DE3903978C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtkochstelle mit einer inneren und mindestens einer weiteren, die innere um­ schließenden Infrarotröhre.

Lichtkochstellen mit Infrarotröhren sind an sich bekannt.

Beispiele hierfür ergeben sich aus der EP 01 64 900 A1 sowie aus der GB 22 03 619, wobei die letztgenannte Druckschrift eine Anordnung zeigt, bei der eine äußere Infrarotröhre eine innere Infrarotröhre umschließt.

Infrarotröhren erlauben durch den hohen Anteil an Infrarot­ strahlung ein äußerst schnelles Ansprechen auf Änderungen einer Reglereinstellung, ähnlich, wie dies bei Gas-Kochstellen der Fall ist. Der Vorteil in der Praxis liegt in kurzen Ankoch­ zeiten sowie hohen Leistungen bei einem großen Regelungsbe­ reich.

Die verwendeten Infrarotröhren zeichnen sich aus durch geringe thermische Trägheit. In einer derartigen Infrarotröhre, die mit Schutzgas gefüllt ist, wird ein Wolframdraht bis auf ca. 2000°C aufgeheizt. Der Wolframdraht verändert dabei in starkem Maße seinen Widerstand, wobei Erfahrungswerte zeigen, daß der Widerstand des Wolframdrahtes im erhitzten Zustand etwa um den Faktor 10 höher ist als im kalten Zustand.

Diese Eigenart der Infrarotröhren zwingt dazu, bei der Re­ alisierung einer Lichtkochstelle Maßnahmen zu treffen, um unerwünschte Rückwirkungen auf das Stromnetz zu vermeiden.

Einerseits ist dafür zu sorgen, daß beim erstmaligen Ein­ schalten der Infrarotröhren die Stromstärke nicht ein zu hohes Maß erreicht und andererseits ist zu beachten, daß die hierfür erforderlichen Maßnahmen zur Anlaufstrombegrenzung keine negativen Flickerwirkungen hervorrufen.

Die vorgenannten möglichen Netzrückwirkungen sind in der Fach­ welt bekannt und es gibt auch verschiedene Vorschläge, um die entsprechenden Netzrückwirkungen zu vermeiden. Als Beispiele hierfür können die DE 30 03 451 A1, die DE 37 26 535 A1, die DE 35 39 581 A1, die AT 3 82 282 B sowie die DE 24 34 907 A1 ge­ nannt werden.

Die bislang bekannten Vorschläge ermöglichen jedoch noch keine zufriedenstellende Realisierung einer Lichtkochstelle, die in Form und Größe veränderlich ist. Dies liegt insbesondere da­ ran, daß bei vorbekannten Lichtkochstellen mit mindestens zwei Infrarotröhren diese jeweils parallel geschaltet und nur ge­ meinsam betreibbar sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtkochstelle der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welche in Form und Größe veränderlich ist und dabei allen elektrischen Anforderungen gerecht wird sowie einen platzsparenden und kostengünstigen Aufbau ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Lichtkochstelle mit

• a) einer inneren und mindestens einer weiteren, die innere um­ schließenden Infrarotröhre 2, 3,
  • a1) welche zur Darstellung einer in Form und Größe veränder­ lichen Kochstelle einzeln oder gleichzeitig betreibbar sind,
• b) im Stromkreis mit den Infrarotröhren 2, 3 in Reihe liegen­ den elektronischen Schaltelementen,
• c) einer elektronischen Schaltung 9, die die Schaltelemente 7, 8 beim erstmaligen Einschalten im Sinne einer Anlaufstrom­ begrenzung, im Fall des weiteren Aufheizens und Fortkochens eines Gargutes entsprechend der eingestellten Leistungsstufe steuert,
• d) wobei die elektronische Schaltung 9 im Bereich der Anlauf­ strombegrenzung eine Zündzeitpunktsteuerung mit gleichmäßig ansteigendem Zündzeitpunkt und im Falle des Aufheizens und Fortkochens eines Gargutes eine Impulspaketsteuerung durch­ führt, wobei im letzten Falle die Impulspaketsteuerung im Sinne einer abgestuften Durchschaltung von positiven und ne­ gativen Halbwellen im Dritteltakt unter Anwendung einer zeitgesteuerten Ein-/Aus-Schaltung erfolgt und
• e) die Einschaltzeitpunkte mehrerer Infrarotröhren 2, 3 zeit­ lich gegeneinander versetzt sind,

