DE2643449A1

DE2643449A1 - Induktive heizung, insbesondere fuer elektrische kochherde

Info

Publication number: DE2643449A1
Application number: DE19762643449
Authority: DE
Inventors: Walter Hirschmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-09-27
Filing date: 1976-09-27
Publication date: 1978-03-30

Description

Induktive Heizung, insbesondere für elektrische Kochherde
Die Erfindung betrifft eine induktive Heizung, insbesondere für elektrische Kochherde, mit geringer Störstrahlung.
Die üblichen Kochplatten von elektrischen Herden bestehen aus einer Heizwendel, die in Keramik gelagert ist. Die in der Heizwendel erzeugte Wärme wird durch die Keramik auf die metallische Kochplatte übertragen. Diese erwärmt den daraufstehenden Kochtopf. Dabei ist ein guter Wärmekontakt wichtig, um Wärmeverluste zu vermeiden. Dazu muß sowohl die Kochplatte wie auch der Kochtopf möglichst plan sein. Den Vorteilen dieser konventionellen Lösung, wie einfacher Aufbau und mechanische Stabilität, stehen als Nachteile relativ große Wärmeverluste und die Notwendigkeit, spezielle Töpfe verwenden zu müssen, gegenüber.
Es ist auch schon versucht worden, die Wärmestrahlung für Heizzwecke einzusetzen. Hierzu werden Glühstäbe oder Glühlampen in einen Reflektor eingesetzt und die Strahlung auf das zu erwärmende Objekt gerichtet. Vorteile dieser Heizungsart sind die geringe Wärmekapazität des Heizers, die schnelle Erwärmung des Kochgutes, die Möglichkeit zur Verwendung beliebiger Töpfe und guter Wirkungsgrad. Nachteilig ist jedoch, daß die Heizkörper wegen der hohen Temperaturen stark bruchgefährdet sind. Auch müssen die Reflexionsspiegel von guter Qualität sein und das verwendete Isoliermaterial muß unbrennbar sein.
Es ist auch schon bekannt, Werkstücke aus elektrisch leitfahigern Material durch Einrirkung eines hochfrequenten Wechselfeldes induktiv zu erhitzen. Hierzu wird das Werkstück in eine Spule eingebracht. Das Hochfrequenzfeld erzeugt im Werkstück Ströme, die über den T/ilerstand des Werkstückes Wärme erzeugen.
Zur Erwärmung von Kochtöpfen mittels induktiver Energieübertragung müssen spiralförmig ausgebildete flache Spulen verwendet werden. Diese Spulen besitzen jedoch ein großflächiges, weit in den Raum abstrahlendes Wechselfeld, welches dementsprechend starke Störungen erzeugt. Hochfrequente Störfelder dürfen jedoch gesetzlich vorgeschriebene Maximalwerte nicht überschreiten. Es müssen also Maßnahmen ergriffen werden, um die Störfelder solcher induktiv beheizter Herde in diesen Grenzen zu halten.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die induktive Erwärmung speziell für die Kochstellen elektrischer Haushaltsherde anwendbar zu machen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Grundplatte aus ferromagnetischem Material mit-an der Oberseite eingearbeiteten Nuten, durch eine in die Nuten eingelegte bifilare oder mäanderförmige, flache Wicklung und durch einen Generator, der eine möglichst sinusförmige, hochfrequente Spannung an die Wicklung liefert.
Damit ergeben sich die Vorteile, daß die Kochplatte kalt bleibt, daß sie eine geringe Wärmekapazität besitzt, daß die Wärme direkt im Werkstück bzw. im Kochtopf erzeugt wird, daß die Kochtöpfe keinen extrem planen Boden benötigen und daß ein guter Wirkungsgrad erzielbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Fig. 1 zeigt in geschnittener Darstellung eine erfindungsgemäße Heizplatte. Man erkennt eine Grundplatte 1 aus Ferrit mit an der Oberseite eingearbeiteten Nuten 3, in die eine Wicklung 2 eingelegt ist. An die Wicklung 2 wird über Anschlußleitungen 6 eine hochfrequente Spannung U3 - im Frequenzbereich zwischen 20 und 40 kHz - geliefert. Auf der Oberseite der Grundplatte 1 befindet sich eine Abdeckplatte 4 aus wärmeisolierendem Material, z.B.
aus Keramik. Auf dieser Abdeckplatte 4 steht ein Topf 5, dessen Boden durch das in der Wicklung 2 erzeugte Hochfrequenzfeld direkt erwärmt wird.
Fig. 2 zeigt in Draufsicht eine erste Ausführungsform der Grundplatte 1. Man erkennt die eingearbeiteten Nuten 3 und die in diese Nuten eingelegte Wicklung 2, wobei diese Wicklung als Mäanderspule ausgeführt ist.
Fig. 3 zeigt eine weitere Anordnung der Wicklung 2 in der Grundplatte 1. In diesem Fall ist die Wicklung als bifilare Spirale ausgeführt.
Durch die mäanderförmige bzw. bifilare Ausbildung der Wicklung 2 erreicht man, das das hoch!~equente Fernfeld weitgehend komnensieht wird während das Nahfeld voll wirksam bleibt. Eine zusätzliche Konzentrierung des Hochfrequenzfeldes auf das Werkstück bzw. den Kochtopf wird durch die magnetische Leitwirkung der Ferritgrundplatte erreicht.
Fig. 4 zeigt einen thyristorgesteuerten Halbbriicken-Wechs elri chter, wie er vorzugsweise als Generatcr eingesetzt werden kann.
Tn dem rechten Brückenzweig liegen zwei Thyristoren Th1, Th2, im linken Brückenzweig liegen zwei Kondensatoren C2,C3, in der Brückendiagonalen liegt die Wicklung 2, hier dargestellt durch ihre Induktivität L1.
Die Kondensatoren C2 und C3 sind in ihrer Größe vorzugsweise so gewählt, daß sie mit der Induktivität L1 in Resonanz sind. Für die periodische Abschaltung der Thyristoren Th1 bzw. Th2 ist ein Kommutierkreis hoher Güte erforderlich, der aus den Kondensatoren C2 + C3 und der Induktivität L1 besteht. Je größer die entnommene Leistung ist, desto kleiner muß die charakteristische Impedanz des Kommutierkreises sein Die Periodenlänge des Serienschwingkreises muß kleiner sein als die halbe Periode der Generetor-Grundfrequenz, damit ein sicheres Löschen jedes Trhyristors möglich ist. Die Schaltung enthält parallel zu den Thyristoren Rückstromdioden D1 bzw. D2 sowie je ein RC-Glied R1,C4 bzw. R2,C5, die die Uberschwinger der Spannung dämpfen und zur Erzielung der entsprechenden Spannunesteilheiten dienen. Die Induktivitäten L2 bzw. L3 in Serie zu den Thyristoren Th1 bzw.
Th2 bewirken, daß beim Zünden der Thyristoren eine Verzögerung des Stromanstiegs entsteht. Bezüglich weiterer Einzelheiten zu der Generatorschaltung sowie bezüglich der Erzeugung der Steuerspannungen Ust1 bzw. Ust2 verweisen wir auf das Buch "Siemens-Schaltbeispiele11, Ausgabe 1976/77, Seiten 155 bis 158.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen die Verläufe der verschiedenen Spannungen in der Schaltung der Fig. 4.
Fig. 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Speisespannung U1 am Ladekondensator C1 bei Verwendung einer Brückengleichrichtung.
Fig. 6 zeigt den Verlauf der hochfreqllenten Spannung. Die Einhüllende der Hochfrequenz U2 entspricht der Gleichspannung U1.
Fig. 7 zeigt den Verlauf der Spannung U3 bei einer Frequenz von 25 kHz. Auf Grund der Resonanz zwischen den Kondensatoren C2 bzw. C3 und der Induktivität L1 hat diese Spannung einen nahezu sinusförmigen Verlauf, wodurch die Hochfresuenzst8rungen zusätzlich atark reduziert sind. Die Spannung kann sehr hohe Scheitelwerte erreichen, wenn Leerlauf gegeben ist und keine die Spannung U3 begrenzenden Maßnahmen getroffen werden. Falls die Bauelemente bei der Schaltfrequenz nicht in Resonanz sind, erhält man eine reine Rechteckspannung mit starkem Oberwellengehalt.
6 Patentansprüche 7 Figuren

