DE2901556A1

DE2901556A1 - Kocheinrichtung zur induktiven beheizung eines kochgefaesses

Info

Publication number: DE2901556A1
Application number: DE19792901556
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Goessler; Friedrich Dipl Phys Koch
Original assignee: EGO Regeltechnik GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 1979-01-16
Filing date: 1979-01-16
Publication date: 1980-07-24
Also published as: US4303816A; IT8019212A0; ATA819679A; GB2041583B; GB2041583A; AT388637B; ES487716A1; FR2447128A1; JPH0230150B2; IT1129512B; CH645229A5; FR2447128B1; US4381438A; JPS55124982A

Description

Anmelderin: E.G.O. Regeltechnik GmbH 6833 Waghäusel

Kocheinrichtung zur induktiven Beheizung eines Kochgefäßes

Die Erfindung betrifft eine Kocheinrichtung zur induktiven Beheizung eines Kochgefäßes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das induktive Beheizen von Kochgefäßen hat den Vorteil,daß die Wärme unmittelbar im Kochgefäß entsteht und daher Wärmeübertragungsprobleme nicht auftreten. Zur Leistungssteuerung kann entweder die Arbeitsfrequenz verändert werden oder die Leistung getaktet werden. Wegen der geringen Trägheit der induktiven Kochstelle ergeben sich hierbei allerdings Schwierigkeiten, weil die Taktimpulse sehr schnell aufeinander folgen müssten. Es ist jedoch in der DE-OS 26 33 741 bereits vorgeschlagen worden, die der Induktionsheizspule zugeführte Hochfrequenz mit einer so hohen Taktfrequenz zu takten, daß ein in seiner Größe

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noch zu vertretender Glättungskondensator eingangsseitige Stromschwankungen auffängt. Damit werden die Rückwirkungen vermindert oder ausgeschaltet, die eine zu schnelle Takt-Impulsfolge anderenfalls auf das Netz ausüben würde.

Bei den bekannten Kocheinrichtungen mit induktiver Beheizung wird die Leistungseinstellung von Hand vorgenommen. Es handelt sich also um eine Leistungssteuerung. Eine temperaturabhängige Regelung macht Schwierigkeiten. Die Kochfläche, d.h. die Aufstellfläche für das Kochgefäß, besteht vorzugsweise aus nichtmetallischem Material. Wenn metallisches Material verwendet wird, kommt dafür nur nicht-ferromagnetisches Material in Frage, das einerseits keine magnetische Abschirmung der Induktionsspule darstellt und andererseits wegen der zu seiner Dicke vergleichsweise großen Eindringtiefe der elektromagnetischen Feldlinien keine wesentliche Leistung aufnimmt. Um die vollen Vorteile eines Induktionsherdes erreichen zu können, muß diese relativ dünne Aufstellfläche für das Kochgefäß über mehrere Kochstellen hinweg reichen. Aus diesem Grunde würden Durchbrüche für Temperaturfühler stören, weil dadurch die Festigkeit der Aufstellfläche sehr stark leiden würde. Außerdem würden hier Durchbrüche entstehen, die es verhindern, daß der unter der Aufstellfläche liegende Raum gegen Feuchtigkeit etc. gesichert ist.

Auch andere Kontaktwärmefühler wären ungeeignet, weil dann wieder ein absolut ebener Boden der Kochgefäßc zu fordern wäre, der ansich für die induktive Beheizung nicht notwendig ist. Auf jeden Fall wäre, in diesem Falle die Reproduzierbarkeit der Temperaturregelung schlecht.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Kocheinrichtungen zur

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induktiven Beheizung von Kochgeräten eine temperaturabhängige Regelung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Derartige, der Dampfentwicklung im Kochgefäß ausgesetzte Fühlereinheiten sind für den Betrieb mit üblichen Kochplatten bekannt und beispielsweise unter dem Namen "EGOMAT" in der Praxis vielfach verwendet worden.Sie sind in den DE-PS 1 022 331 und 1 O29 502 beschrieben worden. Auch eine Ausführung mit drahtloser Verbindung zwischen der auf den Kochtopfdeckel aufgesetzten Fühlereinheit und dem Steuer- und Regelteil ist aus der DE-PS 21 61 371 bekannt geworden. Die Verwendung im Zusammenhang mit Induktions-Kocheinrichtungen ist jedoch neu und bringt erstaunliche Vorteile mit sich. Die geringe Wärmeträgheit der Induktionsbeheizung, die lediglich durch die Wärmespeicherfähigkeit des Kochtopfbodens bestimmt ist, ermöglicht es,mit der im wesentlichen auf die Dampfentwicklung ansprechenden Fühlereinheit eine außerordentlich feinfühlige Regelung durchzuführen, die frei von einem "überschießen" beim Eintreten des Siedens ist und die es sogar ermöglicht, Milch oder andere aufgrund einer Ilautbildung zum überkochon neiqondn Speisen ohne wpJlerr'r: nutojim t l;:ch vom Ankochen bis zum Woiterkochen zu regeln.

