DE19620567A1

DE19620567A1 - Regelelektronik mit einem Strahlungsheizkörper

Info

Publication number: DE19620567A1
Application number: DE19620567A
Authority: DE
Inventors: Roman-H Wauer; Berndt Gierer
Original assignee: AKO Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 1997-11-27
Also published as: FR2749067B1; ITMI971070A3; FR2749067A1; ITMI971070A1; ITMI970324V0; ITMI971070A0; IT1291322B1; ITMI970324U3

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelelektronik mit einem Strahlungsheizkörper für einen Kochherd, insbesondere mit Glaskeramikkochfeld, der an die elektrische Netzspannung angeschlossen ist, die um die Nennspannung einen Toleranzbereich mit einem unteren Toleranzgrenzwert und einem oberen Toleranzgrenzwert hat.

Die Elektrizitätsversorgungsunternehmen gewährleisten für den Haushaltsbedarf eine Nennspannung (230 V) mit einer Toleranz von +5% und -10%. Der untere bzw. obere Toleranzgrenzwert liegt somit bei 207 V bzw. 241,5 V. Nach dem Stand der Technik sind Strahlungsheizkörper von Kochherden so ausgelegt, daß sie ihre Nennleistung, beispielsweise 2100 W, bei Nennspannung (230 V) liefern. Dies hat zur Folge, daß die tatsächliche Leistung beim unteren Toleranzgrenzwert der Netzspannung nur 1700 W und beim oberen Toleranzgrenzwert der Netzspannung 2315 W ist, also deutlich von der Nennleistung abweicht.

Erbringt ein Strahlungsheizkörper seine Nennleistung nicht, dann verlängert sich die Kochdauer und insbesondere die Ankochdauer sowie seine Aufglühzeit beträchtlich. Voreingestellte Kochdauern führen nicht mehr zum gewünschten Kochergebnis. Dies wird vom Benutzer als störend empfunden. Er wird den Fehler der Strahlungsbeheizung zusprechen, obwohl die Ursachen in der Netzspannung liegen.

In der EP 0 393 506 B1 ist ein Kochherd mit Glaskeramikfeld beschrieben, bei dem die Leistung der Kochstellen durch Takten der Netzspannung mittels eines Mikroprozessors steuerbar ist. Schwankungen der Netzspannung wirken sich in der oben beschriebenen Weise aus.

In der DE 41 04 677 A1 ist eine Anpassung der Leistung eines Heizkörpers einer Glaskeramikkochplatte beschrieben, bei der die Energiezufuhr derart geändert wird, daß im Normalbetrieb eine obere Grenztemperatur nicht überschritten wird. Eine Erfassung der Netzspannung ist auch hier nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die Netzspannungsschwankungen in ihrer Auswirkung auf die Leistung des Strahlungsheizkörpers ausgleicht, wobei dem Benutzer auch beim unteren Toleranzgrenzwert der Netzspannung die volle Nennleistung zur Verfügung steht.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß die Nennleistung des Strahlungsheizkörpers auf den unteren Toleranzgrenzwert der Netzspannung ausgelegt ist und die Regelschaltung den Strahlungsheizkörper beim unteren Toleranzgrenzwert mit 100%-Einschaltdauer betreibt, steht für den Benutzer selbst bei der kleinsten gewährleisteten Netzspannung die volle Nennleistung zur Verfügung. Selbst eine am unteren Toleranzgrenzwert liegende Netzspannung führt somit nicht zu einer Verlängerung der Kochdauer und der Ankochdauer oder zu einem verzögerten, für den Benutzer durch die Glaskeramikplatte hindurch sichtbaren Aufglühen des Strahlungsheizkörpers. Ein schnelles Aufglühen des Strahlungsheizkörpers nach dem Einschalten ist bekanntermaßen erwünscht, damit der Benutzer nach dem Einschalten die Betriebsbereitschaft des Kochfeldes schnell sieht.