vorgeschlagen.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Anlaufstrombegrenzung durch eine Zündzeitpunktsteuerung mit gleichmäßig wachsendem Zündzeitpunkt bei Vollwellenbetrieb erreicht wird und die Leistungsregelung abweichend hiervon durch eine Kombination von abgestufter Durchschaltung von po­ sitiven und negativen Halbwellen im Dritteltakt und eine zeitgesteuerte Ein-/Aus-Schaltung verwirklicht wird. Dabei kann ohne jedweden Nachteil auch nur eine Infrarotröhre benutzt werden, so daß die erfindungsgemäße Lichtkochstelle in ihrer nutzbaren Größe verändert werden kann. Durch die Zündzeit­ punktsteuerung bei gleichmäßig wachsendem Zündzeitpunkt bei Vollwellenbetrieb werden sprunghafte Stromstärkeänderungen während der Einschaltphase vermieden, statt dessen ergibt sich ein gleichmäßiger Anstieg des effektiven Stromwertes. Durch die kontinuierliche Änderung des Zündzeitpunktes wird bewirkt, daß sich die Zeiger in der komplexen Ebene drehen, d. h., die Phasenlage ändert sich kontinuierlich und somit ergeben sich auch keine bleibenden Ströme für die kritischen interharmonischen Wellen.

Damit ist während der Einschaltphase sichergestellt, daß hohe Stromstärkeschwankungen mit der daraus resultierenden Flicker­ wirkung ebenso vermieden sind wie bleibende Ströme für die kritischen interharmonischen Oberwellen.

Die sich daran anschließende Leistungsregelung besteht aus einer Kombination von abgestufter Durchschaltung von positiven und negativen Halbwellen im Dritteltakt und einer zeitgesteuerten Ein-/Aus-Schaltung. Auch hier werden wieder nennenswerte Stromstärkeschwankungen vermieden, außerdem wird durch den verwendeten Dritteltakt eine Frequenz benutzt, die sich im Hinblick auf die zu vermeidende oder zu reduzierende Flicker­ wirkung als äußerst günstig erwiesen hat.

Die Erfindung basiert somit auf der Überlegung, Flicker­ wirkungen während der Einschaltphase und der während dieser Einschaltphase notwendigen Anlaufstrombegrenzung durch eine Zündzeitpunktsteuerung, die allgemein auch als Phasenanschnitt bezeichnet werden kann, zu vermeiden, ohne dabei aber in den Bereich von kritischen interharmonischen Oberwellen zu gelangen durch einen gleichmäßig wachsenden Zündzeitpunkt. Außerdem macht sich die Erfindung den Gedanken zunutze, zur Leistungsregelung eine Kombination von abgestufter Durchschaltung von positiven und negativen Halbwellen im Dritteltakt und eine zeitge­ steuerte Ein-/Aus-Schaltung zu verwenden, wobei hier wieder die Zündzeitpunktsteuerung mit gleichmäßig wachsendem Zündzeit­ punkt zur Wirkung kommt, wodurch wiederum bei der reinen Leistungsregelung Flickerwirkungen und kritische inter­ harmonische Oberwellen weit unterhalb der relevanten Werte gehalten werden können. Außerdem wird durch den erfindungsge­ mäßen Vorschlag die Möglichkeit geschaffen, den regelbaren Leistungsbereich der Infrarotröhren sowohl bei einzelner Ein­ schaltung wie auch gemeinsamer Einschaltung bis auf sehr kleine Beträge der Maximalleistung auszudehnen.

Bei Benutzung beispielsweise zweier Infrarotröhren werden die Einschaltzeitpunkte gegeneinander versetzt, vorzugsweise der­ art, daß der Einschaltzeitpunkt des zweiten Heizkreises in den Bereich der Sättigungsphase des ersten Heizkreises fällt.

Es können bei Benutzung von zwei Infrarotröhren wahlweise je eine von insgesamt drei Halbwellen pro Infrarotröhre, also insgesamt zwei aufeinanderfolgende Halbwellen durchgeschaltet werden. Diese Durchschaltung im Dritteltakt je Infrarotröhre kann kombiniert werden mit einer Ein-/Aus-Schaltung, um inner­ halb vorgegebener Leistungsstufen eine Feinregulierung vor­ nehmen zu können.