Weitere Vorteile und Merkmale dor Krfinching und von bevorzugten Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine scheraatische Darstellung bzw. ein Blockschaltbild einer Kocheinrichtung,

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die mehrere Kochstellen hat, von denen jedoch nur eine vollständig dargestellt ist,

Fig.2 und 3 andere Ausführungsformen der Fühlereinheit in schematischer Darstellung und

Fig. 4 eine weitere Variante der Fühlereinheit und eines Teils des zugehörigen Steuergerätes.

In Fig.1 ist eine Kocheinrichtung 11, beispielsweise ein Herd dargestellt der als Kochfläche eine Platte 12 aus einem vorzugsweise nichtmetallischen und auf jeden Fall nicht ferromagnetischen Material besitzt, auf die Kochgefäße 13 aufstellbar sind, deren Boden aus einem ferromagnetischen Material besteht, das geeignet ist, ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld infolge von Wirbelströmen in Wärme umzusetzen.

Unter der Platte 12 sind an den Kochstellen 14,15 Induktionsheizspulen 16 angeordnet, die mit einem hochfrequenten Wechselstrom beaufschlagt werden, der aus einem strichpunktiert angedeuteten Steuergerät 17 kommt.

Das Steuergerät 17 ist über Anschlüsse 18 an das Haushaltsstromnetz angeschlossen und enthält eine doppelpolige Abschaltung 19,mit der das Gerät im Auszustand vom Stromnetz getrennt werden kann,und einen Wechselrichter/Leistungsteiler 20, in dem der Wechselstrom des Haushaltsnetzes normalerweise zuerst gleichgerichtet und danach durch einen Wechselrichter in eine hochfrequente Wechselspannung von über 20 KH/. umqeformt wird. Außerdem ermöglicht der Wechselr ichter/Le i !iLuncjst.oller die Ilerabsel zuncj der Höchstleistung

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auf eine oder vorzugsweise mehrere der ansich bekannten Arten,Zum einen kann durch eine Änderung bzw. Herabsetzung der Arbeitsfrequenz die Grundleistung wahlweise herabgesetzt werden, und außerdem kann durch eine Taktung eine Änderung der Gesamtleistung oder der herabgesetzten Teilleistung vorgenommen werden. Diese Taktung kann beispielsweise mit einer sehr hohen Taktfrequenz im Bereich zwischen 2 und 100 Hz vorgenommen werden und durch einen Stützkondensator können die negativen Rückwirkungen auf das Netz sowie eventuelle Netzstörungen praktisch ausgeschaltet werden.

Zum Steuergerät 17 gehört ferner ein Regel- und Steuerteil 21, der zu seiner eigenen Stromversorgung ebenfalls an das Netz angeschlossen ist. Zur Sollwerteinstellung besitzt der Regel- und Steuerteil einen einstellbaren Widerstand 22, der an einem Einstellknopf 23 ausregelbar ist, der auch die doppelpol ige Abschaltung 19 steuert,.

An das Regel- und Steuerteil 21 ist über einen Steckanschluß eine Fühlereinheit 25 angeschlossen, die auf dem Kochgefäß 13, und zwar an einer öffnung seines Deckels 26,angeordnet ist. Der Deckel 26 hat eine von einem Rand begrenzte öffnung 27, auf die die Fühlereinheit 25 aufgesetzt ist und in die sie mit einem vorspringenden Teil 28 teilweise hineinragt, oder über der Öffnung liegt.

