EP0197604A2 - Kochherd mit einer Vorrichtung zum automatischen Regeln des Ankochheizvorganges einer Kochvorrichtung - Google Patents

Kochherd mit einer Vorrichtung zum automatischen Regeln des Ankochheizvorganges einer Kochvorrichtung Download PDF

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EP0197604A2
EP0197604A2 EP86200549A EP86200549A EP0197604A2 EP 0197604 A2 EP0197604 A2 EP 0197604A2 EP 86200549 A EP86200549 A EP 86200549A EP 86200549 A EP86200549 A EP 86200549A EP 0197604 A2 EP0197604 A2 EP 0197604A2
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EP
European Patent Office
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parboiling
bottom temperature
pot bottom
temperature
slope value
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EP86200549A
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English (en)
French (fr)
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EP0197604A3 (en
EP0197604B1 (de
Inventor
Walter Braun
Reinhard Dr. Rer. Nat. Kersten
Egbert Kuhl
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
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Publication of EP0197604A2 publication Critical patent/EP0197604A2/de
Publication of EP0197604A3 publication Critical patent/EP0197604A3/de
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/0252—Domestic applications
    • H05B1/0258—For cooking
    • H05B1/0261—For cooking of food
    • H05B1/0266—Cooktops
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/07—Heating plates with temperature control means

Definitions

  • the invention relates to a cooker with a device for automatically regulating a parboiling process of an electric cooking device to avoid overcooking at the end of the parboiling process, the temperature rise of the bottom of the cooking vessel being continuously determined during the parboiling process by means of a temperature sensor.
  • Two methods are known with which the electrical parboiling is preprogrammed to some extent.
  • One method is time control
  • the other method is temperature-dependent control (see HEA picture service, August 1983, main advice center for electricity application eV, Frankfurt am Main, series electric cooker).
  • time control the owner has the option of setting the energy for the parboiling process and thus also taking large or small parboiling quantities into account.
  • temperature-dependent control is better suited to the parboiling problem.
  • a distinction is made between an adjustable temperature (2 or 3 point thermostat, EGO system) and a fixed temperature point (125 o C floor temperature, bimetal controller from Siemens).
  • a temperature sensor is arranged in a central zone free of electrical heating elements, which presses against a spring-loaded cap. This cap is off the bottom of the cook vessel depressed, so that a thermal contact is made between the sensor and the bottom of the cooking vessel. The parboiling power is switched off via the sensor.
  • the switch-off point depends on a number of other parameters, such as Filling quantity, heat capacity of the food to be cooked, heating power, shift of the cooking point due to dissolved substances (increase in boiling point) or even to a small extent from the barometer reading at the cooking location. It takes some experience of the user to find the approximate correct setting for the right pot, the filling quantity and the selected food.
  • the presetting is generally so unreliable that no user with the devices currently on the market, e.g. Allow milk to boil unattended.
  • the pot bottom temperature increases linearly with a constant slope.
  • the size of the slope is mainly determined by the amount of the food to be cooked, its heat capacity and the size of the electrical power fed in.
  • the gradient of the pot bottom temperature bends. How long this time of kinking before reaching the boiling point again depends on the amount of the food, its heat capacity and the size of the food electrical power fed in.
  • the boil-up heating power is regulated above 700C cooking temperature so that the slope of the pot bottom temperature approaches a setpoint that is selected so that when the slope is switched off when the slope is bent, the energy stored in the cooking device is approximately the same or slightly larger than the energy to be supplied to the food to be cooked until it reaches its boiling point. It is then possible to switch off the heating power supply when the gradient curve is bent, so that the food to be cooked no longer receives the heating energy responsible for overcooking.
  • slope value Is is changed above a predetermined magnitude to a reduced heating power at a pan-base temperature above approximately 70 0 C and a.
  • the switch-off would Parboiling power does not come to a boil when the slope of the bottom temperature of the pan bends, since the energy stored in the cooking device would not be sufficient to bring the item to the boil. For this reason, the parboil heating power is not switched off when the gradient is bent, but rather delayed. The value of this delay in turn depends on the quantity of the food to be cooked, its heat capacity and the size of the electrical power fed in, and thus on the actual gradient value above 700 ° C cooking temperature. This method makes the cooking device accurate regardless of the set heating power and the amount and heat capacity of the food so much electrical energy supplied that the food just reaches its cooking point.
  • the microprocessor determines the actual slope value of the pot bottom temperature below 700C, which results from the parboiling power Pa and the pot content C, the determined value also being a measure of the heat capacity of the food from which the target slope value is determined.
  • the target slope value of the pan bottom temperature, at which the food to be cooked when the heating-up power is switched off at the break-off point can be determined.
  • the pot bottom temperature is recorded at equal time intervals of less than 30 seconds, preferably 5 to 15 seconds.
  • the detection of the pot bottom temperature should take place at intervals of less than 30 seconds for a sufficient speed of reaction of the cooking device in order to ensure that the actual course of the pot bottom temperature is recorded in good time so that the heating power can be switched off early enough. Detection at intervals of approximately 5 to 15 seconds has proven to be advantageous.
  • the slope of the pot bottom temperature is averaged over several values.