Wird die Ein-/Aus-Schaltung zur Feinregulierung aktiviert, so erfolgt bei jeder Einschaltphase wieder die schon erwähnte Zündzeitpunktsteuerung mit gleichmäßig wachsendem Zündzeit­ punkt, um die Anlaufstrombegrenzung in jedem Falle sicherzu­ stellen.

Die Einschaltzeitpunkte der Infrarotröhren sind vorzugsweise um etwa 0,2 bis 0,5 Sekunden gegeneinander versetzt. Durch den zeitlichen Versatz der Einschaltzeitpunkte werden hohe Strom­ änderungen vermieden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unter­ ansprüche.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung im folgenden noch einmal ausführlich erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Darstellung einer Lichtkochstelle mit in Zeitkreisausführung angeordneten In­ frarotröhren,

Fig. 2 ein Schaltbild der Lichtkochstelle gemäß Fig. 1,

Fig. 3a bis 3f eine symbolische Darstellung der für verschie­ dene Leistungsstufen möglichen Schaltzustände,

Fig. 4 ein Diagramm des Stromverlaufes während einer Einschaltphase beider Infrarotröhren, mit einem 50 Hz-Filter gemessen.

Fig. 1 zeigt die bildliche Darstellung einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 versehenen Lichtkochstelle mit in Zweikreisausführung angeordneten Infrarotröhren 2 und 3.

Die äußere Infrarotröhre 3 verläuft in etwa konzentrisch zur innen angeordneten Infrarotröhre 2.

Zwischen den beiden Infrarotröhren 2 und 3 ist ein erster Heizzonen-Trennring 4 angeordnet und die äußere Infrarot­ röhre 3 wird von einem äußeren Heizzonen-Trennring 5 um­ schlossen.

Durch diese Heizzonen-Trennringe 4 und 5 sind letztend­ lich die nutzbaren Grundflächen der Kochstelle definiert.

Über einen Stabausdehnungsregler 6 wird in bekannter Weise ein Überhitzungs- oder Überlastungsschutz der In­ frarotröhren 2 und 3 bewirkt.

In Fig. 2 ist das Schaltbild der Lichtkochstelle 1 nach Fig. 1 gezeigt.

Die beiden Infrarotröhren 2 und 3 sind hier als Wider­ stände dargestellt.

Es ist deutlich erkennbar, daß im Stromkreis jeder Infra­ rotröhre 2 und 3 ein Triac 7 bzw. 8 angeordnet ist. Diese beiden Triacs 7 und 8 werden durch ein Steuerteil 9 ge­ steuert. Das Steuerteil 9 ist mit einem Reglerknopf 10 versehen.

Die Steuerung der beiden Triacs 7 und 8 durch das Steuerteil 9 kann als abgestufte, synchronisierte, symmetrische Impulspaketsteuerung mit Anlaufstrombe­ grenzung bezeichnet werden.

Grundsätzlich gibt es nur zwei Schaltungsmöglichkeiten. Entweder ist nur die innere Infrarotröhre 2 eingeschaltet oder es sind beide Infrarotröhren 2 und 3 eingeschaltet.

Im letzteren Falle erfolgt die noch zu erläuternde Lei­ stungsregelung der äußeren Infrarotröhre 3 in gleicher oder ähnlicher Weise wie die der inneren Infrarotröhre 2.

Zur Reduzierung der vollen Leistung sowohl des inneren als auch des äußeren Heizkreises, der durch die Infra­ rotröhren 2 und 3 definiert ist, arbeitet die Regelung in drei Bereichen.

In den Fig. 3a und 3b ist der Leistungsbereich Zwei­ drittel-Voll-Leistung symbolisch dargestellt.

Fig. 3a zeigt deutlich, daß sowohl bezüglich der inneren wie auch der äußeren Infrarotröhre 2 und 3 alle Halbwel­ len voll durchgeschaltet sind. Dies bedeutet, daß beide Infrarotröhren 2 und 3 voll eingeschaltet sind und damit volle Leistung abgeben.

Fig. 3b zeigt, daß von jeweils drei Halbwellen beim Null­ durchgang nur zwei durchgeschaltet werden. Werden beide Infrarotröhren 2 und 3 eingeschaltet, so erfolgt die Leistungsabgabe der äußeren Infrarotröhre 3 um eine Halb­ welle versetzt gegenüber der Leistungsabgabe der inneren Infrarotröhre 2.