Im Kochgefäß entstehender Dampf tritt aus der öffnung 27 aus und streicht dabei unmittelbar an dem vorspringenden Teil 28 der Fühlereinheit vorbei, in der sich der Temperaturfühler 29 befindet. Bei Fig.1 ist der Temperaturfühler eine Ausdehnungsdose, die mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt ist und ihre Ausdohnungsbewegung auf einen Schnappschalter 30 überträgt, der bei Fig.1 ein Doppelschnappschalter

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ist, dessen beide Kontakte an zwei Seiten einer gemeinsamen Federbrücke angeordnet und normalerweise geschlossen sind. Die Stromzuleitung erfolgt über die Stützlage der die Schnappwirkung erzeugenden Fedorzungen. Die als "öffner" konzipierten Schaltkontakte könnten auch als "Schließer" ausgebildet sein.

Neben der einen vollständig, wenn auch schematisch, dargestellten Kochstelle ist noch eine weitere Kochstelle teilweise angedeutet, die eine gleiche Induktionsspule und ein gleiches Steuergerät hat. Die Fühlereinheit 25 mit ihrem im Steckanschluß 24 endenden Suleitungskabel, das im vorliegenden Falle in einen Dreifachstecker 31 einsteckbar ist, kann auch in den gleichen Stecker 31 der zweiten Kochstelle 15 gesteckt werden und regelt dann diese.

Die Kocheinrichtung nach Fig.1 arbeitet wie folgt:

Nach dem Aufsetzen des Kochgefäßes 13 wird am Einstellknopf 23 die gewünschte Leistungsstufe (Kochstufe) eingestellt. Die Induktionsspule 16 wird von dem Wechselrichter/ Leistungsteiler 20 anfänglich mit der vollen Frequenz und dornentsprechcmd der vollen Auslcgungsleistung der Kochstelle beaufschlagt. Die hochfrequenten Wechselfelder wandeln sich im Kochtopfboden durch Wirbelströme in Wärme um und erhitzen das Kochgut. In der Fühlereinheit sind während des Aufheizens beide Kontaktpaare 33, 34 geschlossen. Es wäre auch möglich, den Regel- und Fteuerteil so auszulegen, daß auch beim Aufheizen nicht die volle Leistung freigesetzt wird, sondern eine getaktete Teilleistung entsprechend der Einstellung des Leistungsstellers 22.

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Kurz unterhalb der Hochtemperatur hat sich die Ausdehnungsdose 29 soweit erwärmt, daß ihre Ausdehnung das Kontaktpaar 34 öffnet. Der Doppelschnappschalter 30 ist bei seinen beiden Kontaktpaaren auf unterschiedliche Temperaturen einjustiert. Das Öffnen des Kontaktpaares 34 bildet ein Regelsignal, das über den Regel- und Steuerteil 21 den Wechselrichter/Leistungsteiler 20 dazu veranlaßt, von einer hohen Ankochleistung auf eine niedrigere Fortkochleistung umzuschalten. Wenn dann die Kochtemperatur erreicht ist, so erhitzt sich die Ausdehnungsdose 29 infoige des den Vorsprung 28 kondensierenden Dampfes außerordentlich schnell auf die Dampftemperatur, so daß nun auch der höher justierte Kontakt 33 geöffnet wird. Dies ist ein Regelsignal, das ebenfalls über den Regel- und Steuerteil 21 den Wechselrichter/Leistungsteiler dazu veranlaßt, die nun wesentlich niedrigere Fortkochleistung zu takten. Im einfachsten Falle könnte dies dadurch geschehen, daß beim öffnen des Kontaktpaares 33 die Leistung abgeschaltet,und beim Wiederschließen des Kontaktpaares 3 3 wieder angeschaltet wird. Die Rückwirkungen auf des Netz wären nicht so stark, weil die Fortkochleistung unter 50%, vorzugsweise 1/5 bis 1/3 der Au5ilc>cjuncji;lo i f;t uncj ΙκΊ-r.'iql und daher die Schalthäufigkeit relativ gering und die Rückwirkungen nicht so schwerwiegend Bind. Kb hai. sich gezeigt, daß die Steuerung außerordentlich exakt erfolgt und eine einwandfreie Taktung ergibt.

Wenn diese Art der Taktung wegen der Netzrückwirkung nicht in Kauf genommen werden kann, so ist es auch möglich, das öffnen des Kontaktpaares 33 als ein Regelsignal zu verwenden, die eine Taktung mit einer hohen Taktfrequenz,wie vorstehend beschrieben, in Gang setzt.