  • the risk of an incorrect reaction can also be reduced by averaging the slope calculated from the individual measurements of the pot bottom temperature over several values, so that individual outliers are less important when recording the pot bottom temperature and thus the risk of a wrong reaction of the automatic control of the Parboiling is reduced.
  • the true cooking point is detected in good time before it is reached, regardless of the cooking temperature, which fluctuates depending on the substance concentration, the height above normal zero and the air pressure. Different amounts or heat capacities of the food are also taken into account, so that boiling does not occur even with small amounts of food or small heat capacity, and on the other hand, the boiling point is reliably reached even with a larger amount of heat or heat capacity. Furthermore, an absolute calibration of the temperature sensor is not important. All that is required is a sufficiently linear relative temperature response. Previously common cookware can therefore continue to be used unchanged. Only commercially available aluminum, steel or laminate pans are suitable for electric cooking. Critical items such as Milk, regardless of the amount, can be boiled without supervision.
  • the hotplate 1 shown in section in FIG. 1 consists of a plate-shaped gray cast iron body 3, in which spiral-shaped grooves 7 are provided from the underside 5. In this spiral grooves 7 heating coil 9 are inserted.
  • a guide sleeve 13a is inserted into a holding sleeve 13 which is fixedly connected to the hotplate 1 and has an inwardly projecting shoulder 17 on the underside 15.
  • a coil spring 19 is supported, which strives to press a contact hat 21 upwards against the bottom of an attached cooking vessel.
  • a temperature sensor 23 is provided within the spring 19, which is in contact with the underside 25 of the hat 21.
  • the temperature sensor 23 is largely decoupled from the thermal influence by the hotplate by means of a double-walled radiation shield 26.
  • the bottom of a pot placed on the hotplate 1 presses the hat 21 down into the plane of the turned top 27 of the hotplate. This results in good thermal contact between the bottom of the cooking vessel and the temperature sensor 23.
  • FIG. 2 shows the control of the hotplate heating using a basic circuit diagram.
  • the temperature sensor 23, which is connected to a microprocessor 27, is located in the heat-free central zone 11.
  • the heating coils 9a and 9b can be connected to the power supply 33 by the microprocessor 27 with the aid of a two-pole switch 31 and a single-pole switch 31a.
  • the desired parboiling and boiling power can be specified for the microprocessor 27, so that the microprocessor can automatically switch from parboiling to the boiling process .
  • FIG. 3 shows a time performance diagram for the parboiling and continued boiling.
  • pressing the button 29 or 35 preselects the heating power. Pressing one of the keys 29 or 35 is indicated by the case 39 in FIG. 3. In this example, the heating power is not changed.
  • Arrow 41 indicates the time at which the parboiling process is ended. If continued cooking is desired, the setting of the energy regulator 37 determines the electrically fed power during the continued cooking process.
  • the hatched areas in FIG. 3 indicate the periods in which heating power is fed into the hotplate.
  • Figure 4 shows the pot bottom temperature profiles and slope of a parboiling process.
  • the quantity and heat capacity of the food to be cooked is selected so that the heating power is neither changed nor switched off with a delay.
  • the pot bottom temperature profiles also assume that the food to be cooked is not stirred during cooking and that no new food is added.
  • the food temperature TK increases after a certain time delay up to the cooking point indicated by arrow 43.
  • the pot base temperature TB is measured with the aid of the temperature sensor 23. After a short initial delay, the pot bottom temperature increases largely linearly with a constant gradient.
  • the size of the slope is mainly determined by the amount and heat capacity of the food to be cooked and the size of the electrical power fed in. This determination can be made according to the formula: This so determined pot content later determines the target behavior above 70 0 C with its heat capacity
  • the microprocessor 27 measures the pot bottom temperature at intervals of approximately 5 to 15 seconds and stores these values. From measured value to measured value, the microprocessor compares the current pot bottom temperature value with the previous one and determines the value of the slope ⁇ TB from it. This results in a curve ⁇ TB, which is also entered in FIG. 4. The microprocessor thus determines the actual slope value of the pot bottom temperature in the temperature range below approx. 70 0 C pot bottom temperature. The heat quantity of the food to be cooked is determined from this value and from this the target slope value is determined. Above 70 ° C., the actual gradient value is now compared with the determined target gradient value. In the example shown in FIG. 4, the actual gradient value is approximately 12 Kelvin per minute.
  • this value corresponds approximately to the target slope value determined. For this reason, the parboiling power is not changed in the example shown in FIG. At a temperature above approx. 90 ° C. pot bottom temperature, the rise in the pot bottom temperature is noticeably reduced. This area is indicated by the arrow 45 and its extension 47. In the example shown, this kinking of the slope is about 1 1/2 minutes before the boiling point is reached at arrow 43. At the moment the course of the slope of the pot bottom temperature (line 47, arrow 45) kicks off, the heating-up power is switched off. The time remaining until the boiling point is reached is sufficient to prevent boiling over even with milk.
  • FIG. 5 shows the time profiles of the same parboiler for a parboiling process with only one liter of water shown.
  • the microprocessor determines again above 70 0 C pan-base temperature the value of the slope which is in the example shown in Figure 5 example, about 16 to 18 Kelvin per minute. Since this actual gradient value is above a predetermined gradient value, which for example could again be about 12 Kelvin per minute, the heating-up power is reduced, which is visible in FIG. 5 by the kink of the pan bottom temperature marked with arrow 51. After this switching over of the parboiling power, the value of the slope ATB decreases to approximately 6 Kelvin per minute, which is shown in the figure by the curve 53.