Diese Leistungsregelung (zwei von drei Halbwellen durch­ geschaltet) kann wie bei einer Impulspaketsteuerung mit der vollen Leistung gemäß Fig. 3a kombiniert werden. Durch eine Variation der anteiligen Einschaltzeit der beiden Leistungsstufen bei einer Gesamttaktzeit von beispiels­ weise 10 Sek. lassen sich beliebige Leistungen zwischen Zweidrittel und der maximalen Leistung einstellen. Wegen des temperaturabhängigen und damit auch leistungsabhän­ gigen Widerstandes des Wolframdrahtes der Infrarotröhren 2 und 3 beträgt der untere, einstellbare Leistungswert ca. 70% der maximalen Leistung.

Für kleinere Leistungen muß der nächsttiefere Leistungs­ bereich gewählt werden, der symbolisch in den Fig. 3c und 3d gezeigt ist. Die obere Stufe dieses Leistungsbereiches ist gekennzeichnet durch die Durchschaltung von zwei von drei Halbwellen, wie in Fig. 3c gezeigt. Die untere Gren­ ze dieses Leistungsbereiches ergibt sich durch die Durch­ schaltung von jeweils nur einer von drei Halbwellen, wie in Fig. 3d dargestellt. Auch hier ist der äußere Heiz­ kreis, entsprechend der Infrarotröhre 3, um eine Halb­ welle versetzt gegenüber dem inneren Heizkreis, entspre­ chend der inneren Infrarotröhre 2.

Diese Leistungsabgabe (eine von drei Halbwellen ist durchgeschaltet) kann ebenfalls in Form einer Impuls­ paketsteuerung mit der bereits beschriebenen Zweidrittel­ leistung gemäß Fig. 3c kombiniert werden, so daß sich theoretische Leistungsgrenzen von 33,3% und 66,7% er­ geben. Wegen des bekannten temperaturabhängigen Wider­ standes der Infrarotröhren 2 und 3 liegen die Leistungs­ werte in der Praxis zwischen ca. 40 und 70%, so daß nach oben der Anschluß an den weiter oben beschriebenen Lei­ stungsbereich ergibt.

Soll eine weitere Absenkung der Leistung bewirkt werden, so wird die Eindrittel-Regelung in schon bekannter Weise mit einer Aus-Zeit als Impulspaket kombiniert.

Um nun den Anlaufstrom beim Einschalten zu begrenzen, werden beispielsweise die ersten 40 bis 70 geschalteten Halbwellen durch eine Zündzeitpunktsteuerung in ihrem Effektivwert begrenzt. Dies zeigt Fig. 3e. Hierbei ist die Darstellung für die innere Infrarotröhre 2 aus Platz­ gründen verkürzt dargestellt; der zeitliche Versatz des Einschaltzeitpunktes der inneren Infrarotröhre 2 liegt tatsächlich in den oben angegebenen Bereichen von ca. 0,2 bis 0,5 Sek. Dieses wiederholt sich jeweils zu Beginn eines Einschaltzyklusses von vorbestimmter Dauer.

Beträgt der Einschaltzyklus insgesamt beispielsweise 10 Sek., ergibt sich folgendes Bild:

Beim erstmaligen Einschalten der Lichtkochstelle werden auch bei Wahl der höchsten Leistung auf jeden Fall alle unteren Leistungsbereiche durchlaufen, um den Anlauf­ strom zu begrenzen. Das gleiche gilt auch nach einem eventuellen Ansprechen des Stabausdehnungsreglers 6.

Die Netzrückwirkungen der wie vorstehend aufgebauten und gesteuerten Lichtkochstelle 1 sind absolut unkritisch.

So wurden beispielsweise für eine Lichtkochstelle 1, bei der die Leistungsaufnahme der inneren Infrarotröhre 2 bei 1100 Watt und die Leistungsaufnahme der äußeren Infra­ rotröhre 3 bei 1300 Watt lag, ein maximaler Wert für die mittlere Flickerstörwirkung mit P_st=0,91 beim Be­ trieb beider Heizkreise in der Leistungsstufe Eindrit­ tel-Aus ermittelt. Für andere Betriebszustände lagen die typischen Werte bei P_st=0,6.