Claims

Patentansprtiche 1. Induktive Heizung, insbesondere für elektrische Kochherde, mit geringer Störstrahlung, gekennzeichnet durch eine Grundplatte (1) aus ferromagnetischem Material mit an der Oberseite eingearbeiteten Nuten (3), durch eine in die Nuten (3) eingelegte bifilare oder mäanderförmige flache Wicklung (2) und durch einen Generator, der eine möglichst sinusförmige hochfrequente Spannung (U3) an die Wicklung (2) liefert.
2.) Heizung nach. Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Ferrit für die Grundplatte (1).
3.) Heizung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Abdeckplatte (4) aus warmeisolierendem Material, z.B. Keramik, auf der mit den Nuten (3) versehenen Oberfläche der Grundplatte (1).
4.) Heizung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine mäanderförmige Ausbildung der Wicklung (2).
5.) Heizung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine spiralförmige bifilare Ausbildung der Wicklung (2).
6.) Heizung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Aushildung des Generators als thuristorgesteurter Halbbrücken-Wechselrichter, wobei die nicht mit Thyristoren (Th1, Th2) ausgerüsteten Brückenzweige mit Kondensatoren (C2, C3) bestückt sind, die bei der Frequenz des Wechselrichters mit der Induktivität (L1) der T.Ticklung (2) in Resonanz sind.