Um zu verhindern, daß der auf den unteren Toleranzgrenzwert der Netzspannung ausgelegte Strahlungsheizkörper bei höherer Netzspannung geschädigt wird oder zu Schäden führt, wird die Einschaltdauer bei höherer Netzspannung entsprechend verkürzt. Solche Schäden könnten in der Verkürzung der Lebensdauer des Strahlungsheizkörpers und/oder in der Verminderung der Festigkeit der Isolierstoffe liegen, auf die der Strahlungsheizkörper einwirkt.

Die Regelelektronik kann zusätzlich zu der beschriebenen, Netzspannungsschwankungen ausgleichenden Funktion auch eine vom Benutzer direkt oder über ein Programmwerk oder eine Temperaturmesseung einstellbare Leistungssteuerung derart übernehmen, daß der Strahlungsheizkörper nicht nur in Vollast, sondern auch in Teillast betreibbar ist. Der Ausgleich der Netzspannungsschwankungen erfolgt auch im Teillastbetrieb.

In Ausgestaltung der Erfindung verkürzt die Steuerkreise der Regelelektronik bei Netzspannung oberhalb des unteren Toleranzgrenzwertes die zyklische Einschaltdauer jeweils derart, daß der Strahlungsheizkörper - bei Vollast - die Nennleistung erbringt. Dadurch ist erreicht, daß der Strahlungsheizkörper unabhängig von der jeweiligen Netzspannung mit seiner Nennleistung arbeitet, wenn er in Vollastbetrieb geschaltet ist. Ist er über die Regelelektronik auf eine Teillast eingestellt, dann arbeitet er unabhängig von der jeweiligen Netzspannung mit der jeweiligen Teilleistung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verkürzt die Steuergröße die zyklische Einschaltdauer erst bei einer Netzspannung oberhalb dem unteren Toleranzgrenzwert, beispielsweise bei der Nennspannung. Es ist dabei in Kauf genommen, daß sich die Leistung des Strahlungsheizkörpers bei einer Netzspannung zwischen dem unteren Toleranzgrenzwert und der höheren Spannung, beispielsweise der Nennspannung, über die Nennleistung erhöht. Diese Leistungserhöhung ist günstig, um ein schnelles Aufglühen und einen Ankochstoß zu erreichen. Vorzugsweise wird diese Leistungserhöhung auf die Zeit bis zum Erreichen einer gewünschten Temperatur, beispielsweise der Glaskeramikkochplatte, oder auf eine vorbestimmte Zeitdauer, beispielsweise die Ankochphase und/oder die Aufglühphase, beschränkt, um eine dauerhafte Überhitzung des Strahlungsheizkörpers und der von ihm bestrahlten Teile zu vermeiden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Regelelektronik mit Strahlungsheizkörper,

Fig. 2a ein Netzspannungs-Leistungsdiagramm des Strahlungsheizkörpers schematisch,

Fig. 2b1 bis b3 zyklische Einschaltdauern für charakteristische Netzspannungswerte 241 V, 230 V, 207 V nach Fig. 2a,

Fig. 3a ein alternatives Netzspannungs-Leistungsdiagramm des Strahlungsheizkörpers, schematisch,

Fig. 3b1 bis b3 zyklische Einschaltdauern für charakteristische Netzspannungswerte 241 V, 230 V, 207 V nach Fig. 3a,

Fig. 4a zum Vergleich ein Netzspannungs- Leistungsdiagramm eines Strahlungsheizkörpers nach dem Stand der Technik und

Fig. 4b1 bis b3 die nicht unterbrochenen Einschaltdauern für die charakteristischen Netzspannungswerte 241 V, 230 V, 207 V nach Fig. 4a.