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Die zuletzt erwähnte Art der Regelung könnte besonders vorteilhaft auch mit einer Fühlereinheit 25a erreicht werden, bei der in der Fühlereinheit lediglich ein temperaturabhängiger Widerstand 35 (NTC oder PTC) angeordnet ist. Dabei wäre es möglich an einem festen oder entsprechend der Sollwerteinstellung veränderlichen Schaltpunkt die Umschaltung auf Fortkochleistung und danach die Taktung vorzunehmen.

Bei -der Ausführung nach Fig.3 enthält die Fühlereinheit 25b eine Ausdehnungsdose 2 9b, die auf einen Einfach-Schnappschalter 30b einwirkt. Beim ersten Schalter wird auf Fortkochleistung umgeschaltet und anschließend diese Leistung getaktet. Die Ausdehnungsdose 29 b kann in diesem Falle mit einer Flüssigkeit gefüllt sein, die bei einer fest eingestellten Temperatur kurz unterhalb des Siedepunktes von Wasser siedet und dadurch einen plötzlichen Druckanstieg und eine sichere und schnelle Schaltung des Schalters 30b erzeugt.

Bei der Ausführungsform nach Fig.4 enthält die Fühlereinheit 25c ebenfalls einen temperaturabhängigen Widerstand 35, der an einen in der Fühlereinheit 25c vorgesehenen Sender 36 angeschlossen ist, der von einer Batterie 37 gespeist wird. Dieser Sender sendet Regelsignale in Form von elektromagnetischen Wellen aus, die von einem Empfänger aufgefangen und dem Regel- und Steuerteil 21 in gleicher Weise zugeführt werden, wie bei der Ausführungsform nach Fig.1. Auch hier ist es möglich, zuerst eine Umschaltung auf Fortkochleistung und danach deren Taktung vorzunehmen.

Einzelheiten einer Fühlereinrichtung nach Fig.4 sind aus der DE-PS 21 61 371 bekannt .Es ist auch eine Übertragung mit Ultraschall oder Infrarot möglich. Es ist auch möglich,durah die Fühlereinheit nur eine Umschaltung auf Fortkochleistung vorzunehmen und die Lei-

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stungsanpassung im übrigen manuell durch den Sollwertsteller 22 vornehmen zu lassen. Die Verknüpfung der Fühlereinheit 25 mit dem Steuergerät ist vorzugsweise derart, daß die Handsteuerung über den Einstellknopf 23 auch ohne Temperatureinwirkung auf die Fühlereinheit möglich ist.

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Claims

Ansprüche

Kocheinrichtung zur induktiven Beheizung eines Kochgefäßes mit einer Induktionsheizspule und einem Steuergerät zur manuellen Leistungssteuerung der Heizleistung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät (17) ein temperaturabhängiges Steuer- und Regelteil (21) zugeordnet ist, zu dem eine auf das Kochgefäß (13) aufsetzbare, der Dampfentwicklung im Kochgefäß ausgesetzte Fühlereinheit (25,25a bis c) gehört, die temperaturabhängige Regelsignale an das Steuer- und Regelteil (21) abgibt.
2. Kocheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinheit (25,25b) auf eine Schalttemperatur unterhalb des Siedepunkte:; von Wasser fest eingestellt ist und der Einwirkung des Dampfes des Kochgutes ausgesetzt ist.

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3. Kocheinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinheit (25,25b) einen Schalter (30,3Ob) zur Umschaltung des Steuergerätes (17) von einer hohen Ankochleistung auf eine niedrigere Weiterkochleistung aufweist bzw. betätigt.
4. Kocheinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinheit(25) wenigstens zwei Schalter bzw. Schaltkontaktpaare (33,34) aufweist bzw. betätigt, die in ihrer Ansprechtemperatur gegeneinander verjustiert sind, von denen der niedriger justierte (34) eine Umschaltung von Ankoch- auf Weiterkochleistung und der höher justierte (33) die Weiterkochleistung regelt.
5. Kocheinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinheit (25a,25c) ein temperaturempfindliches elektrisches oder elektronisches Fühlerbauteil (35) (z.B. NTC- oder PTC-Widerstand) aufweist, mittels dessen Regelsignalen des Steuergerät (17) zu einer der jeweiligen Fühlertemperatur zugeordneLen Leistungsverminderung steuerbar ist.
6. KocheinrichLung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinheit (25) durch Umschalten oder Umstecken unterschiedlichen Kochstellen einer Kocheinrichtung zuzuordnen ist.

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