  • the boil-off heating power is switched off again at the beginning of the kinking of the rise in the pot bottom temperature, which is marked by the arrow 45 and its extension 47.
  • the food to be cooked reaches its boiling point about 1 minute later, which is indicated in the curve TK in the figure by the arrow 43.
  • FIG. 6 shows the temperature profiles of a parboiling process, again of the same cooking device, but this time with 2 liters of water. Above 70 0 C pan-base temperature is the slope ⁇ TB in this example, only about 10 Kelvin per minute. It is assumed in this example that the parboil heating power is not increased by the microprocessor 27. Since the actual slope value of the pot bottom temperature is below an assumed nominal slope value of approximately 12 Kelvin per minute, if the heating-up power is switched off when the slope profile is bent, the pot bottom temperature would decrease, which is shown in the figure by case 45 and its extension 47 then the energy stored in the cooking device is not sufficient to bring the food to the boil. For this reason, the microprocessor determines
  • the run-on time is approximately 1 minute.
  • This switch-off time calculated in this way is indicated in the figure by the arrow 63 and its extension 61.
  • the food in this example reaches its cooking temperature about 1 1/2 minutes later, which is marked in the figure by arrow 43.
  • Figures 4, 5 and 6 thus show three parboiling processes of the same cooking device, which is just chosen so that in the first case the actual gradient value corresponds to the target gradient value, that in the second case the actual gradient value is above the target gradient value and in the third case the actual gradient value is below the target gradient value.
  • the heating power is not increased if the actual gradient value is below a predetermined target gradient value.
  • the parboil heating output is only switched off after a delay after the slope of the pot bottom temperature has buckled.

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Abstract

Kochherd mit einer Vorrichtung zum automatischen Regeln des Ankochheizvorganges einer elektrischen Heizplatte während des Ankochens von Kochgut und zum Vermeiden eines Überkochens am Ende des Kochvorganges. Zu Beginn des Ankochvorganges wird die Ankochheizleistung einer elektrischen Kochplatte auf einen anwählbaren konstanten Wert eingestellt. Der zeitliche Temperaturanstieg des Kochgefäßbodens wird fortlaufend über der Zeit bestimmt. Bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von ca. 70° C wird der Ist-Steigungswert mit einem vorgegebenen Soll-Steigungswert verglichen und bei Abweichungen die Ankochheizleistung zur Annäherung des Ist-Steigungswertes an den Soll-Steigungswert umgeschaltet. Bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von ca. 90° C wird beim Abknicken des Steigungsverlaufes der Topfbodentemperatur die Ankochheizleistung abgeschaltet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Kochherd mit einer Vorrichtung zum automatischen Regeln eines Ankochvorganges einer elektrischen Kochvorrichtung zum Vermeiden eines Überkochens am Ende des Ankochvorganges, wobei während des Ankochvorganges fortlaufend der zeitliche Temperaturanstieg des Kochgefäßbodens mittels eines Temperaturfühlers ermittelt wird.
  • Es sind zwei Methoden bekannt, mit denen das elektrische Ankochen in gewisser Weise vorprogrammiert wird. Die eine Methode ist die Zeitsteuerung, die andere Methode ist die temperaturabhängige Regelung (vergl. HEA-Bilderdienst, August 1983, Hauptberatungsstelle für Elektrizitätsanwendung eV, Frankfurt a. M., Serie Elektroherd). Bei der Zeitsteuerung hat der Besitzer die Möglichkeit, die Energie für den Ankochvorgang festzuzsetzen, und damit auch große oder kleine Ankochmengen zu berücksichtigen. Es liegt aber keine selbsttätige Regelung vor; das Überkochen oder zu frühe Abschalten bei falscher Voreinstellung wird damit nicht verhindert. Die temperaturabhängige Regelung kommt dem Ankochproblem besser entgegen. Man unterscheidet dabei zwischen einstellbarer Temperatur (2 oder 3 Punktthermostat, E.G.O.-System) und festeingestelltem Temperaturpunkt (125oC Bodentemperatur, Bimetallregler von Siemens). Bei einer solchen Regelung ist in einer von elektrischen Heizelementen freien Zentralzone ein Temperaturfühler angeordnet, der gegen ein federnd gelagertes Käppchen drückt. Dieses Käppchen wird von dem Boden des Kochgefäßes niedergedrückt, so daß zwischen dem Fühler und dem Boden des Kochgefäßes ein Wärmekontakt zustandekommt. Über den Fühler wird die Ankochheizleistung abgeschaltet.
