DE4345472C2 - Verfahren zum Zubereiten von Speisen in einem wenigstens teilweise mit Wasser gefüllten Kochgeschirr auf einem Kochfeld aus Keramik, insbesondere Glaskeramik - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Zubereiten von Speisen in einem wenigstens teilweise mit Wasser gefüllten Kochgeschirr auf einem Kochfeld aus Keramik, insbesondere Glaskeramik, werden DOLLAR A a) eine Temperatur am Kochfeld gemessen und durch Steuern der Heizleistung einer dem Kochfeld zugeordneten Heizung auf eine Solltemperatur geregelt, DOLLAR A b) ein Leerkochen des Kochgeschirrs durch den Verlust an Wasser aufgrund des Absinkens der Heizleistung unter einen vorbestimmten Leistungsgrenzwert bei gleicher Temperatur erkannt und dann die Heizleistungszufuhr unterbrochen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zubereiten von Speisen in einem wenigstens teilweise mit Wasser gefüllten Kochgeschirr auf einem Kochfeld aus Keramik, insbesondere Glaskeramik.

In der DE-A1 40 22 846 sind eine Leistungssteuerung und - begrenzung bei einer Heizfläche aus Glaskeramik beschrie­ ben. Es sind mehrere unabhängig voneinander schalt- und steuerbare Heizelemente vorgesehen, welche mittels Tempera­ tursensoren, die im Bereich der Heizzone angeordnet sind, im Bedarfsfalle ein- und ausschaltet.

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.

Ein Haushaltskochfeld, bei welchem die Heizleistung durch Vorgabe vom Benutzer fest eingestellt wird 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-OS 33 14 501 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-OS 37 44 372 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.

Aus US-A-4,237,368 ist ein Glaskeramik-Kochfeld bekannt mit vier Kochstellen. An jeder Kochstelle ist ein Temperatur­ sensor angeordnet, der zwei an der Unterseite der Glaskera­ mikplatte angebrachte lineare und zueinander parallelen Leiterbahnen umfaßt und den elektrischen Widerstand des Glaskeramikmaterials zwischen den beiden Leiterbahnen als Maß für die Temperatur an der Kochstelle bestimmt. Die Tem­ peratur an jeder Kochstelle wird geregelt, indem der Wider­ standsmeßwert des zugehörigen Temperatursensors fortlaufend gemessen wird und mit einem Sollwert verglichen wird und in Abhängigkeit von dieem Vergleich die Heizleistung einer zu­ gehörigen Heizeinheit durch Ein- und Ausschalten (Takten) eines in den Versorgungskreis der Heizeinheit geschalteten Schaltrelais (Taktrelais) gestellt wird.

An jeder Kochstelle ist nun gemäß der US-A-4,237,368 zwi­ schen die beiden Leiterbahnen elektrisch parallel zu dem Glaskeramik-Widerstand zusätzlich ein diskreter Referenzwi­ derstand, durch den ein Bruch oder eine sonstige elektri­ sche Unterbrechung (Diskontinuität) des Sensors von dessen durch einen hohen elektrischen Widerstand gekennzeichneten kalten Zustand mittels eines Brucherkennungskomparators un­ terschieden werden kann. Der Brucherkennungskomparator öff­ net das Schaltrelais, wenn der mithilfe des Refernzwider­ standes gemessene Widerstand des Temperatursensors einen vorbestimmten Wert überschreitet, was auf einen elektrische Diskontinuität hinweist.

Es ist in der US-A-4,237,368 auch angegeben, daß bei einem mit Wasser gefüllten Kochgeschirr die während der Tempera­ turregelung auftretende Taktrate, d. h. die Zeit, während der das Taktrelais geschlossen ist und der Kochstelle somit Heizleistung zugeführt wird, bei 95% liegt und bei einem leergekochten Kochgeschirr die Taktrate auf 40% abnimmt und schnelle Temperaturwechsel auftreten können. Dazu wird aus­ geführt, daß infolge der schnellen Systemantwort der Tempe­ raturregelung mit dem Temperatursensor ein ausreichender Übertemperaturschutz der Glaskeramik erreicht wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Zubereiten von Speisen in einem wenigstens teilweise mit Wasser gefüllten Kochgeschirr auf einem Kochfeld aus Keramik, insbesondere Glaskeramik, anzugeben, bei dem ein Überhitzen des Kochfeldes beim Leerkochen des darauf be­ findlichen Kochgeschirrs verhindert wird.

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

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.

