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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren für das Vermeiden unzulässig hoher
Temperaturen einer an ein Kochgerät angrenzenden Wand.
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Wenn
eine elektrische Strahlungsheizvorrichtung unter einer glaskeramischen
Kochplatte betrieben wird, wird, um ein auf einer oberen Oberfläche der
Kochplatte befindliches Kochgefäß zu erhitzen,
die untere Oberfläche
der Kochplatte durch direkte Strahlung von der Heizvorrichtung erhitzt,
und durch die Kochplatte wird Wärme
zum Kochgefäß auf der
oberen Oberfläche übertragen.
Bei Bedingungen mit unbehinderter Strahlung, d.h. ohne Kochgefäß auf der
Kochplatte, übertragen
die Strahlungsheizvorrichtungen bei einem Gerät mit glaskeramischer Herdplatte
Wärme zu
einer Rückwand,
zum Beispiel einer Wand einer Küche,
und zu jeder an die Herdplatte angrenzenden Seitenwand. Die Temperaturgrenzen
für die
Rückwand
und für
Seitenwände
sind in dem europäischen
Sicherheitsstandard EN60335 festgelegt.
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Weiterhin
muss die Temperatur (insbesondere der unteren Oberfläche) gesteuert
werden, um zu verhindern, dass an der Kochplatte thermische Schäden auftreten.
Zum Steuern der Temperatur der unteren Oberfläche der glaskeramischen Kochplatte
sind die Heizvorrichtungen mit Temperaturbegrenzern ausgestattet,
die die Heizvorrichtungen bei einer vorgegebenen Temperatur abschalten.
Solche Begrenzer, die in der Regel einen elektromechanischen Aufbau
aufweisen, sind so eingestellt, dass sie auf die Temperatur der
oberen Oberfläche
der Kochplatte reagieren.
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Um
den diversen Anforderungen der glaskeramischen Herdplatte und den
einschlägigen
Sicherheitsstandards gerecht zu werden, ist der Temperaturbegrenzer
vorsichtshalber generell so eingestellt, dass er bei Bedingungen
mit unbehinderter Strahlung bei einer relativ niedrigen Temperatur
der oberen Oberfläche
(die üblicherweise
als obere Glastemperatur bezeichnet wird) umschaltet, die weniger
als 550°C
betragen kann. Eine solche Gestaltung ist nicht zufriedenstellend,
da sie bedeutet, dass die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung, insbesondere zu
Kochgefäßen, deren
Kontakt mit der oberen Oberfläche
der Kochplatte nicht ideal ist, durch das vorzeitige Umschalten
des Begrenzers verringert wird, wodurch es unmöglich wird, die zur Verfügung stehende Leistung
der Heizvorrichtungen maximal und optimal zu nutzen.
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Aus
EP-A-0 886 459 ist die Bereitstellung eines Anfangs-Temperaturschubes
bekannt, durch den die Temperatur einer glaskeramischen Kochplatte
ein vorgegebenes, kontinuierliches, sicheres Maß übersteigt. Dies wird ausgeglichen,
indem die Temperatur danach so reduziert wird, dass langfristig
die kontinuierliche, sichere Temperatur nicht überschritten wird. Der Anfangsschub
ist relativ kurz (etwa 10 Min.), und die nachfolgende Reduzierung
der Temperatur dient der Erhaltung der Lebensdauer der glaskeramischen Kochplatte,
nicht der Erfüllung
von Anforderungen bezüglich
der Temperatur der Rückwand
oder Seitenwand.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das oben angeführte Problem
zu beseitigen oder zu minimieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren für
das Vermeiden unzulässig
hoher Temperaturen einer an ein Kochgerät angrenzenden Wand bereitgestellt,
das Folgende umfasst:
eine glaskeramische Platte mit einer
oberen Oberfläche
zum Aufnehmen eines Kochgefäßes und
mit einer unteren Oberfläche,
eine
elektrische Strahlungsheizvorrichtung, die an der unteren Oberfläche einer
glaskeramischen Kochplatte angeordnet ist, und
eine elektronische
Steuervorrichtung, die Folgendes aufweist:
einen Temperatursensor
zum Überwachen
der Temperatur an oder neben der Kochplatte, der in Abhängigkeit
von der Temperatur ein elektrisches Ausgangssignal bereitstellt,
und
mit dem Temperatursensor und der Heizvorrichtung verbundene
Steuermittel zum Steuern des Zuführens von
Strom von einer Stromversorgung zur Heizvorrichtung, wobei die Steuermittel
dafür ausgelegt
und angeordnet sind, die Heizvorrichtung mit mehreren vom Benutzer
wählbaren
Leistungspegeln einschließlich
eines Höchstleistungspegels
mit Strom zu versorgen, wobei die Steuermittel so ausgelegt sind, dass
die Heizvorrichtung zur Verhinderung unzulässig hoher Temperaturen einer
an das Kochgerät
angrenzenden Wand, wenn die Heizvorrichtung auf dem Höchstleistungspegel
mit Strom versorgt wird, so mit Strom versorgt wird, dass sie die
Kochplatte für
einen vorgegebenen Anfangszeitraum von 20 bis 50 Min. auf eine erste
Temperaturstufe erhitzt, und danach so, dass sie die Kochplatte
auf eine zweite Temperaturstufe erhitzt, die niedriger ist als die
erste Temperaturstufe.