  • Auch die temperaturgesteuerte Abschaltung der Ankochphase kann nicht voll befriedigen, da der richtige Abschaltpunkt keineswegs mit einer festen Bodenfühlertemperatur verknüpft ist. Der Abschaltpunkt hängt vielmehr von einer Reihe weiterer Parameter ab, wie z.B. Füllmenge, Wärmekapazität des Kochgutes, Ankochheizleistung, Verschiebung des Kochpunktes durch gelöste Stoffe (Siedepunkterhöhung) oder sogar in geringem Maße von dem Barometerstand am Kochort. Es bedarf einiger Erfahrung des Benutzers, um für den richtigen Topf, die Füllmenge und das gewählte Kochgut die angenähert richtige Einstellung zu finden. Die Voreinstellung ist im allgemeinen so unzuverlässig, daß kein Benutzer mit den heute am Markt befindlichen Vorrichtungen z.B. Milch unbeaufsichtigt aufkochen lassen könnte. Entweder wird die Ankochheizleistung zu spät zurückgeschaltet, dann muß der Topf von der elektrischen Heizplatte genommen werden, um ein Übersprudeln oder Überkochen, insbesondere bei Milch, zu verhindern, oder es wird zu früh abgeschaltet, dann treten Zeitverzögerungen beim Nachheizen ein. In jedem Fall ist eine Beaufsichtigung notwendig.
  • Es ist aus der EP-OS 0 074 108 bekannt, mittels eines Temperaturfühlers die Topfbodentemperatur bei einem Gaskocher abzutasten und die Gaszufuhr abzuschalten, wenn die Temperatur des Topfbodens bei Beginn des Kochens nicht mehr ansteigt. Beim Gaskochen genügt diese Maßnahme, da die Wärmezufuhr schlagartig unterbrochen werden kann. Beim Elektrokochen wird trotz Abschaltens weiter Wärme zugeführt. Das Abschalten im Augenblick des Kochpunktes genügt also nicht.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, den elektrischen Aufheizvorgang von Wasser oder anderem, wenigstens teilweise flüssigem Kochgut selbsttätig ohne Überkochen abzuschließen, so daß beispielsweise auch Milch unbeaufsichtigt angekocht werden kann.
  • Die gestellte Aufgabe ist eerfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
    • - zu Beginn des Ankochvorganges die Ankochheizleistung einer elektrischen Kochplatte auf einen anwählbaren, konstanten Wert einstellbar ist,
    • - ein Mikroprozessor fortlaufend die Bodentemperatur des Kochgefäßes in gleichen Zeitabständen erfaßt und den Verlauf der Steigung der Topfbodentemperatur über der Zeit bestimmt,
    • - der Mikroprozessor bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von ca. 700C den Ist-Steigungswert der Topfbodentemperatur mit einem Soll-Steigungswert vergleicht und bei Abweichungen die Ankochheizleistung umschaltet zur Annäherung des Ist-Steigungswertes an den Soll-Steigungswert,
    • - der Mikroprozessor bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von 900C beim Abknicken des Steigungsverlaufes der Topfbodentemperatur die Ankochleistung abschaltet.
  • Die Topfbodentemperatur steigt nach einer kurzen Anfangsverzögerung zeitlich weitgehend linear mit konstanter Steigung an. Die Größe der Steigung wird dabei überwiegend durch die Menge des Kochgutes, dessen Wärmekapazität und die Größe der eingespeisten elektrischen Leistung bestimmt. Vor dem Erreichen des Kochpunktes knickt der Steigungsverlauf der Topfbodentemperatur ab. Wie lange dieser Zeitpunkt des Abknickens vor dem Erreichen des Kochpunktes liegt, hängt wiederum von der Menge des Kochgutes dessen Wärmekapazität und der Größe der eingespeisten elektrischen Leistung ab. Aus diesem Grunde wird oberhalb 700C Kochtemperatur die Ankochheizleistung so geregelt, daß die Steigung der Topfbodentemperatur sich einem Sollwert annähert, der so gewählt ist, daß bei einem Abschalten beim Abknicken des Steigungsverlaufes die dann in der Kochvorrichtung gespeicherte Energie etwa gleich groß oder etwas größer ist als die dem Kochgut noch bis zum Erreichen seines Kochpunktes zuzuführende Energie. Es kann dann also beim Abknicken des Steigungsverlaufes die Heizleistungszuführung abgeschaltet werden, so daß das Kochgut die für das Uberkochen verantwortliche Heizenergie nicht mehr zugeführt bekommt.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von ca. 700C und einem Ist-Steigungswert oberhalb einer vorgegebenen Größe auf eine verringerte Ankochheizleistung umgeschaltet wird.
  • Es wird im allgemeinen zweckmäßig sein, die Anpassung der Ankochheizleistung lediglich nach unten vorzunehmen, das heißt nur bei zu großem Ist-Steigungswert der Topfbodentemperatur die Ankochheizleistung auf einen kleineren Wert zu verringern. Dies gilt insbesondere dann, wenn wegen der Art des Kochgutes ein zu schnelles Ankochen infolge einer zu großen Ankochheizleistung vermieden werden soll.
  • Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß
    • - zu Beginn des Ankochvorganges die Ankochheizleistung einer elektrischen Kochplatte auf einen anwählbaren, konstanten Wert einstellbar ist,
    • - ein Mikroprozessor fortlaufend der zeitliche Temperaturanstieg des Kochgefäßbodens über der Zeit bestimmt,
    • - der Mikroprozessor bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von ca. 700C den Ist-Steigungswert der Topfbodentemperatur mit einem Soll-Steigungswert vergleicht und bei Abweichungen die Ankochheizleistung umschaltet zur Annäherung des Ist-Steigungswertes an den Soll-Steigungswert,
    • - der Mikroprozessor bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von ca. 900C und einem nicht genügend nach oben in Richtung auf den Soll-Steigungswert korrigierbaren Ist-Steigungswert der Ankochheizleistung zeitlich verzögert nach dem Erreichen des Abknickpunktes des Steigungsver- laufes der Topfbodentemperatur abschaltet.
