DE19701881A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Regelung von Kochprozessen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren die zur Kochpunkterkennung und Intensitätsrege­ lung insbesondere auf Glaskeramik-Kochmulden geeignet sind. Sie beruht auf dem Prinzip, daß kochende oder zu Kochen be­ ginnende (wasserhaltige) Flüssigkeiten Geräusche, sogenann­ te Kochgeräusche imitieren. Aus diesen Kochgeräuschen kön­ nen Rückschlüsse über den Kochzustand und zur Regelung der Leistungszufuhr verwendet werden.

Zur Detektion der Kochgeräusche ist es denkbar Luft­ schallaufnehmer (Mikrophone) und Körperschallaufnehmer zu verwenden. Durch diese lassen sich zwar die Kochgeräusche detektieren, doch ist eine Zuordnung bei zwei oder mehr im Einsatz befindlichen Kochplatten bisher nicht möglich, da sich die Kochgeräusche von verschiedenen Kochgeschirr über­ lagern bzw. gegenseitig beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit der der Kochzustand des In­ halts eines Kochgeschirrs eindeutig detektiert werden kann.

Als weitere Aufgabe der Erfindung soll der Kochzustand au­ tomatisch geregelt werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erfassung der Schwingungen eines über eine Kochstelle beheizten Kochge­ schirrs gelöst, mit einem Sensor zur Detektion der Schwin­ gungen sowie Mitteln zur Erfassung der Schwingungsfrequen­ zen, wobei der Sensor kapazitiv ausgebildet ist und die Schwingungen des Kochgeschirrs die Kapazität des Sensors verändern.

Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden als kapazitiver Sensor Leiterbahnen verwendet, die unter­ halb oder zwischen der - insbesondere aus Glaskeramik - be­ stehenden Kochstelle aufgebracht sind. Bei dieser Anordnung bilden das Kochstellenmaterial und der Topf das Dielektri­ kum, so daß die Schwingungen des Topfes unmittelbar die Ka­ pazität verändern.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird der Boden des Kochgeschirrs als eine Elektrode und mindestens eine Leiterbahn, die insbesondere unterhalb oder zwischen einer Glaskeramik-Kochstelle aufgebracht ist, als zweite Elektrode verwendet. Auf diese Weise kann die Kapa­ zitätsmessung und die Erfassung der Schwingungen des Koch­ geschirrs nach dem Prinzip eines Kondensatormikrophons de­ tektiert werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Erfassung der Schwingungen be­ steht darin, diese induktiv zu erfassen. Dabei kann eine Anordnung verwendet werden, bei der Schwingungen des Topfes die magnetische Feldstärke der Spule verändern.

Die Schwingungen werden vorteilhaft durch die Frequenzände­ rungen eines LC-Schwingkreises detektiert.

Die Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung des Kochvor­ gangs wird im folgenden Ausführungsbeispiel anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen mit Flüssigkeit oder Gargut gefülltes Kochgeschirr,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erfassung der Schwingungen eines Kochgeschirrs,

Fig. 3 das Frequenzspektrum der Schwingungen eines Kochfeldes beim Kochvorgang.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Kochgeschirr KG, das mit Flüssigkeit oder Gargut gefüllt ist. Heizt man dieses Kochgeschirr auf einer Kochstelle auf, so wird es in mechanische Schwingungen versetzt, die durch Wasser­ dampfbildung, CO und CO₂-Austreibung bei Kochbeginn und beim Fortkochen erzeugt werden. Der Kochvorgang setzt da­ bei zuerst bei einer Topfbodenoberseitentemperatur von T1 größer gleich 100 Grad Celsius und einer durchschnittlichen Temperatur von T2 = ca. 90 Grad ein.

Die durch die Wasserdampfbildung, CO und CO₂-Austreibung hervorgerufenen Schwingungen übertragen sich auf das Koch­ geschirr selbst, das dadurch auf der Kochstelle Mikrobewe­ gungen ausführt. Diese Mikrobewegungen können dazu genutzt werden, daß sie die Kapazität oder Induktivität eines ka­ pazitiven oder induktiven Sensors beeinflussen und somit über einen Schwingkreis detektiert werden können. Dieses Verfahren wird im folgenden anhand der Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine Kochmulde KM aus Glaskeramik mit vier Kochstellen KS. An der Unterseite der Kochstellen sind Leiterbahnen L aufgebracht, die als Kondensatoren wirken, wobei die Glaskeramik das Dielektrikum darstellt. (Im Aus­ führungsbeispiel werden der Übersichtlichkeit nur die Leiterbahnen einer Kochstelle gezeigt.) Die Leiterbahnen L werden über Kontaktierungspunkte an einen LC-Oszillator geführt. Dem LC-Oszillator ist ein Frequenz-Demodulator FM nachgeschaltet, der an seinem Ausgang ein niederfrequentes Signal (NF-Signal) erzeugt, das über zwei Bandpaßfilter (F1, F2) auf einen Analog-Digitalwandler AD geführt wird. Der digitale Ausgang des Analog-Digitalwandlers AD ist auf eine Zentral-Prozessoreinheit CPU geführt. Der Zentral-Prozessoreinheit CPU werden an einem zweiten Eingang die Signale eines Funktionswahlschalters FW, der beispielswei­ se von einer Bedienperson eingestellt wird, zugeführt.