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Während eines
geringen Anfangsteils des vorgegebenen Anfangszeitraums kann die
Heizvorrichtung auf einem Schub-Leistungspegel mit Strom versorgt
werden, der über
dem ersten Leistungspegel liegt.
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Die
zweite Temperaturstufe kann zwischen etwa 75 Prozent und etwa 85
Prozent, vorzugsweise etwa 83 Prozent der ersten Temperaturstufe
betragen.
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Die
Länge des
vorgegebenen Anfangszeitraums kann von der Zeit abhängig sein,
die vergangen ist, seitdem sich die Steuermittel das letzte Mal auf
dem Höchstleistungspegel
befanden. Die Länge des
vorgegebenen Anfangszeitraums kann umgekehrt proportional zu der
Zeit sein, die vergangen ist, seitdem sich die Steuermittel das
letzte Mal auf dem Höchstleistungspegel
befanden.
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Die
Reduzierung von der ersten Temperaturstufe auf die zweite Temperaturstufe
kann auf kontinuierliche Weise oder stufenweise erfolgen. Wird sie stufenweise
durchgeführt,
so kann sie in einem Einzelschritt oder in mehreren Schritten erfolgen.
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Die
Steuermittel können
einen Controller auf Mikroprozessorbasis umfassen, in den zur automatischen
Umsetzung der vorgegebene Anfangszeitraum und ein Einstellwert für die zweite
Temperaturstufe dauerhaft einprogrammiert werden.
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Der
Temperatursensor kann in Abhängigkeit von
der Temperatur der oberen Oberfläche
der glaskeramischen Kochplatte ein elektrisches Ausgangssignal bereitstellen.
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Der
Temperatursensor kann eine Einrichtung, deren elektrischer Widerstand
sich in Abhängigkeit
von der Temperatur ändert,
und einen Widerstands-Temperaturmesser aus Platin umfassen.
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Der
Temperatursensor kann auf der unteren Oberfläche der glaskeramischen Kochplatte
oder in einem Abstand dahinter liegen.
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Die
Heizvorrichtung kann eine Hauptheizzone aufweisen, die zumindest
teilweise von mindestens einer zusätzlichen Heizzone umgeben ist
und allein oder gemeinsam mit der mindestens einen zusätzlichen
Heizzone mit Strom versorgt werden kann. Die mindestens eine zusätzliche
Heizzone kann an mindestens einer Seite der Hauptheizzone, zum Beispiel
auf gegenüberliegenden
Seiten davon, angeordnet sein. Der vorgegebene Anfangszeitraum kann etwa
20 bis etwa 40 Min. betragen, wenn die Hauptheizzone gemeinsam mit
der mindestens einen zusätzlichen
Heizzone mit Strom versorgt wird, und etwa 30 bis 50 Min. betragen,
wenn nur die Hauptheizzone mit Strom versorgt wird.
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Alternativ
dazu kann der vorgegebene Anfangszeitraum, insbesondere wenn nur
eine Heizzone bereitgestellt wird, etwa 20 bis etwa 40 Min. betragen.
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Die
vorliegende Erfindung macht es möglich, dass
die zur Verfügung
stehende Höchstleistung
einer Strahlungsheizvorrichtung für einen maximalen Zeitraum
angelegt werden kann, ohne dass die für EN60335 festgelegte Grenztemperatur überschritten wird.
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Die
Einstellungen für
den vorgegebenen Anfangszeitraum und die zweite Temperaturstufe
werden bei der Herstellung für
jede einzelne Heizvorrichtungsbaugruppe mittels Experiment bestimmt
und im Verlauf des Herstellungsprozesses fest in die Steuermittel
einprogrammiert.
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Damit
die Erfindung verständlicher
wird, und um deutlicher zu zeigen, wie sie umgesetzt werden kann,
wird nunmehr im Sinne von Beispielen auf die beiliegenden Zeichnungen
verwiesen, in denen:
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1 eine
schematische Perspektivansicht ist, die ein Gerät mit glaskeramischer Herdplatte zeigt,
das an eine Rückwand
und eine Seitenwand angrenzend installiert ist,
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2 eine
Draufsicht auf eine Ausführungsform
einer elektrischen Heizvorrichtungs-Baugruppe ist, die für die Steuerung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgelegt ist,
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3 ein
Schnitt entlang der Linie A-A durch die Heizvorrichtung der Baugruppe
aus 2 ist,
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4 eine
grafische Darstellung der Temperatur der oberen Oberfläche einer
Kochplatte bei der Heizbaugruppe aus den 2 und 3 bei
der Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist,
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5 eine
grafische Darstellung der Leistungspegel ist, die einer Heizvorrichtung
während des
Betriebs der Kochbaugruppe aus den 2 und 3 zugeführt werden,
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6 eine
Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform
einer elektrischen Heizvorrichtungs-Baugruppe ist, die für die Steuerung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgelegt ist,
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7 eine
Querschnittsansicht der Heizvorrichtung der Baugruppe aus 6 ist,
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8 eine
grafische Darstellung der Temperatur der oberen Oberfläche einer
Kochplatte bei den Heizbaugruppen aus den 6 und 7 bei
der Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist und
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die 9 und 10 Draufsichten
auf alternative Ausführungsformen
von elektrischen Heizvorrichtungen für die Verwendung in einer Baugruppe
für die
Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung sind. In 1 wird ein Gerät 2 mit
glaskeramischer Herdplatte gezeigt, das an eine Rückwand 6 und
an eine Seitenwand 8 angrenzend auf einer Arbeitsfläche 4 installiert
ist.