  • Wenn oberhalb 700 C Topfbodentemperatur der Ist-Steigungswert unterhalb des Soll-Steigungswertes liegt und durch eine Erhöhung der Ankochheizleistung der Ist-Steigungswert den Soll-Steigungswert nicht erreicht, oder wenn eine Erhöhung der Ankochheizleistung nicht vorgesehen oder erwünscht ist, würde bei einem Abschalten der Ankochheizleistung beim Abknicken des Steigungsverlaufes der Topfbodentemperatur das Kochgut nicht zum Kochen kommen, da die in der Kochvorrichtung gespeicherte Energie nicht ausreichen würde, um das Kochgut zum Kochen zu bringen. Aus diesem Grunde wird die Ankochheizleistung nicht beim Abknicken des Steigungsverlaufes abgeschaltet, sondern zeitlich verzögert. Der Wert dieser Verzögerung hängt wiederum von der Menge des Kochgutes, dessen Wärmekapazität und der Größe der eingespeisten elektrischen Leistung ab und somit von dem Ist-Steigungswert oberhalb 700 C Kochtemperatur. Durch dieses Verfahren wird unabhängig von der eingestellten Ankochheizleistung und der Menge und Wärmekapazität des Kochgutes der Kochvorrichtung genau soviel elektrische Energie zugeführt, daß das Kochgut seinen Kochpunkt gerade erreicht.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Mikroprozessor den Ist-Steigungswert der Topfbodentemperatur unterhalb 700C der sich aus der Ankochleistung Pa und dem Topfinhalt C ergibt, ermittelt, wobei der ermittelte Wert zugleich ein Maß für die Wärmekapazität des Kochgutes ist, aus der der Soll-Steigungswert ermittelt wird.
  • Aus dem Verlauf des Ist-Steigungswert der Topfbodentemperatur ist bei bekannter eingespeister elektrischer Leistung und bekannten Parametern der Kochvorrichtung ein Rückschluß auf die Wärmekapazität des Kochgutes möglich. Bei bekannter Wärmekapazität des Kochgutes ist wiederum der Soll-Steigungswert der Topfbodentemperatur, bei dem das Kochgut bei einem Abschalten der Ankochheizleistung beim Abknickpunkt anschließend gerade seinen Kochpunkt erreicht, bestimmbar.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Erfassung der Topfbodentemperatur in gleichen Zeitabständen von weniger als 30 Sekunden, vorzugsweise 5 bis 15 Sekunden, vorgenommen wird. Die Erfassung der Topfbodentemperatur sollte für eine genügende Reaktionsschnelligkeit der Kochvorrichtung in Zeitabständen von weniger als 30 Sekunden erfolgen, um zu gewährleisten, daß der tatsächliche Topfbodentemperaturverlauf rechtzeitig erfaßt wird und so die Ankochheizleistung früh genug abgeschaltet werden kann. Als Vorteilhaft hat sich eine Erfassung in Zeitabständen von etwa 5 bis 15 Sekunden erwiesen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steigung der Topfbodentemperatur über mehrere Werte gemittelt wird. Die Gefahr einer falschen Reaktion kann zusätzlich dadurch vermindert werden, daß die aus den Einzelmeßwerten der Topfbodentemperatur errechnete Steigung über mehrere Werte gemittelt wird, so daß einzelne Ausreißer bei der Erfassung der Topfbodentemperatur weniger ins Gewicht fallen und so die Gefahr einer falschen Reaktion der automatischen Regelung des Ankochvorganges vermindert wird.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß nach dem Abschalten der Ankochheizleistung selbsttätig auf eine im Vorwege einstellbare Fortkochheizleistung umgeschaltet wird. Auf diese Weise kann durch vorheriges Einstellen der Fortkochheizleistung automatisch zu dem Fortkochvorgang übergegangen werden.
  • Bei dem Kochherd, nach der Erfindung wird der wahre Kochpunkt rechtzeitig vor seinem Erreichen erfaßt, und zwar unabhängig von der Kochtemperatur, die abhängig von der Stoffkonzentration, der Höhe über normal Null und dem Luftdruck schwankt. Auch unterschiedliche Menge bzw. Wärmekapazitäten des Kochgutes werden berücksichtigt, so daß es auch bei kleinen Mengen Kochgut oder kleiner Wärmekapazität desselben nicht zu einem Überkochen kommt, und andererseits auch bei größerer Wärmemenge bzw. Wärmekapazität des Kochgutes der Kochpunkt sicher erreicht wird. Ferner kommt es nicht auf eine absolute Kalibierung des Temperaturfühlers an. Es wird lediglich ein hinreichend linearer relativer Temperaturgang gefordert. Bisher übliches Kochgeschirr kann also unverändert weiter verwendet werden. Es werden nur handelsübliche, für das Elektrokochen geeignete Aluminium-, Stahl- oder Schichtstoff-Topfböden benötigt. Kritisches Kochgut, wie z.B. Milch, kann unabhängig von der Menge unbeaufsichtigt angekocht werden.
