DE4336752C2 - Verfahren zum Zubereiten von Speisen in einem Kochgeschirr auf einem Kochfeld aus Keramik, insbesondere Glaskeramik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zubereiten von Speisen in einem Kochgeschirr auf eine Kochfeld aus Kera­ mik, insbesondere Glaskeramik.

Aus der DE-A1 40 22 846 ist ein Glaskeramik-Kochfeld be­ kannt mit einer Leistungssteuerung und -begrenzung. Es sind mehrere unabhängig voneinander schalt- und steuerbare Hei­ zelemente vorgesehen, welche mittels Temperatursensoren, die im Bereich der Heizzone angeordnet sind, im Bedarfsfal­ le ein- und ausgeschaltet werden.

Dieses Verfahren ist jedoch lediglich dazu in der Lage, örtliche Temperaturerhöhungen zu vermeiden. Eine Anpassung der Heizleistung an einen Koch- oder Garprozeß ist nicht möglich.

Elektrisch beheizte Kochfelder, deren Heizfläche aus Glas­ keramik besteht, haben in letzten Jahren in zunehmenden Ma­ ße Eingang in Küchen im Haushalt gefunden. Die Beheizung des Kochfeldes geschieht mittels unterhalb der Glaskeramik­ kochfläche angeordneten Heizeinrichtungen, z. B. elektrische Widerstandsheizelemente oder Strahlungsheizelemente. Eine besondere Rolle spielen noch die Induktionskochfelder.

Bei einem Haushaltskochfeld, bei welchem die Heizleistung durch Vorgabe vom Benutzer fest eingestellt oder durch ein wählbares Zeitprogramm elektronisch oder elektromechanisch gesteuert wird, ist eine Anpassung an die tatsächlich er­ forderliche Heizleistung nur grob möglich.

Entsprechende Steuerungen sind beispielsweise in der Pa­ tentschrift DE 36 39 186 A1 beschrieben. Um eine feste Temperatur einzuhalten, wird ein Regler eingesetzt, wie er beispielsweise aus der DE 33 14 501 A1 bekannt ist.

Die Entwicklung der Temperatursensoren ist aber weiter vor­ angeschritten, da die Temperaturregelung möglichst hystere­ sefrei und ohne zeitliche Verzögerung erfolgen soll. Es ist aus der deutschen Patentschrift DE-PS 21 39 828 bekannt, auf Glaskeramiken einen von der Temperatur abhängigen elek­ trischen Widerstand aufzubringen. Dieser Widerstand besteht aus einer Leiterbahn aus einem Material mit steiler Wider­ stands-Temperatur-Kennlinie, ähnlich den bekannten NTC- Widerständen. In Verbindung mit entsprechender Beschaltung werden in der DE 37 44 372 A1 diese Temperatursensoren als zueinander parallele Leiterbahnen ausgebildet, welche die Kochfläche längs eines halben Durchmessers überwachen.

Neben der Überwachung der Temperatur in der Mitte des Koch­ feldes und gegebenenfalls auch ihrer Verteilung über das Kochfeld ist auch eine Überwachung der Stellung des Topfes bezüglich der Heizeinrichtung von steigendem Interesse. Es ist nämlich oft der Fall, das Töpfe nicht zentrisch aufge­ setzt werden und daher einerseits Energie verloren geht, andererseits die Töpfe einseitig sehr stark überhitzt wer­ den können. Kochfelder haben typischerweise eine für Wär­ mestrahlung durchlässige Keramik, welche durch einen Infra­ rotstrahler beheizt wird. Aus naheliegenden Gründen ist ge­ wünscht, daß sich beim Aufstellen eines Topfes die Platte einschaltet, jedoch wieder ausschaltet, wenn der Topf nicht zentrisch aufgesetzt wird.