Eine Regelelektronik weist einen Mikrocontroller (1) auf, der über einen Analog/Digital-Wandler (2) den jeweiligen Wert der Netzspannung (N) erfaßt. Im Mikrocontroller (1) ist ein Vergleichs-Funktionsblock (3) vorgesehen, der die jeweilige Netzspannung (N) mit der Nennspannung (230 V) vergleicht und das Vergleichsergebnis an einen Korrekturblock (4) des Mikrocontrollers (1) weitergibt. Der Korrekturblock (4) steht mit einem Wertespeicher (5) in Verbindung, in dem in tabellarischer Form Soll-Istwert- Abweichungen Steuergrößen zugeordnet sind. Eine solche Signalverarbeitung ist bei Mikrocontrollern üblich. Entsprechend der jeweiligen Abweichung der Ist-Netzspannung von der Nennspannung liest der Korrekturblock (4) eine zugeordnete Steuergröße aus dem Wertespeicher (5) ab und legt diese an eine Impulspaketsteuerung (6).

Die Impulspaketsteuerung (6) schaltet einen elektronischen Schalter (7), beispielsweise Triac, der in Reihe zu einem elektrischen Strahlungsheizkörper (8) an der Netzspannung (N) liegt.

Der Strahlungsheizkörper (8) ist in Länge, Durchmesser und Art des ihn bildenden Widerstandsdrahtes so bemessen, daß er beim unteren Grenzwert (207 V) der Netzspannung (N) seine Nennleistung, beispielsweise 2100 W, liefert.

Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung ist im wesentlichen folgende:
Beim unteren Toleranzgrenzwert (207 V) der Netzspannung (N) arbeitet der Strahlungsheizkörper (8) mit seiner Nennleistung von 2100 W (vgl. Fig. 2a). Hierfür hält die Impulspaketsteuerung (6) während ihrer gesamten Zykluszeit (T) und damit über mehrere Zykluszeiten hinaus den Strahlungsheizkörper (8) ständig eingeschaltet (vgl. Fig. 2b3). Die Einschaltdauer beträgt also 100%.

Die Zykluszeit (T) umfaßt mehrere Perioden der Netzwechselspannung, beispielsweise beträgt sie 200 ms. Sie ist jedenfalls kürzer als die Zeit, die der Strahlungsheizkörper (8) zum Aufglühen benötigt. Dadurch, daß die Nennleistung des Strahlungsheizkörpers (8) auf 207 V ausgelegt ist und bei 207 V eine 100%-Einschaltdauer besteht, glüht dieser schnell auf.

Steigt die Netzwechselspannung, dann wird vom Mikrocontroller (1) eine Steuergröße an die Impulspaketsteuerung (6) gelegt, die die Einschaltdauer in ihrer Zykluszeit (T) (Tastverhältnis) entsprechend verringert. Fig. 2b2 zeigt die Einschaltdauer (D1) in der Zykluszeit (T) bei der Nennspannung von 230 V.

Bei weiter zunehmender Netzspannung verkürzt sich die Einschaltdauer (D1) in der Zykluszeit (T) entsprechend, so daß beim oberen Toleranzgrenzwert (241 V) die Einschaltdauer (T2) in jedem Zyklus vorliegt (vgl. Fig. 2b1).

Über eine Aufglühphase oder eine Ankochphase insgesamt gemittelt arbeitet der Strahlungsheizkörper (8) somit unabhängig von der Netzspannung mit seiner Nennleistung (2100 W), wie dies in Fig. 2a dargestellt ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung ist der Strahlungsheizkörper (8) wie oben beschrieben dimensioniert, so daß er beim unteren Toleranzgrenzwert (207 V) und bei 100%-Einschaltdauer (vgl. Fig. 3b3) seine Nennleistung von 2100 W erbringt. Bei der Ausführung nach Fig. 3 bleibt die 100%-Einschaltdauer erhalten, solange die Nennspannung (230 V) noch nicht erreicht ist (vgl. Fig. 3a, Fig. 3b2). Dies hat zur Folge, daß bei Netzspannungen zwischen 207 V und 230 V die Leistung des Strahlungsheizkörpers (8) entsprechend der Spannung ansteigt. Diese Leistungserhöhung begünstigt das schnelle Aufglühen des Strahlungsheizkörpers (8) und einen schnellen Ankochvorgang. Dabei kann die Leistung des Strahlungsheizkörpers (8) etwa 2500 W bis 2600 W erreichen.