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In
den 2 und 3 ist eine elektrische Heizvorrichtung 10 unter
einer glaskeramischen Kochplatte 12 in dem Kochgerät 2 angeordnet.
Die Heizvorrichtung 10 umfasst eine Metallschale 14 mit einer
Grundschicht 16 aus Wärmedämmmaterial
wie zum Beispiel mikroporösem
Wärmedämmmaterial. Ein
Heizelement 18 ist auf der Grundschicht 16 gelagert.
Das Heizelement 18 umfasst wie gezeigt einen gewellten
Metallstreifen, der hochkant auf der Grundschicht 16 gelagert
ist. Das Heizelement 18 könnte jedoch andere Formen umfassen,
wie zum Beispiel Draht oder Folie oder eine oder mehrere Infrarot-Lampen.
Jede beliebige bekannte Form von Heizelement oder Kombinationen
davon könnten
in Frage kommen.
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Eine
periphere Wand 20 aus Wärmedämmmaterial
wird bereitgestellt, deren obere Oberfläche eine untere Oberfläche 22 der
glaskeramischen Kochplatte 12 berührt.
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Ein
Temperatursensor 24 ist so angeordnet, dass er sich zwischen
dem Heizelement 18 und der Kochplatte 12 zum Teil über die
Heizvorrichtung erstreckt. Der Temperatursensor 24 umfasst
ein Rohr, das eine Einrichtung enthält, die in Abhängigkeit
von der Temperatur ein elektrisches Ausgangssignal oder einen Strahl
bereitstellt, oder ein anderes Element, das eine Einrichtung aufnimmt,
die in Abhängigkeit von
der Temperatur ein elektrisches Ausgangssignal bereitstellt. Eine
solche Einrichtung kann einen elektrischen Parameter wie einen elektrischen
Widerstand aufweisen, der sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Die
Einrichtung umfasst insbesondere einen Widerstands-Temperaturmesser
aus Platin.
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Als
Alternative zum Temperatursensor 24 kann ein Temperatursensor
bereitgestellt werden, der auf die untere Oberfläche 22 der Kochplatte 12 aufgebracht
oder daran befestigt wird.
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Am
Rand der Heizvorrichtung ist eine Anschlussleiste 26 angeordnet,
durch die das Heizelement 18 mit einer Stromversorgung 28 zum
Zuführen von
Strom elektrisch verbunden ist.
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Für die Heizvorrichtung 10 wird
Steuerelektronik 30 bereitgestellt. Diese Steuerelektronik
umfasst einen Mikrocontroller 32, bei dem es sich um eine
Steuereinheit auf Mikroprozessorbasis handelt. Es wird auch ein
Regler 34 bereitgestellt, der einen Einstellknopf 36 aufweist,
mit dem auf bekannte Weise mehrere vom Benutzer wählbare Einstellungen des
Energieverbrauchs (Leistungspegels) der Heizvorrichtung 10 einschließlich einer
Höchstleistungseinstellung
erzielt werden können.
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Der
Heizvorrichtung 10 wird von der Stromversorgung 28 über ein
Relais 38 oder über
ein elektronisches Schaltermittel wie einen Triac Strom zugeführt.
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Der
Temperatursensor 24 wird gemeinsam mit dem Mikrocontroller 32 kalibriert,
damit ein elektrisches Ausgangssignal bereitgestellt wird, das in Abhängigkeit
von der Temperatur einer oberen Oberfläche 40 der Kochplatte 12 abgestimmt
ist, wobei die obere Oberfläche 40 dafür ausgelegt
ist, ein Kochgefäß 42 aufzunehmen.