Zu diesem Zwecke sind induktive Fühler entwickelt worden, welche unter der Keramikplatte des Kochfeldes angeordnet sind. Ein solcher induktiver Fühler besteht beispielsweise aus zwei oder mehreren Elektroden unterhalb der Keramik­ platte, welche zusammen mit einem Topfboden zwei oder meh­ rere Kondensatoren bilden, deren Kapazität abgefragt werden kann. Aus Kapazitätsdifferenzen kann dann auf eine Unsymme­ trie bezüglich der Topfstellung geschlossen und damit die Heizleistung unterbrochen werden. Ein Kochfeld mit einer automatischen Topferkennung in Form eines kapazitiven Anwe­ senheitsfühlers ist aus der europ. EP-A1 0 374 868 bekannt. Die Elektroden bilden dabei konzentrische Kreise, welche Teil einer Oszillatorschaltung sind.

Die Rückkopplung dieser Oszillatorschaltung ist derart ein­ stellbar, daß diese Schaltung nicht anschwingt, wenn kein Topf auf dem Kochfeld steht. Außerdem wird durch die Leit­ fähigkeit der Glaskeramik erreicht, daß die ohmschen Verlu­ ste in der Glaskeramik die Kapazität der Meßkondensator- Anordnung verkleinern, so daß die Resonanzbedingung nicht mehr zu erfüllen ist. Bei höheren Temperaturen wird damit der Oszillator auch nicht mehr schwingen.

Die Anordnungen, welche bisher beschrieben wurden, können im allgemeinen nur bestimmte Betriebszustände überwachen und dienen im allgemeinen zur Erkennung von Fehlbedienungen oder sehr hohen Temperaturen des Kochfeldes. Es ist aber bisher nicht möglich, die Temperatur so zu steuern, daß die Überhitzung erst gar nicht eintritt, indem bereits beim Leerkochen eines Topfes ein Signal gegeben wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Zubereiten von Speisen in einem Kochgeschirr auf einem Kochfeld aus Keramik, insbesondere Glaskeramik anzugeben, bei dem schlechtes Kochgeschirr erkannt und damit die elektrische Energie so sparsam wie nur möglich einge­ setzt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird besonders da anzuwenden sein, wo es auf große Sicherheit ankommt und man nicht davon ausgehen kann, daß der Kochprozeß ständig und sachgemäß überwacht wird. Ein fehlertolerantes Kochverfahren ist in allen Haushalten, in Großküchen und in Altenheimen von großem Interesse.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die zeitliche Änderung des Widerstandes zweier Temperatursensoren elek­ tronisch ausgewertet wird. Ein Sensor ist dabei eine an der Unterseite der Glaskeramik- oder Keramikplatte aufgebrachte Leiterbahn, der andere Sensor ist der Widerstand des Kera­ mikfeldes an der heißen Stelle zwischen den zwei Leiterbah­ nen. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß beide Tempera­ turverläufe bei Kochgeschirr mit einem schlechten Boden ganz charakteristische Eigenschaften aufweisen. Diese wer­ den elektronisch detektiert und einem Rechner zugeführt. Dieser Rechner kann auch die Topfgrößenmessung und die Mes­ sung der Zentrizität der Töpfe auf der Keramikplatte verar­ beiten und mit definierten Schwellwerten wird nach Über­ schreiten des einen oder anderen Grenzwertes entweder die Temperatur absenken oder aber die Kochmulde bzw. das Koch­ feld abschalten.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 das Kochfeld mit den Kapazitäts- und Temperatursenso­ ren;

Fig. 2 den Temperaturverlauf der Leiterbahn- und des Glaske­ ramiksensors;

Fig. 3 den Verlauf der ersten Ableitung der Temperatur nach der Zeit und

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Auswerteelektronik.

Die Fig. 1 zeigt ein Keramikkochfeld 1 mit den für die Durchführung der Erfindung benötigten Elektroden. Die bei­ den mittleren Leitbahnen 2a und 2b haben hier eine doppelte Funktion. Einerseits bestehen sie aus einem leitfähigen Ma­ terial mit hohem Temperaturkoeffizienten. Durch Wider­ standsmessung kann man einen Meßwert der Temperatur 9 be­ stimmen. Dieser Temperaturmeßwert, beispielsweise zwischen den beiden Endpunkten der Elektrode 2a, gibt etwa die mitt­ lere Temperatur unter der Kochplatte an. Die Temperatur im Kochtopf wird selbstverständlich hinter dieser Temperatur nacheilen, wenn man nicht gerade ein stationäres Gleichge­ wicht erreicht hat. Eine zweite Art der Temperaturmessung ergibt sich aus dem Widerstand der Glaskeramik zwischen den beiden Elektroden 2a und 2b.