Um den Strahlungsheizkörper (8) nicht länger dauernd mit dieser erhöhten Leistung zu belasten, kann über den Mikrocontroller (1) die Impulspaketsteuerung (6) so angesteuert sein, daß die Leistungserhöhung nur während einer begrenzten Zeitdauer nach dem Einschalten des Strahlungsheizkörpers möglich ist. Diese Zeitdauer entspricht beispielsweise etwa einer Aufglühphase oder einer Ankochphase und beträgt beispielsweise 1 min bis 10 min. Nach dieser Zeitdauer wird von der Impulspaketsteuerung (6) die Einschaltdauer reduziert. Die Dauer der erhöhten Leistung kann auch dadurch begrenzt werden, daß bei Erreichen einer gewünschten Temperatur der Kochstelle die Regelelektronik die zyklische Einschaltdauer herabsetzt.

Oberhalb der Nennspannung (230 V) erfolgt keine weitere Leistungserhöhung (vgl. Fig. 3a). Die Impulspaketsteuerung verkürzt die Einschaltdauer auf D3, wie dies in Fig. 3b1 gezeigt ist. Anstelle der Nennspannung kann auch ein anderer Spannungswert zwischen dem unteren und oberen Toleranzgrenzwert gewählt werden.

Aus Fig. 4, die den Stand der Technik darstellt, ist ersichtlich, daß die Nennleistung des Beispielsfall von 2100 W erst bei der Nennspannung 230 V erbracht wird. Der Strahlungsheizkörper (8) ist während der Zykluszeit (T) unabhängig von der Netzspannung ständig eingeschaltet, was einer 100%-Einschaltdauer entspricht. Die Leistung steigt mit dem Quadrat der Spannung.

Claims

1. Regelelektronik mit einem Strahlungsheizkörper für einen Kochherd, insbesondere mit einem Glaskeramikkochfeld, der an die elektrische Netzspannung angeschlossen ist, die um die Nennspannung einen Toleranzbereich mit einem unteren Toleranzgrenzwert und einem oberen Toleranzgrenzwert hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsheizkörper (8) derart ausgelegt ist, daß er seine Nennleistung bei dem unteren Toleranzgrenzwert erbringt, daß die Regelelektronik (1 bis 6) aus der jeweiligen Netzspannung und der Nennspannung eine Steuergröße für die zyklische Einschaltdauer des Strahlungsheizkörpers (8) bildet, daß die Steuergröße, wenn die Netzspannung beim unteren Toleranzgrenzwert liegt, - bei Vollast - eine zyklische Einschaltdauer von 100% einstellt und daß die Steuergröße, wenn die Netzspannung über dem unteren Toleranzgrenzwert liegt, eine verkürzte zyklische Einschaltdauer (D1, D2, D3) einstellt.

2. Regelelektronik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße bei Netzspannungen über dem unteren Toleranzgrenzwert die zyklische Einschaltdauer (D1, D2) jeweils derart verkürzt, daß der Strahlungsheizkörper (8) - bei Vollast - die Nennleistung erbringt.

3. Regelelektronik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße die zyklische Einschaltdauer erst bei einer Netzspannung oberhalb dem unteren Toleranzgrenzwert, beispielsweise bei Nennspannung, verkürzt.

4. Regelelektronik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verkürzung durch das Erreichen einer gewünschten Temperatur der Kochstelle begrenzt ist.

5. Regelelektronik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verkürzung auf die Ankochphase oder die Aufglühphase des Strahlungsheizkörpers (8) begrenzt ist.

6. Regelelektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit ihr Vollast oder Teillast des Strahlungsheizkörpers (8) einstellbar ist.

7. Regelelektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Mikrocontroller (1) aufweist, der über einen Analog/Digital-Wandler (2) die jeweilige Netzspannung mit der Nennspannung vergleicht und aus einem Wertespeicher (5) eine dem Vergleichsergebnis entsprechende Steuergröße für eine Impulspaketsteuerung (6) eines elektronischen Schalters (7) des Strahlungsheizkörpers (8) ableitet.