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Die
Temperatur der glaskeramischen Kochplatte 12 darf ein bestimmtes
Maß nicht überschreiten,
damit eine thermische Beschädigung
des glaskeramischen Materials vermieden wird. Für eine optimale Kochleistung
ist es notwendig, dass das Kochgefäß 42 und sein Inhalt
so schnell wie möglich
erhitzt werden kann, um zum Beispiel schnell ein Kochen des Inhalts
des Kochgefäßes 42 zu
erzielen. Es ist dementsprechend wünschenswert, dass die Temperatur
der oberen Oberfläche 40 der
Kochplatte 12, an der der Temperatursensor 24 die
Heizvorrichtung 10 steuert, den zulässigen Höchstwert erreicht. Dies darf
jedoch nicht zu einer Temperatur von unzulässiger Höhe bei der Kochplatte 12 oder
der Rückwand führen, wobei
für letztere
im europäischen
Sicherheitsstandard EN60335 ein Grenzwert festgelegt ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass sich bei einer
Heizvorrichtung 10, die bei Einstellung des Höchstleistungspegels
unter einer Bedingung mit unbehinderter Strahlung betrieben und
von dem Temperatursensor 24 gesteuert wird, solche Bedingungen
mit Sicherheit beibehalten lassen, wenn sich die Kochplatte für einen
vorgegebenen Anfangszeitraum auf einer ersten Temperaturstufe befindet,
ohne dass die Temperatur der Rückwand 6 und
der Seitenwand 8 den festgelegten Grenzwert übersteigt.
Es wurde festgestellt, dass ein solcher vorgegebener Anfangszeitraum
etwa 20 bis etwa 40 Min. beträgt
und in der Regel bei etwa 30 Min. liegt. Es wurde ebenso festgestellt,
dass, wenn der Leistungspegel der Heizvorrichtung 10 dann
am Ende eines solchen vorgegebenen Anfangszeitraums so reduziert
wird, dass sich die Temperatur der Kochplatte von der ersten Temperaturstufe
auf eine zweite Temperaturstufe reduziert, die zwischen etwa 75
Prozent und 85 Prozent, vorzugsweise bei etwa 83 Prozent der ersten
Temperaturstufe liegt (was einem Leistungspegel von etwa 60 Prozent
bis etwa 70 Prozent des der ersten Temperaturstufe entsprechenden
Leistungspegels entspricht), die Temperatur der Rückwand 6 und
der Seitenwand 8 auf einem Maß gehalten wird, das den festgelegten
Grenzwert nicht übersteigt.
Der Mikrocontroller 32 wird im Verlauf der Herstellung
der Heizvorrichtung 10 und der mit ihr verbundenen Steuerelektronik
im Werk mit den notwendigen Daten für den vorgegebenen Anfangszeitraum
und die Stufe mit der reduzierten Temperatur programmiert. Diese
einprogrammierten Daten werden danach vom Mikrocontroller 32 automatisch
beim Steuern der Heizvorrichtung 10 eingesetzt.
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Der
Steuerungsvorgang ist in 4 dargestellt, bei der es sich
um eine Auftragung der Temperatur TE der oberen Oberfläche 40 der
Kochplatte 12 in °C
(als obere Glastemperatur bekannt) über der Zeit TI in Min. bei
Einstellung der Höchstleistung
handelt. Im Verlauf eines voreingestellten Anfangszeitraums A von
30 Min. wird die Heizvorrichtung 10 für einen Zeitraum B von etwa
7 Min. mit einem Schub-Leistungspegel betrieben, worauf für weitere 23
Min. der Betrieb bei einem normalen Höchstleistungspegel folgt. Die
Temperatur der oberen Oberfläche 40 der
Kochplatte 12 übersteigt
während
des Schub-Zeitraumes 600°C,
und für
den Rest des vorgegebenen Anfangszeitraums wird die Temperatur der
oberen Oberfläche 40 der
Kochplatte 12 bei etwa 600°C gehalten. Dies macht es möglich, dass
im Kochgefäß 42 ein
schnelles Erhitzen bis zum Kochen erfolgt. Im Verlauf dieses Anfangszeitraumes
A übersteigt
die Temperatur der Rückwand 6 und
der Seitenwand 8 den von dem europäischen Sicherheitsstandard
EN60335 festgelegten Grenzwert jedoch nicht. Am Ende des Zeitraumes
A reduziert der Mikrocontroller 32 automatisch den Leistungspegel
der Heizvorrichtung 10 auf einen niedrigeren Fallback-Pegel,
so dass sich die Temperatur der Kochplatte auf eine zweite Temperatur
reduziert, die bei etwa 75 bis 85 Prozent, vorzugsweise 83 Prozent
der vorherigen (ersten) Temperaturstufe liegt. Eine solche Reduzierung,
die durch die Bezugszahl 44 gekennzeichnet ist, kann in
einem Einzelschritt oder in mehreren Schritten oder kontinuierlich
bewirkt werden. Während
des nachfolgenden laufenden Zeitraumes C wird die Temperatur der
oberen Oberfläche 40 der
Kochplatte 12 bei etwa 500°C gehalten, und dadurch wird
sichergestellt, dass die Rückwand 6 und die
Seitenwand 8 auf einer Temperatur gehalten werden, die
den festgelegten Grenzwert nicht übersteigt. Wie in 4 gezeigt
wirkt sich die Stufe mit der reduzierten Temperatur jedoch nicht
störend
auf einen Temperaturbereich 46, der für Bratvorgänge benötigt wird, und auf einen Temperaturbereich 48,
der für Dauerkoch-/Köchelvorgänge benötigt wird,
aus.