  • Die Erfindung wird anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 eine übliche Kochplatte mit einem Temperaturfühler zum Ermitteln der Topfbodentemperatur eines Elektrokochtopfes,
    • Figur 2 ein Schaltschema einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Kochplatte mit dem Verfahren nach der Erfindung,
    • Figur 3 ein Zeitleistungsdiagramm zum Ankochen und Fortkochen,
    • Figur 4 ein Zeitdiagramm der Topfbodentemperatur und deren Steigung, die bei einem Ankochvorgang einer Kochvorrichtung auftreten, bei dem die Ankochheizleistung weder verändert, noch verzögert abgeschaltet wird,
    • Figur 5 ein Zeitdiagramm der Topfbodentemperaturen und deren Steigung, die bei einem Ankochvorgang derselben Kochvorrichtung auftreten, bei dem auf eine verringerte Ankochheizleistung umgeschaltet wird,
    • Figur 6 ein Zeitdiagramm der Topfbodentemperaturen und deren Steigung, die bei einem Ankochvorgang derselben Kochvorrichtung auftreten, bei dem die Ankochheizleistung unverändert bleibt, jedoch verzögert abgeschaltet wird.
  • Die in Figur 1 im Schnitt dargestellte Kochplatte 1 besteht aus einem plattenförmigen Graugußkörper 3, in dem von der Unterseite 5 her spiralförmige Nuten 7 vorgesehen sind. In diese spiralförmigen Nuten 7 sind Heizwendel 9 eingelegt.
  • In eine von den Heizwendeln 9 freien Zentralzone 11 ist eine Führungshülse 13a in eine mit der Kochplatte 1 festverbundene Halterungshülse 13 eingesetzt, die an der Unterseite 15 einen nach innen ragenden Absatz 17 aufweist. Auf diesem Absatz 17 stützt sich eine Spiralfeder 19 ab, die bestrebt ist, einen Kontakthut 21 nach oben gegen den Boden eines aufgesetzten Kochgefäßes zu drücken. Innerhalb der Feder 19 ist ein Temperaturfühler 23 vorgesehen, der an der Unterseite 25 des Hutes 21 kontaktierend anliegt. Der Temperaturfühler 23 ist durch einen doppelwandigen Strahlungsschirm 26 weitgehend von der thermischen Beeinflussung durch die Kochplatte abgekoppelt. Ein auf die Kochplatte 1 aufgesetzter Topf drückt mit seinem Boden den Hut 21 in die Ebene der abgedrehten Oberseite 27 der Kochplatte nieder. Damit kommt ein guter Wärmekontakt zwischen den Boden des Kochgefäßes und dem Temperaturfühler 23 zustande.
  • Figur 2 zeigt anhand eines Prinzipschaltbildes die Steuerung der Kochplattenheizung. In der heizfreien Zentralzone 11 befindet sich der Temperaturfühler 23, der an einen Mikroprozessor 27 angeschlossen ist. In der Kochplatte 1 sind zwei getrennt schaltbare Heizwendeln 9a und 9b vorhanden. Die Heizwendeln 9a und 9b können durch den Mikroprozessor 27 mit Hilfe eines zweipoligen Schalters 31 und eines einpoligen Schalters 31a an das Stromnetz 33 gelegt werden. Ober die Vorwahltasten 29 und 35 sowie einen Energieregler 37, mit dem eine Intervallsteuerung der Heizwendeln 9a bzw. 9b möglich ist, können dem Mikroprozessor 27 die gewünschten Ankoch- und Fortkochheizleistungen vorgegeben werden, so daß der Mikroprozessor automatisch vom Ankoch- in den Fortkochvorgang umschalten kann.
  • Figur 3 zeigt ein Zeitleistungsdiagramm für das Ankochen und Fortkochen. Wie dieses Diagramm zeigt, wird durch Drücken einer der Tasten 29 oder 35 die Ankochheizleistung vorgewählt. Das Drücken einer der Tasten 29 oder 35 ist durch den Fall 39 in Figur 3 angedeutet. Es wird in diesem Beispiel die Ankochheizleistung nicht verändert. Pfeil 41 gibt den Zeitpunkt an, indem der Ankochvorgang beendet wird. Wenn das Fortkochen gewünscht ist, bestimmt die Einstellung des Energiereglers 37 die elektrisch eingespeiste Leistung während des Fortkochvorganges. Die schraffierten Bereiche in Figur 3 deuten die Zeiträume an, in denen Heizleistung in die Kochplatte eingespeist wird.
  • Figur 4 zeigt die Topfbodentemperaturverläufe und Steigung eines Ankochvorganges. In diesem Beispiel ist die Menge und Wärmekapazität des Kochgutes gerade so gewählt, daß die Ankochheizleistung weder verändert, noch verzögert abeschaltet wird. Die Topfbodentemperaturverläufe gehen ferner davon aus, daß während des Ankochens das Kochgut nicht gerührt und das kein neues Kochgut hinzugefügt wird.