Die Ausgangssignale der Zentralprozessoreinheit CPU werden auf ein Stellglied SG gegeben, das den Koch stellen-Heizelementen die den Ausgangssignalen entsprechenden Lei­ stungen zuführt.

Der Erfindung liegt dabei folgendes Verfahren zugrunde:
Die Schwingungen des Kochgeschirrs KG beim Kochvorgang führen zu einer kapazitiven bzw. zu einer induktiven Ände­ rung der Meßeinrichtung und damit zu einer Frequenzände­ rung des LC-Schwingkreises. Über die Zeit betrachtet füh­ ren die Schwingungen des Kochgeschirrs KG, die im Bereich von 0 bis 5 kHz des NF-Signals liegen, zu einer Frequenz­ modulation des HF-Signals im Bereich zwischen etwa 0,1 bis 10 MHz des LC-Schwingkreises. Um das für die weitere Aus­ wertung benötigte NF-Signal zu erhalten, wird das fre­ quenzmodulierte HF-Signal über einen FM-Demodulator demo­ duliert und verstärkt.

Im Frequenzbereich zwischen etwa 0 bis 5 kHz des NF-Signals treten, wie in Fig. 3 gezeigt, zwei entscheidende Frequenzspektren S1, S2 auf. Das eine Spektrum S1 kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 1,5 und 2 kHz liegen und signalisiert mit seiner Amplitude den Beginn des Kochens. Dies setzt bei einer Topfbodenoberseitentem­ peratur T1 von größer gleich 100 Grad Celsius und einer durchschnittlichen Wassertemperatur T2 von ca. 90 Grad Celsius ein. Dieses Spektrum S1 ist bis zu einer Wasser­ temperatur von 100 Grad Celsius nachweisbar und dient er­ findungsgemäß zur Regelung des Ankochvorganges. Dies hat den entscheidenden Vorteil, daß bis zu Kochbeginn mit 100% Heizleistung gefahren und so die Ankochzeit minimiert wer­ den kann und weiterhin eine rechtzeitige Reduzierung der Heizleistung zur Vermeidung des Überkochens erzielt wird.

Das zweite Spektrum 52 kann beispielsweise in einem Be­ reich zwischen 0,2 und 1 kHz liegen und signalisiert mit seiner Frequenz die Gesamtmasse aus Topf plus Inhalt und mit seiner Amplitude die Kochintensität. Die Höhe der Amplitude wird erfindungsgemäß zur Regelung der Kochinten­ sität herangezogen.

Als Vorteile der Erfindung können insbesondere genannt werden, daß beim Ankochvorgang 100-% Heizleistung möglich ist, die Regelung restwärmeunabhängig sowie unabhängig von der Last ist, d. h. unabhängig davon, ob kleine oder große Töpfe, geringe oder maximale Füllung verwendet werden, da die Frequenzspektren bei jedem Topf und jeder Füllung ge­ messen werden können. Die Regelung ist ebenfalls unabhän­ gig von der Topfbodengüte, da auch ein konvexer oder kon­ kaver Topfboden durch seine Schwingungen die Kapazität verändert. Außerdem sind geringstmögliche Ankochzeiten er­ zielbar, da eine direkte Temperaturüberwachung stattfindet und auf einen mechanischen Schutztemperaturbegrenzer ver­ zichtet werden kann. Ein Überkochen kann immer vermieden werden, da die Kochtemperatur exakt eingehalten werden kann. Außerdem kann festgestellt werden, ob sich leerge­ kochte Töpfe auf der Kochstelle befinden, da bei diesen keine Schwingungen mehr auftreten. Weiterhin ist die Kochintensität mit diesem Verfahren stufenlos und last­ unabhängig regelbar.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Erfassung der Schwingungen eines über eine Kochstelle beheizten Kochgeschirrs, mit einem Sensor zur Detektion der Schwingungen sowie Mitteln zur Erfassung der Schwingungsfrequenzen, wobei der Sensor kapazitiv oder induktiv ausgebildet ist und die Schwingungen des Kochge­ schirrs die Kapazität oder Induktivität des Sensors verän­ dern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei als Sensor Leiterbah­ nen verwendet werden, die unterhalb oder zwischen der - insbesondere aus Glaskeramik - bestehenden Kochstelle aufge­ bracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Boden des Kochge­ schirrs eine Elektrode und mindestens eine Leiterbahn, die insbesondere unterhalb oder zwischen einer Glas­ keramik-Kochstelle aufgebracht ist, die zweite Elektrode bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine minde­ stens eine Windung aufweisende, induktive Leiterbahnanord­ nung vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Mittel zur Erfassung der Schwingungsfrequenzen ein Schwingkreis, insbesondere ein LC-Schwingkreis, verwendet wird.

6. Verfahren zur Regelung des Kochvorgangs von über eine Kochstelle beheizten Kochgeschirrs, wobei

• 6.1 die Schwingungen des Kochgeschirrs über einen Kapazi­ täts- oder Induktivitätssensor, dessen Kapazität oder In­ duktivität schwingungsabhängig ist, erfaßt werden.
• 6.2 der Kochvorgang in Abhängigkeit von der Amplitude be­ stimmter Frequenzspektren geregelt wird.