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Während des
normalen Betriebs kann die Heizvorrichtung 10 von einem
Benutzer abgeschaltet oder auf eine Einstellung mit niedrigerem
Leistungspegel und dann zurück
auf die Höchstleistung
geschaltet werden, wenn die Temperatur der Rückwand 6 und der Seitenwand 8 noch
erhöht
ist. In diesem Fall muss die Fallback-Temperaturstufe (zweite Temperaturstufe)
im Vergleich zu der Situation, in der die Heizvorrichtung das erste
Mal mit Strom versorgt wird, innerhalb einer kurzen Zeit wieder
eingesetzt werden. In diesem Fall kann der Zeitraum für die Höchstleistung
(erste Leistung)(d.h. erste Temperatur), der ursprünglich auf
Höchstleistung
eingestellt ist, um einen Betrag reduziert werden, der umgekehrt proportional
zu der Zeitspanne ist, die vergangen ist, seit die Heizvorrichtung
das letzte Mal mit Höchstleistung
betrieben wurde.
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So
kann es sich zum Beispiel bei dem Zeitraum, bevor die Heizvorrichtung
auf der Fallback-Temperaturstufe betrieben wird, um den Anfangszeitraum
(z.B. 30 Min.) minus die Hälfte
der Zeitspanne handeln, die vergangen ist, seit die Heizvorrichtung
das letzte Mal mit Höchstleistung
betrieben wurde. Als praktisches Beispiel wird die Heizvorrichtung
wie in 5 dargestellt auf Höchstleistung geschaltet und
kehrt nach 30 Min., wie durch Punkt E gezeigt, auf die Fallback-Temperaturstufe
zurück. Die
Heizvorrichtung wird dann wie durch Punkt F dargestellt nach 40
Min. abgeschaltet oder auf niedrige Leistung umgeschaltet und danach
wie durch Punkt G dargestellt nach 50 Min. wieder auf Höchstleistung zurück geschaltet.
In diesem Fall bleibt die Heizvorrichtung (50 – 30)/2 Min., d.h. 10 Min.
lang auf Höchstleistung,
bevor sie wie durch Punkt H dargestellt wieder auf die Fallback-Temperaturstufe zurückkehrt.
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Zur
ausführlicheren
Beschreibung: Nachdem die kalte Heizvorrichtung auf Höchstleistung
geschaltet worden ist, um zum Beispiel einen Topf Wasser zu kochen,
wird der Leistungspegel von der Steuerelektronik für einen
Zeitraum von 7 Min. auf den Schub-Leistungspegel eingestellt, um
für eine
beschleunigte Anfangserhitzung zu sorgen. Am Punkt D wird der Leistungspegel
auf die normale Höchstleistung
reduziert, d.h. auf die erste Temperatur. Am Punkt E, d.h. nach
insgesamt 30 Min. Schub- und Höchstleistung,
kehrt die Temperaturstufe wieder auf die Fallback-Temperaturstufe
(zweite Temperaturstufe) zurück.
Auf dieser Temperaturstufe gestaltet sich die Wärmeabgabe so, dass die Temperatur
der Rückwand 6 und
der Seitenwand 8 den vom EN60335 festgelegten Maximalwert
nicht übersteigt,
sie reicht aber gleichzeitig dafür
aus, eine größere Menge Wasser
am Kochen zu halten oder zu braten. Am Punkt F schaltet der Benutzer
die Heizvorrichtung nach 40 Min. Kochen entweder ab oder auf eine
geringere Leistungseinstellung um. Am Punkt G schaltet der Benutzer
20 Min., nachdem die Heizvorrichtung das letzte Mal mit Höchstleistung
betrieben wurde, die Heizvorrichtung wieder auf Höchstleistung. Die
Steuerelektronik behält
den Höchstleistungspegel
(die erste Temperaturstufe) für
die Hälfte
von zwanzig Min., d.h. 10 Min. lang bei, und am Punkt H kehrt die
Temperaturstufe nach 10 Min. bei Höchstleistung wieder auf die
Fallback-Temperaturstufe (zweite Temperaturstufe) zurück.
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In
der Praxis kann die Art und Weise, auf die der Zeitraum bestimmt
wird, bevor die Heizvorrichtung zur Fallback-Temperaturstufe zurückkehrt, durch
experimentelle Daten ermittelt werden, und es kann sich um etwas
anderes als eine einfache umgekehrte Proportionalität handeln.
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In
den 6 und 7 ist eine elektrische Heizvorrichtung 110 unter
einer glaskeramischen Kochplatte 112 in einem (nicht näher gezeigten) Kochgerät angeordnet.
Die Heizvorrichtung 110 umfasst eine Metallschale 114 mit
einer Grundschicht 116 aus Wärmedämmmaterial wie mikroporösem Wärmedämmmaterial.