  • Die Kochguttemperatur TK steigt nach einer gewissen Zeitverzögerung bis zu dem durch den Pfeil 43 angegebenen Kochpunkt an. Mit Hilfe des Temperaturfühlers 23 wird die Topfbodentemperatur TB gemessen. Nach einer kurzen Anfangsverzögerung steigt die Topfbodentemperatur zeitlich weitgehend linear mit konstanter Steigung an. Die Größe der Steigung wird dabei überwiegend durch die Menge und Wärmekapazität des Kochgutes und die Größe der eingespeisten elektrischen Leistung bestimmt. Diese Bestimmung kann nach der Formel erfolgen:
    Figure imgb0001
    Dieser so bestimmte Topfinhalt bestimmt mit seiner Wärmekapazität später das Sollverhalten oberhalb von 700C
  • Der Mikroprozessor 27 mißt dazu die Topfbodentemperatur in Zeitabständen von ca. 5 bis 15 Sekunden, und speichert diese Werte. Von Meßwert zu Meßwert vergleicht der Mikroprozessor den aktuellen Topfbodentemperaturwert mit dem vorherigen und bestimmt daraus den Wert der Steigung ΔTB. Daraus ergibt sich eine Kurve Δ TB, die ebenfalls in Figur 4 eingetragen ist. Der Mikroprozessor ermittelt so im Temperaturbereich unterhalb von ca. 700 C Topfbodentemperatur den Ist-Steigungswert der Topfbodentemperatur. Aus diesem Wert wird die Wärmemenge des Kochgutes und aus dieser nun der Soll-Steigungswert ermittelt. Es wird nun oberhalb von 700C der Ist-Steigungswert mit dem ermittelten Soll-Steigungswert verglichen. In dem in Figur 4 dargestellten.Beispiel beträgt der Ist-Steigungswert ca. 12 Kelvin pro Minute. Es wird davon ausgegangen, daß dieser Wert etwa dem ermittelten Soll-Steigungswert entspricht. Aus diesem Grunde wird in dem in Figur 4 dargestellten Beispiel die Ankochheizleistung nicht verändert. Bei einer Temperatur oberhalb von ca. 900 C Topfbodentemperatur verringert sich ganz auffällig die Steigung der Topfbodentemperatur. Dieser Bereich ist durch den Pfeil 45 und seine Verlängerung 47 angedeutet. Dieses Abknicken der Steigung liegt im dargestellten Beispiel ca. 1 1/2 Minuten vor dem Erreichen des Kochpunktes bei Pfeil 43. Im Augenblick des Abknickens des Verlaufs der Steigung der Topfbodentemperatur (Linie 47, Pfeil 45) wird die Ankochheizleistung abgeschaltet. Die verbliebene Zeit bis zum Erreichen des Kochpunktes reicht dabei aus, um sogar bei Milch das Überkochen zu verhindern.
  • In Figur 5 sind die Zeitverläufe derselben Ankochvorrichtung für einen Ankochvorgang mit nur einem Liter Wasser dargestellt. Nach dem Ansteigen der Temperaturverläufe zu Beginn des Ankochvorganges, ermittelt der Mikroprozessor wiederum oberhalb 700 C Topfbodentemperatur den Wert der Steigung, der in dem in Figur 5 dargestellten Beispiel etwa 16 bis 18 Kelvin pro Minute beträgt. Da dieser Ist-Steigungswert oberhalb eines vorgegebenen Steigungswertes, der z.B. wiederum etwa 12 Kelvin pro Minute betragen könnte, liegt, wird die Ankochheizleistung verringert, was in der Figur 5 durch den mit Pfeil 51 markierten Knick der Topfbodentemperatur sichtbar ist. Nach diesem Umschalten der Ankochheizleistung verringert sich der Wert der Steigung ATB auf etwa 6 Kelvin pro Minute, was in der Figur durch den Kurvenverlauf 53 dargestellt ist. Die Abschaltung der Ankochheizleistung wird wiederum zu Beginn des Abknickens der Steigung der Topfbodentemperatur vorgenommen, was durch den Pfeil 45 und seine Verlängerung 47 markiert ist. In diesem Beispiel erreicht das Kochgut etwa 1 Minute später seinen Kochpunkt, was in dem Kurvenverlauf TK in der Figur durch den Pfeil 43 angedeutet ist.
  • Die Figur 6 zeigt die Temperaturverläufe eines Ankochvorganges wiederum derselben Kochvorrichtung, jedoch diesmal mit 2 Litern Wasser. Oberhalb 700 C Topfbodentemperatur beträgt die Steigung ΔTB in diesem Beispiel nur etwa 10 Kelvin pro Minute. Es wird in diesem Beispiel davon ausgegangen, daß die Ankochheizleistung durch den Mikroprozessor 27 nicht erhöht wird. Da der Ist-Steigungswert der Topfbodentemperatur unterhalb eines angenommenen Soll-Steigungswertes von etwa 12 Kelvin pro Minute liegt, würde bei einem Abschalten der Ankochheizleistung beim Abknicken des Steigungsverlaufs der Topfbodentemperatur, was in der Figur durch den Fall 45 und seine Verlängerung 47 dargestellt ist, die dann noch in der Kochvorrichtung gespeicherte Energie nicht ausreichen, um das Kochgut zum Kochen zu bringen. Aus diesem Grunde bestimmt der Mikroprozessor
  • aus dem Wert der Steigung (hier etwa 10 Kelvin pro Minute) eine Nachlaufzeit für die verzögerte Abschaltung der Ankochheizleistung. In dem dargestellten Beispiel beträgt die Nachlaufzeit etwa 1 Minute.