Falls die Glaskeramikplatte zu heiß wird, schaltet sich die entsprechende Heizung aus.

Es ist nun vorgesehen, daß bei zu großer Temperaturvorei­ lung der Temperaturmessung - mit dem Glaskeramikmaterial zwischen den Elektroden 2a und 2b und der Temperaturmessung mit einem der metallischen Leiter 2a oder 2b - was auf ein schlechtes Kochgeschirr mit erhöhtem Energieverbrauch hin­ deutet, eine optische Signalisierung (Öko-Signal) für den Anwender erfolgt. Es wird dabei die Voreilung der heißesten (höheren) Temperatur vor der mittleren (niedrigeren) Tempe­ ratur auf das Überschreiten eines bestimmten Mindestwertes überwacht.

Mit Hilfe der Elektroden 3a, 3b, 4a und 4b wird die Stellung und Größe des Topfes auf dem Kochfeld erkannt. Durch Kapa­ zitätsmessung gegenüber den mittleren Leitungen jeweils von beiden Hälften der inneren und äußeren Ringelektroden wird aufgrund einer erkannten Unsymmetrie der Heizvorgang erst gar nicht begonnen. Beispielsweise kann eine Fehlermeldung, unterstützt durch eine akustische Warnung, ausgegeben wer­ den. Die Heizung bleibt so lange unterbrochen, bis der Topf einigermaßen symmetrisch auf das Kochfeld gestellt wird. Danach wird die Heizung je nach der erkannten Topfgröße mit mehr oder weniger Leistung eingeschaltet. Die Kapazitäts­ messung erlaubt eine Feineinstellung mit mindestens vier Stufen.

Bei einem Glastopf kann durch die kapazitive Messung auch festgestellt werden, ob im Topf sich ein Inhalt befindet oder nicht. Wenn kein Inhalt im Topf ist, führt dieses ebenfalls zur Abschaltung. Eine weitere Möglichkeit der In­ haltserkennung auch bei Metalltöpfen stellt die Messung des Temperaturverlaufs beim Aufheizvorgang dar. Gefüllte Töpfe haben einen langsameren Temperaturanstieg als volle.

Leerkochende Metallköpfe werden dagegen aufgrund ihrer ab­ sinkenden elektrischen Heizleistung bei gleicher Temperatur erkannt. Der Regler muß nur noch die Strahlungsverluste des Topfes ersetzen, um die Temperatur konstant zu halten. Die zusätzliche Energie zum Verdampfen des Wassers (Verdampfungswärme) entfällt, so daß die Gesamtleistung von 20-50% unter 10% absinkt.

Nachdem durch die Kapazitätsmessung die Topfgröße und durch eine weitere Messung des Temperaturanstiegs während der An­ kochphase auch der Topfinhalt genau erkannt worden ist, wird so die Heizleistung von 100% vorgegeben. Die weitere Regelung der Heizleistung wird dann vom weiteren Tempera­ turverlauf abhängig gemacht.

Als Beispiel wird hier ein Kochvorgang anhand der Fig. 4 betrachtet. Zunächst wird einmal die Funktion "Kochen" ge­ wählt. Ein mit beispielsweise Wasser gefüllter Topf wird auf die betreffende Platte gestellt und falls er eine gute Bodenqualität hat und in etwa mitten auf der Platte steht, wird ihm 100% der Leistung zugeführt. Gleichzeitig wird die Temperatur an der Unterseite der Glaskeramik gemessen.