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Die
Heizvorrichtung 110 ist so angeordnet, dass sie zwei konzentrische
Heizzonen bereitstellt. Eine Hauptheizzone 118 ist von
einer zusätzlichen Heizzone 120 umgeben,
wobei die Zonen 118, 120 durch eine Trennwand 122 aus
Wärmedämmmaterial getrennt
sind, deren obere Oberfläche
eine untere Oberfläche 124 der
glaskeramischen Kochplatte 112 berührt. Es ist ebenso eine periphere
Wand 126 aus Wärmedämmmaterial
vorhanden, die eine obere Oberfläche
aufweist, die die untere Oberfläche 124 der
glaskeramischen Kochplatte 112 berührt.
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Die
zentral angeordnete Hauptheizzone 118 besitzt mindestens
ein Heizelement 128, das in Bezug zur Grundschicht 116 gelagert
ist. Die zusätzliche
Heizzone 120 weist auch mindestens ein Heizelement 130 auf,
das in Bezug zur Grundschicht 116 gelagert ist. Die Heizelemente 128, 130 weisen
eine allgemein bekannte Form auf und können zum Beispiel gewellte
Metallstreifenelemente umfassen.
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Am
Rand der Heizvorrichtung 110 ist eine Anschlussleiste 132 angeordnet,
durch die die Heizelemente 128, 130 mit einer
Stromversorgung 134 zum Zuführen von Strom elektrisch verbunden
sind.
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Die
Heizelemente 128, 130 sind so angeordnet, dass
sie so verbunden werden können,
dass das Heizelement 128 allein betrieben werden kann,
wobei nur die Hauptheizzone 118 mit Strom versorgt wird,
um ein kleines Kochgefäß 136A zu
erhitzen, das sich auf einer oberen Oberfläche 138 der Kochplatte 112 befindet.
Das Heizelement 128 kann auch zusammen mit dem Heizelement 130 betrieben
werden, wobei die Hauptheizzone 118 zusammen mit der zusätzlichen
Heizzone 120 mit Strom versorgt wird, um ein größeres Kochgefäß 136B zu
erhitzen, das sich auf der oberen Oberfläche 138 der Kochplatte 112 befindet.
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Ein
Temperatursensor 140 ist so angeordnet, dass er sich zwischen
den Heizelementen 128, 130 und der Kochplatte 112 zum
Teil über
die Heizvorrichtung erstreckt. Der Temperatursensor 140 umfasst ein
Rohr, das eine Einrichtung enthält,
die in Abhängigkeit
von der Temperatur ein elektrisches Ausgangssignal bereitstellt.
Eine solche Einrichtung kann einen elektrischen Parameter wie einen
elektrischen Widerstand aufweisen, der sich in Abhängigkeit
von der Temperatur ändert.
Die Einrichtung umfasst insbesondere einen Widerstands-Temperaturmesser
aus Platin.
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Als
Alternative zum Temperatursensor 140 kann ein Temperatursensor
bereitgestellt werden, der auf die untere Oberfläche 124 der Kochplatte 112 aufgebracht
oder daran befestigt wird.
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Für die Heizvorrichtung 110 wird
Steuerelektronik 142 bereitgestellt. Die Steuerelektronik
umfasst einen Mikrocontroller 144, bei dem es sich um eine
Steuereinheit auf Mikroprozessorbasis handelt. Es wird auch ein
Regler 146 bereitgestellt, der einen Einstellknopf 148 aufweist,
mit dem auf bekannte Weise mehrere vom Benutzer wählbare Einstellungen
des Energieverbrauchs (Leistungspegels) der Heizvorrichtung 110 einschließlich einer
Höchstleistungseinstellung
erzielt werden können.
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Der
Heizvorrichtung 110 wird von der Stromversorgung 134 über ein
Relais 150 oder über
ein elektronisches Schaltermittel wie einen Triac Strom zugeführt.
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Der
Temperatursensor 140 wird gemeinsam mit dem Mikrocontroller 144 kalibriert,
damit ein elektrisches Ausgangssignal bereitgestellt wird, das in Abhängigkeit
von der Temperatur der oberen Oberfläche 138 der Kochplatte 112 abgestimmt
ist.
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Die
Temperatur der glaskeramischen Kochplatte 112 darf ein
bestimmtes Maß nicht überschreiten,
damit eine thermische Beschädigung
des glaskeramischen Materials vermieden wird. Für eine optimale Kochleistung
ist es notwendig, dass das Kochgefäß 136A, 136B und
sein Inhalt so schnell wie möglich
erhitzt werden kann, um zum Beispiel schnell ein Kochen des Inhalts
des Kochgefäßes 136A, 136B zu
erzielen. Es ist dementsprechend wünschenswert, dass die Temperatur
der oberen Oberfläche 138 der
Kochplatte 112, an der der Temperatursensor 140 die
Heizvorrichtung 110 steuert, den zulässigen Höchstwert erreicht. Wie bereits
angemerkt wurde, darf dies jedoch nicht zu einer Temperatur von
unzulässiger
Höhe bei
der Kochplatte 112 oder bei der Rückwand 6 bzw. der
Seitenwand 8 führen,
für die
im europäischen
Sicherheitsstandard EN60335 ein Grenzwert festgelegt ist.