  • Dieser so errechnete Abschaltzeitpunkt ist in der Figur durch den Pfeil 63 und seine Verlängerung 61 angedeutet. Nach dem Abschalten der Ankochheizleistung erreicht das Kochgut in diesem Beispiel etwa 1 1/2 Min. später seine Kochtemperatur, was in der Figur durch den Pfeil 43 markiert ist.
  • Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen also drei Ankochvorgänge derselben Kochvorrichtung, die gerade so gewählt ist, daß im ersten Fall der Ist-Steigungswert gerade dem Soll-Steigungswert entspricht, daß im zweiten Fall der Ist-Steigungswert über dem Soll-Steigungswert liegt und im dritten Fall der Ist-Steigungswert unter dem Soll-Steigungswert liegt. In dem in Figur 6 dargestellten Beispiel wird zusätzlich davon ausgegangen, daß bei einem Ist-Steigungswert unterhalb eines vorgegebenen Soll-Steigungswertes die Ankochheizleistung nicht erhöht wird. Aus diesem Grunde wird die Ankochheizleistung nach dem Abknicken des Steigungsverlaufs der Topfbodentemperatur erst verzögert abgeschaltet. Es wäre jedoch auch möglich, bei einem festgestellten Ist-Steigungswert unterhalb eines vorgegebenen Soll-Steigungswertes die Ankochheizleistung erhöht wird. Wenn in einem solchen Fall nach einer Erhöhung der Ankochheizleistung der Ist-Steigungswert der Topfbodentemperatur den vorgegebenen Soll-Steigungswert erreicht, kann bereits beim Abknicken des Steigungsverlaufs der Topfbodentemperatur abgeschaltet werden und nicht erst nach einer Verzögerungszeit.

Claims (7)

1. Kochherd mit einer Vorrichtung zum automatischen Regeln eines Ankochvorganges einer elektrischen Kochvorrichtung zum Vermeiden eines Uberkochens am Ende des Ankochvorganges, wobei während des Ankochvorganges fortlaufend der zeitliche Temperaturanstieg des Kochgefäßbodens mittels eines Temperaturfühlers ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- zu Beginn des Ankochvorganges die Ankochheizleistung einer elektrischen Kochplatte auf einen anwählbaren, konstanten Wert einstellbar ist,
- ein Mikroprozessor fortlaufend die Bodentemperatur des Kochgefäßes in gleichen Zeitabständen erfaßt und den Verlauf der Steigung der Topfbodentemperatur über der Zeit bestimmt,
- der Mikroprozessor bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von ca. 700C den Ist-Steigungswert der Topfbodentemperatur mit einem Soll-Steigungswert vergleicht und bei Abweichungen die Ankochheizleistung umschaltet zur Annäherung des Ist-Steigungswertes an den Soll-Steigungswert,
- der Mikroprozessor bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von ca 90°C beim Abknicken des Steigungsverlaufes der Topfbodentemperatur die Ankochleistung abschaltet.
2. Kochherd mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von ca. 700 C und einem Ist-Steigungswert oberhalb einer vorgegebenen Größe auf eine verringerte Ankochheizleistung umgeschaltet wird.
3. Kochherd mit einer Vorrichtung zum automatischen Regeln eines Ankochvorganges einer elektrischen Kochvorrichtung zum Vermeiden eines Überkochens am Ende des Ankochvorganges, wobei während des Ankochvorganges fortlaufend der zeitliche Temperaturanstieg des Kochgefäßbodens mittels eines Temperaturfühlers ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- zu Beginn des Ankochvorganges die Ankochheizleistung einer elektrischen Kochplatte auf einen anwählbaren, konstanten Wert einstellbar ist,
- ein Mikroprozessor fortlaufend der zeitliche Temperaturanstieg des Kochgefäßbodens über der Zeit bestimmt,
- der Mikroprozessor bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von ca. 700C den Ist-Steigungswert der Topfbodentemperatur mit einem Soll-Steigungswert vergleicht und bei Abweichungen die Ankochheizleistung umschaltet zur Annäherung des Ist-Steigungswertes an den Soll-Steigungswert,
- der Mikroprozessor bei einer Topfbodentemperatur oberhalb von ca. 900C und einem nicht genügend nach oben in Richtung auf den Soll-Steigungswert korrigierbaren Ist-Steigungswert der Ankochheizleistung zeitlich verzögert nach dem Erreichen des Abknickpunktes des Steigungsverlaufes der Topfbodentemperatur abschaltet.
4. Kochherd mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor den Ist-Steigungswert der Topfbodentemperatur unterhalb 700C der sich aus der Ankochleistung Pa und dem Topfinhalt C ergibt, ermittelt, wobei der ermittelte Wert zugleich ein Maß für die Wärmekapazität des Kochgutes ist, aus der der Soll-Steigungswert ermittelt wird.
5. Kochherd mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Topfbodentemperatur in gleichen Zeitabständen von weniger als 30 Sekunden, vorzugsweise 5 bis 15 Sekunden, erfolgt.
6. Kochherd mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Topfbodentemperatur über mehrere Werte gemittelt wird.
7. Kochherd mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abschalten der Ankochheizleistung selbsttätig auf eine im Vorwege einstellbare Fortkochheizleistung umgeschaltet wird.
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