Dabei ist auf dem Glaskeramikkochfeld 5 eine der Kochstel­ len in Betrieb und ihre heißeste Temperatur wird als Wider­ stand des Glaskeramikmaterials zwischen den Elektroden 2a und 2b gemessen. Die Temperaturerfassung 6 geschieht (Fig. 2) mittels Widerstandsmessung und führt zu einem Meßwert der Temperatur ϑ, aus dem durch ein Differenzenverfahren die erste Ableitung der Temperatur (Fig. 3) nach der Zeit gebildet wird. In der logischen Einheit 8 wird dieser Stei­ gungswert mit einem Grenzwert verglichen. Falls die Stei­ gung nicht kleiner ist als der vorgewählte Grenzwert bleibt es dabei, daß weiterhin 100% Heizleistung an dem Cerankoch­ feld anliegen. Falls der Steigerungswert kleiner als der Grenzwert ist, wird dieser Temperaturwert ϑ_S, bei welchem der Grenzwert unterschritten wird, im Rechner in einem Speicher 9 abgespeichert. Diese Temperatur bedeutet näm­ lich, daß der Kochpunkt hiermit erreicht ist. Die wahre Temperatur der Glaskeramikplatte unterhalb des Topfes kann dabei zwischen 250 und 400°C variieren. Die Temperatur ϑ_S an der Unterseite des Glaskeramikfeldes wird einem Regler als Solltemperatur zugeführt. Die Heizleistung wird entspre­ chend gedrosselt. Typisch sind dabei 20-50% Leistung, welche dem Topf aufgrund seiner Eigenschaften durch den Temperaturregler zuerkannt werden. Typisch sind dabei ca. 30-40% der Leistung, welche dem Topf aufgrund seines Füllgrades zu erkannt worden sind.

Durch eine Einknopfbedienung wird außer der Funktion "Kochen" auch eine Funktion "Schmelzen" gewählt werden kön­ nen. Dabei wird nicht eine Temperatur des Siedepunktes vor­ gegeben sondern eine Temperatur, welche individuell im Be­ reich von ca. 70-90°C vorgegeben werden kann:

Eine weitere Funktion wäre das "Dünsten", welches dem Ko­ chen entspricht, nur wird nach dem kurzen Aufkochen sofort die Temperatur etwa auf 5-10°C unter den Kochpunkt abge­ senkt.

Auch beim Braten wird eine Solltemperatur vorgegeben. Die Heizleistung wird der Bratenmenge angepaßt und geregelt.

Beim Dünsten und Kochen ist gewährleistet, daß bei einem Leistungsabfall unter einen Grenzwert infolge des Verlustes von Wasser bzw. einem leergekochten Topf die Energiezufuhr sofort unterbrochen wird und es zu keinem Temperaturanstieg der Glaskeramik kommt.

Da die Energie vorzugsweise mittels massearmen Strahlungs­ heizkörpern zugeführt wird, ist diese Unterbrechung sehr schnell möglich und eine Beschädigung der Ceranplatte und des Topfes ausgeschlossen. Auch das An- und Fortkochen ist ohne Aufsicht möglich. Damit wird die Sicherheit und Zuver­ lässigkeit erhöht und eine Entlastung und Komfortsteigerung für die Bedienenden ermöglicht.

Claims (3)

1. Verfahren zum Zubereiten von Speisen in einem Kochge­ schirr auf einem Kochfeld aus Keramik, insbesondere Glaskeramik, bei dem

• a) der elektrische Widerstand einer ersten, an dem Kochfeld angebrachten Leiterbahn als Maß für eine erste Tempera­ tur am Kochfeld gemessen wird und
• b) der elektrische Widerstand der Keramik zwischen der er­ sten Leiterbahn und einer von dieser ersten Leiterbahn beabstandeten und ebenfalls an dem Kochfeld angebrach­ ten, zweiten Leiterbahn als Maß für eine zweite Tempera­ tur am Kochfeld gemessen wird und
• c) eine optische Signalisierung erfolgt, wenn die Voreilung der höheren der beiden Temperaturen vor der niedrigeren der beiden Temperaturen einen bestimmten Grenzwert über­ schreitet, was auf ein schlechtes Kochgeschirr mit er­ höhtem Energieverbrauch hindeutet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zeitlichen Ver­ läufe der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur detektiert werden und die Heizleistung einer dem Koch­ feld zugeordneten Heizung abhängig von diesen zeitlichen Temperaturverläufen gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die beiden Leiterbahnen an der Unterseite des Kochfeldes an­ gebracht sind.