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Es
wurde festgestellt, dass sich bei einer Heizvorrichtung 110,
die bei Einstellung einer Höchsttemperaturstufe
(eines Höchstleistungspegels)
unter einer Bedingung mit unbehinderter Strahlung betrieben und
vom Temperatursensor 140 gesteuert wird, wobei nur die
Hauptheizzone 118 mit Strom versorgt wird, solche Bedingungen
für einen vorgegebenen
Anfangszeitraum auf einer ersten Temperaturstufe mit Sicherheit
beibehalten lassen, ohne dass die Temperatur der Rückwand 6 und
der Seitenwand 8 den festgelegten Grenzwert übersteigt. Es
wurde festgestellt, dass ein solcher vorgegebener Anfangszeitraum
etwa 30 bis etwa 50 Min. beträgt und
in der Regel bei etwa 40 Min. liegt. Es wurde ebenso festgestellt,
dass, wenn die Temperaturstufe der Heizvorrichtung 110 dann
am Ende eines solchen vorgegebenen Anfangszeitraums von der ersten Temperaturstufe
auf eine zweite Temperaturstufe reduziert wird, die zwischen etwa
75 Prozent und 85 Prozent, vorzugsweise bei etwa 83 Prozent der
ersten Temperaturstufe liegt, die Temperatur der Rückwand 6 und
der Seitenwand 8 auf einem Maß gehalten wird, das den festgelegten
Grenzwert nicht übersteigt.
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Wird
die Heizvorrichtung 110 bei Einstellung einer Höchsttemperaturstufe
(eines Höchstleistungspegels)
unter einer Bedingung mit unbehinderter Strahlung betrieben, wobei
die Hauptheizzone 118 zusammen mit der zusätzlichen
Heizzone 120 mit Strom versorgt wird, dann erhöht sich
auf Grund der höheren
resultierenden Leistung und der größeren erhitzten Fläche die
Temperatur der Rückwand 6 und der
Seitenwand 8 schneller, und der für sie festgelegte Temperatur-Grenzwert
wird schneller erreicht, als wenn nur die Hauptheizzone mit Strom
versorgt wird. In diesem Fall ist der vorgegebene Anfangszeitraum, der
sich mit Sicherheit auf der ersten Temperaturstufe einhalten lässt, bevor
auf die zweite Temperaturstufe reduziert wird, ohne dass die Temperatur
der Rückwand 6 und
der Seiten wand 8 den festgelegten Grenzwert übersteigt,
kürzer
und beträgt
etwa 20 bis etwa 40 Min. und liegt in der Regel bei etwa 30 Min.. Unter
bestimmten Umständen
kann der vorgegebene Anfangszeitraum jedoch auch nur 10 Min. betragen.
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Der
Mikrocontroller 144 wird im Verlauf der Herstellung der
Heizvorrichtung 110 und der mit ihr verbundenen Steuerelektronik
im Werk mit den notwendigen Daten für die Werte des vorgegebenen
Anfangszeitraums (je nachdem, ob die Hauptheizzone 118 allein
oder gemeinsam mit der zusätzlichen
Heizzone 120 mit Strom versorgt wird) sowie dem Wert für die zweite,
reduzierte Temperaturstufe programmiert. Diese einprogrammierten
Daten werden danach vom Mikrocontroller 144 automatisch
für das
sichere Steuern der Heizvorrichtung 110 eingesetzt.
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Der
Steuerungsvorgang ist in 8 dargestellt, bei der es sich
um eine Auftragung der Temperatur TE der oberen Oberfläche 138 der
Kochplatte 112 in °C
(als obere Glastemperatur bekannt) über der Zeit TI in Min. bei
der Einstellung der Höchstleistung
handelt. Wird nur die Hauptheizzone 118 mit Strom versorgt,
wird im Verlauf eines voreingestellten Anfangszeitraums Al von 40
Min. die Heizvorrichtung 110 für einen Zeitraum B von etwa
7 Min. mit einem Schub-Leistungspegel betrieben, worauf für weitere 33
Min. der Betrieb auf einer normalen ersten Temperaturstufe (bei
einem normalen Höchstleistungspegel)
folgt. Die Temperatur der oberen Oberfläche 138 der Kochplatte 112 übersteigt
während
des Schub-Zeitraumes
600°C, und
für den
Rest des vorgegebenen Anfangszeitraums Al wird die Temperatur der
oberen Oberfläche 138 der
Kochplatte 112 bei etwa 600°C gehalten. Dies macht es möglich, dass im
Kochgefäß 136A ein
schnelles Erhitzen bis zum Kochen erfolgt. Im Verlauf dieses Anfangszeitraumes Al übersteigt
die Temperatur der Rückwand 6 und
der Seitenwand 8 jedoch den von dem europäischen Sicherheitsstandard
EN60335 festgelegten Grenzwert nicht. Am Ende des Zeitraumes Al
reduziert der Mikrocontroller 144 automatisch die Temperaturstufe der
Heizvorrichtung 110 auf eine niedrigere (zweite) Fallback-Temperaturstufe,
die bei etwa 75 bis 85 Prozent der vorherigen (ersten) Höchsttemperaturstufe liegt.