Die Vorteile dieses Verfahrens liegen darin, daß sowohl Me­ talltöpfe als auch Keramiktöpfe bezüglich ihres Inhaltes überwacht werden können. Ferner ist es möglich, auch Ener­ gie zu sparen.

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 eines Leiterbahn- und eines Glaskeramik-Temperatursensors;

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 Leiterbahnen (Elektroden) 2a und 2b haben hier eine doppelte Funktion. Einerseits bestehen sie aus einem leitfähigen Material mit hohem Temperaturkoeffizien­ ten. Durch Widerstandsmessung kann man einen Meßwert der Temperatur ϑ bestimmen. Dieser Temperaturmeßwert, bei­ spielsweise zwischen den beiden Endpunkten der Elektrode 2a, gibt etwa die mittlere Temperatur unter der Kochplatte an. Die Temperatur im Kochtopf wird selbstverständlich hin­ ter dieser Temperatur nacheilen, wenn man nicht gerade ein stationäres Gleichgewicht erreicht hat. Eine zweite Art der Temperaturmessung ergibt sich aus dem Widerstand der Glas­ keramik 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 einerseits und der Tempe­ raturmessung mit einem der metallischen Leiter 2a oder 2b andererseits - was auf ein schlechtes Kochgeschirr mit er­ höhtem Energieverbrauch hindeutet, eine optische Signali­ sierung (Öko-Signal) für den Anwender erfolgt.

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 Brinkelektroden 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 unter einen vorbestimm­ ten Leistungswert bei gleicher Temperatur erkannt. Der Reg­ ler muß nur noch die Strahlungsverluste des Topfes erset­ zen, um die Temperatur konstant zu halten. Die zusätzliche Energie zum Verdampfen des Wassers (Verdampfungswärme) ent­ fällt, so daß die Gesamtleistung von 20-50% unter 10% absinkt. Wenn die Heizleistung, insbesondere während des Fortkochvorganges, den vorbestimmten Leistungsgrenzwert un­ terschreitet, wird die Stromzufuhr für die Heizung unter­ brochen und somit keine Heizleistung mehr zugeführt.

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 Keramikkochfeld 5 eine der Kochstellen in Betrieb und ihre heißeste Temperatur wird als Widerstand des Keramikmaterials zwischen den Elektroden 2a und 2b ge­ messen. Die Temperaturerfassung 6 geschieht (Fig. 2) mit­ tels Widerstandsmessung und führt zu einem Meßwert der Tem­ peratur 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 Steigungswert mit einem Grenzwert verglichen. Falls die Steigung nicht kleiner ist als der vorgewählte Grenzwert bleibt es dabei, daß weiterhin 100% Heizleistung an dem Cerankochfeld anlie­ gen. Falls der Steigungswert kleiner als der Grenzwert ist, wird dieser Temperaturwert ϑ_S, bei welchem der Grenzwert un­ terschritten wird, im Rechner in einem Speicher 9 abgespei­ chert. Diese Temperatur bedeutet nämlich, daß der Kochpunkt hiermit erreicht ist. Die wahre Temperatur der Keramikplat­ te unterhalb des Topfes kann dabei zwischen 250 und 400°C variieren. Die Temperatur ϑ_S an der Unterseite des Keramik­ feldes wird einem Regler als Solltemperatur zugeführt. Die Heizleistung wird entsprechend gedrosselt. Typisch sind da­ bei 20-50% Leistung, welche dem Topf aufgrund seiner Ei­ genschaften durch den Temperaturregler zuerkannt werden. Typisch sind dabei ferner ca. 30-40% der Leistung, welche dem Topf aufgrund seines Füllgrades zuerkannt 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 Glaskeramikplatte und des Topfes ausgeschlossen. Auch das An- und Fortkochen ist ohne Aufsicht möglich. Damit wird die Sicherheit und Zuverlässigkeit erhöht und eine Entlastung und Komfortstei­ gerung für die Bedienenden ermöglicht.

Claims (1)

1. Verfahren zum Zubereiten von Speisen in einem wenigstens teilweise mit Wasser gefüllten Kochgeschirr auf einem Kochfeld aus Keramik, insbesondere Glaskeramik, bei dem

• a) eine Temperatur am Kochfeld gemessen wird und durch Steuern der Heizleistung einer dem Kochfeld zugeordneten Heizung auf eine Solltemperatur geregelt wird,
• b) ein Leerkochen des Kochgeschirrs durch den Verlust an Wasser aufgrund des Absinkens der Heizleistung unter ei­ nen vorbestimmten Leistungsgrenzwert bei gleicher Tempe­ ratur erkannt wird und dann die Heizleistungszufuhr un­ terbrochen wird.