

11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a limit temperature gradient is specified, if it is not fulfilled by the measured values a safety circuit, in particular safety shutdown and / or warning function takes place.

12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature is recorded at different points in the heat exchanger and a locally different heating depending on the detected Temperatures.

13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the maximum temperature of the heating unit is 300 ° C, preferably 250 ° C.

14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the influence of the thermal conductivity and / or heat capacity of the heat exchanger is excluded or at least reduced by a correction factor.

15. A device for controlling the heating energy of a heating unit ( 1 ), in particular according to one of the preceding claims 1-14, characterized by a heat exchanger ( 2 ), at least one with the heat exchanger ( 2 ) in connection with the heating element ( 3 ), at least one Sensor ( 4 ) for detecting the heat to be heated from the material ( 5 ) to the sensor ( 4 ) and a control circuit for regulating the heating power of the heating element ( 3 ) as a function of the heat detected by the sensor ( 4 ).

16. The device according to claim 15, characterized in that the sensor ( 4 ) is arranged on the underside of the heat exchanger ( 2 ).

17. The device according to claim 15 or 16, characterized in that the thermal conductivity of the heat exchanger ( 2 ) high and / or the heat capacity of the heat exchanger ( 2 ), in particular due to its low mass and / or its material nature is negligible.

18. Device according to one of claims 15-17, characterized in that the thermal conductivity of the heat exchanger ( 2 ) is greater than 20 W / _{m K} , in particular 60 W / _{m K} in the operating temperature range and / or the specific Wärmeka capacity of the heat exchanger ( 2 ) is less than 0.9 kJ / _{kg K} , in particular 0.7 kJ / _{kg K} at 20 ° C.

19. Device according to one of claims 15-18, characterized in that the material of the heat exchanger ( 2 ) is an electrical insulator.

20. Device according to one of claims 15-19, characterized in that the heat exchanger ( 2 ) on its surface with the material to be heated ( 5 ) in connection with the upper surface is treated, in particular ground.

21. Device according to one of claims 15-20, characterized in that the container to be heated ( 5 ) accommodating the container, in particular pot ( 6 ) on the underside is surface-treated, in particular ground.

22. Device according to one of claims 15-21, characterized in that a plurality of sensors ( 4 , 9 , 10 , 11 , 12 ) are arranged distributed over the surface of the heat exchanger ( 2 ).

23. Device according to one of claims 15-22, characterized in that an input unit ( 13 ) for entering setpoints with respect to temperature, temperature gradient, temperature threshold, power and / or complete heating characteristics is provided.

24. Device according to one of claims 15-23, characterized in that ceramic material, in particular silicon carbide, is used as the base material for the heat exchanger ( 2 ).