Eine solche Reduzierung, die durch die Bezugszahl 152 gekennzeichnet
ist, kann in einem Einzelschritt oder in mehreren Schritten oder
kontinuierlich bewirkt werden. Während
des nachfolgenden laufenden Zeitraumes C wird die Temperatur der
oberen Oberfläche 138 der
Kochplatte 112 bei etwa 500°C gehalten, und dadurch wird
sichergestellt, dass die Rückwand 6 und
die Seitenwand 8 auf einer Temperatur gehalten werden,
die den festgelegten Grenzwert nicht übersteigt. Wie in 8 gezeigt
wirkt sich die Stufe mit der reduzierten Temperatur jedoch nicht störend auf
einen Temperaturbereich 154, der für Bratvorgänge benötigt wird, und auf einen Temperaturbereich 156,
der für
Dauerkoch-/Köchelvorgänge benötigt wird,
aus.
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Wenn
die Hauptheizzone 118 gemeinsam mit der zusätzlichen
Heizzone 120 mit Strom versorgt wird, dann erhöht sich
auf Grund der höheren
resultierenden Leistung und der größeren erhitzten Fläche in der
Heizvorrichtung 110 die Temperatur der Rückwand 6 und
der Seitenwand 8 schneller und erreicht schneller ihren
festgelegten Grenzwert, als wenn nur die Hauptheizzone 118 auf
dem Schub-Leistungspegel
und dann auf der normalen (ersten) Temperaturstufe mit Strom versorgt
wird. In diesem Fall wird vom Mikrocontroller 144 automatisch
ein reduzierter vorgegebener Anfangszeitraum A2 von etwa 30 Min. eingesetzt,
und am Ende davon wird die Temperaturstufe automatisch vom Mikrocontroller 144 auf
die niedrigere (zweite Temperatur-) Fallback-Stufe reduziert, die
durch die Bezugszahl 152A bezeichnet und durch den gestrichelten
Teil des Graphen gezeigt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass
der festgelegte Grenzwert für
die Temperatur der Rückwand 6 und der
Seitenwand 8 nicht überschritten
wird, während eine
optimierte Leistung der Heizvorrichtung 110 gewährleistet
wird.
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Während des
normalen Betriebs kann die Heizvorrichtung 110 von einem
Benutzer abgeschaltet oder auf eine Einstellung mit niedrigerem
Leistungspegel und dann zurück
auf die Höchstleistung geschaltet
werden, wenn die Temperatur der Rückwand 6 und der Seitenwand 8 noch
erhöht
ist. In diesem Fall muss die Fallback-Temperaturstufe (zweite Temperaturstufe)
im Vergleich zu der Situation, in der die Heizvorrichtung das erste
Mal mit Strom versorgt wird, innerhalb einer kurzen Zeit wieder
eingesetzt werden. In diesem Fall kann der Zeitraum für die Höchsttemperatur
(erste Temperatur), der ursprünglich
auf Höchstleistung
eingestellt ist, um einen Betrag reduziert werden, der umgekehrt
proportional zu der Zeitspanne ist, die vergangen ist, seit die
Heizvorrichtung das letzte Mal mit Höchstleistung betrieben wurde.
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6 zeigt
zwar eine Heizvorrichtung 110, bei der die Hauptheizzone 118 konzentrisch
mit der zusätzlichen
Heizzone 120 angeordnet ist, aber es sind auch andere Anordnungen
möglich.
Eine Heizvorrichtung 110 kann wie in 9 gezeigt
eine ovale Anordnung umfassen, bei der die zusätzliche Heizzone 120,
die mit dem Heizelement 130 ausgestattet ist, an eine Seite
der Hauptheizzone 118, die mit dem Heizelement 128 ausgestattet
ist, angrenzt. Die Heizvorrichtung 110 weist eine periphere
Wand 126 aus Wärmedämmmaterial
und eine ebenso aus Wärmedämmmaterial
bestehende Trennwand 122 auf.
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Wie
in 10 gezeigt kann die Heizvorrichtung 110 eine
so genannte Flügel-Anordnung umfassen,
bei der flügelförmige zusätzliche
Heizzonen 120, die mit den Heizelementen 130 ausgestattet sind,
an gegenüberliegende
Seiten der Hauptheizzone 118, die mit dem Heizelement 128 ausgestattet
ist, angrenzen. Die Heizvorrichtung 110 weist eine Trennwandanordnung 122 aus
Wärmedämmmaterial und
eine ebenso aus Wärmedämmmaterial
bestehende periphere Wandanordnung 126 auf. Die Heizvorrichtungen 110 aus
den 9 und 10 werden auf die gleiche Art
und Weise betrieben und gesteuert wie die Heizvorrichtung 110 aus 6.