Die Netzrückwirkung durch Oberwellen lagen bei der vor­ erwähnten Lichtkochstelle im Bereich von etwa 50% der zulässigen Grenzwerte.

Dabei wurde gemessen zwischen 16 2/3 Hz und ganzzahligen Vielfachen davon bis hinauf zu 2000 Hz.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm des Stromverlaufes während einer Einschaltphase beider Infrarotröhren 2 und 3, mit einem vorgeschalteten 50 Hz-Filter gemessen. Zunächst wird die äußere Infrarotröhre 3 eingeschaltet, wobei sich durch die Zeitzündpunktsteuerung während der Ein­ schaltphase ein rampenförmiger, allmählicher Stroman­ stieg ergibt. Dieser Stromanstieg geht nach einer be­ stimmten Zeit in eine Sättigungsphase über und kann, ins­ besondere bedingt durch die temperaturabhängige Verän­ derung des Widerstandes, sogar noch absinken. Mit einer gewissen Zeitverzögerung wird dann die innere Infrarot­ röhre 2 zugeschaltet. Der Zeitversatz liegt hierbei vor­ zugsweise im Bereich zwischen 0,2 und 0,5 Sek. bezogen auf den Stromverlauf im Bereich der Sättigungsphase des Stromverlaufes für die äußere Infrarotröhre 3.

Auch hier wird eine Zündzeitpunktsteuerung, wie eingehend beschrieben, angewendet, so daß sich auch für die innere Infrarotröhre 2 ein rampenförmiger Anstieg des Effektiv­ wertes des Stromes ergibt. Insgesamt zeigt das Diagramm gemäß Fig. 4 deutlich, daß sich ein nur geringe oder kleine Sprünge aufweisender Verlauf des Effektivwertes des Stromes ergibt. Hieraus resultiert letztendlich die schon erwähnte äußerst geringe Flickerstörwirkung.

Durch die Zündzeitpunktsteuerung mit kontinuierlich ver­ ändertem Zündzeitpunkt erhält man einen drehenden Zeiger in der komplexen Ebene für die interharmonischen Ober­ wellen, woraus die geringen Rückwirkungen auf das Netz resultieren.

Claims (5)

1. Lichtkochstelle mit

• a) einer inneren und mindestens einer weiteren, die innere umschließenden Infrarotröhre (2, 3),
  • 2a1) welche zur Darstellung einer in Form und Größe ver­ änderlichen Kochstelle einzeln oder gleichzeitig betreibbar sind,
• b) im Stromkreis mit den Infrarotröhren (2, 3) in Reihe liegenden elektronischen Schaltelementen (7, 8),
• c) einer elektronischen Schaltung (9), die die Schaltelemente (7, 8) beim erstmaligen Einschalten im Sinne einer Anlauf­ strombegrenzung, im Fall des weiteren Aufheizens und Fort­ kochens eines Gargutes entsprechend der eingestellten Leistungs­ stufe steuert,
• d) wobei die elektronische Schaltung (9) im Bereich der An­ laufstrombegrenzung eine Zündzeitpunktsteuerung mit gleich­ mäßig ansteigendem Zündzeitpunkt und im Falle des Aufheizens und Fortkochens eines Gargutes eine Impulspaketsteuerung durch­ führt, wobei im letzten Falle die Impulspaketsteuerung im Sinne einer abgestuften Durchschaltung von positiven und ne­ gativen Halbwellen im Dritteltakt unter Anwendung einer zeit­ gesteuerten Ein-/Aus-Schaltung erfolgt und
• e) die Einschaltzeitpunkte mehrerer Infrarotröhren (2, 3) zeitlich gegeneinander versetzt sind.

2. Lichtkochstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitversatz der Einschaltzeitpunkte etwa 0,2 bis 0,5 Sekunden beträgt.

3. Lichtkochstelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Überlastungs- oder Überhitzungsschutz für die Infrarotröhren (2, 3) ein an sich bekannter Stabaus­ dehnungsregler (6) vorgesehen ist.

4. Lichtkochstelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einschaltzeitpunkt der später eingeschalteten Infrarotröhre (2, 3) im Bereich der Sättigungsphase des Anlauf­ stromes der zuerst eingeschalteten Infrarotröhre (2, 3) liegt.

5. Lichtkochstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die jeweils äußere Infrarotröhre (3) vor der inneren Infrarotröhre (2) gezündet wird.