EP1006756A1 - Sensor controlled hot plate with sensor arranged below the plate - Google Patents
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- EP1006756A1 EP1006756A1 EP99123600A EP99123600A EP1006756A1 EP 1006756 A1 EP1006756 A1 EP 1006756A1 EP 99123600 A EP99123600 A EP 99123600A EP 99123600 A EP99123600 A EP 99123600A EP 1006756 A1 EP1006756 A1 EP 1006756A1
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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- 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
- H05B3/746—Protection, e.g. overheat cutoff, hot plate indicator
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
- F24C15/00—Details
- F24C15/10—Tops, e.g. hot plates; Rings
- F24C15/102—Tops, e.g. hot plates; Rings electrically heated
- F24C15/105—Constructive details concerning the regulation of the temperature
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
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- F24C7/08—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F24C7/082—Arrangement or mounting of control or safety devices on ranges, e.g. control panels, illumination
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- 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 present invention relates to a sensor-controlled hob with a hob, in particular made of glass ceramic or glass, with at least one cooking zone, which can be heated by means of a heating element arranged below the cooktop is, as well as with one arranged below the hob plate and against it Underside directed in the area of a measuring spot limited in area Heat radiation sensor unit that is connected to a control unit Regulation of the heating power of the heating element.
- Such a hob is known from GB 2 072 334 A, wherein a parabolic reflector arrangement is provided below the hob.
- the reflector assembly collects one from the bottom of the bottom on the Stovetop turned off and radiant pan heated by the heating element Heat radiation and conducts this via a connected optical connecting line to an infrared sensitive photodiode. The so detected Heat radiation is used as a signal to regulate the heating power of the heating element used.
- the object of the present invention is in a sensor-controlled hob according to the preamble of claim 1, the heating power control independent of the pot to ensure sufficient accuracy.
- the emissivity of the bottom of the Hob plate at least in the area of the measuring spot at least in the spectral measuring area the heat radiation sensor unit at least 60%, in particular more than 90%.
- the measuring accuracy according to the invention is at least sufficient to Carry out frying or frying with satisfactory cooking results can. It is to increase the accuracy of the sensor-controlled system expedient, pots or pans with as flat as possible and thus to be used over a large area on the top of the hob.
- a measuring spot with suitable transmission and Emission properties can be achieved if the hob plate on the underside of the Area of the measuring spot with a dark, in particular black, emission layer is provided.
- the transmission and emission values are then on the one hand regardless of production variation and on the other hand over the life of the Hob is essentially constant despite its aging. Furthermore, the Values are then independent of the properties of the material of the hob plate or regardless of manufacturer or color tint ..
- a suitable size of the measuring spot is about 1 to 4 cm 2 . This ensures that, on the one hand, the measuring spot is not too large, which would impair a uniform cooking result in the pan or the pot. On the other hand, the measuring spot must not be too small so that the influence of the heat radiation from the base of the pot on the glass ceramic remains large enough. If the surface area of the measuring spot is too small, its sensed temperature, in spite of the low thermal conductivity of, for example, glass or glass ceramic, is essentially exclusively dependent on the temperature of the glass ceramic in the vicinity of the measuring spot. However, the aim of the cooktop according to the invention is to draw conclusions about the temperature of the heated cooking vessel placed on the cooktop or to regulate it.
- the heat radiation sensor unit a special filter
- the spectral pass band essentially is between about 4 and 8 ⁇ m. In this area is both the value of the transmission degree as well as the average reflectance of the material the hob plate with typical glass ceramic hob plates is sufficiently low. This results in a high emissivity in this wavelength range Underside of the hob plate and associated high sensitivity and accuracy.
- the spectral passband typically are also between about 10 to 20 microns. The value is also in this range the transmittance for typical glass ceramic material is about 0% and that of The degree of reflection is significantly lower than in the wavelength ranges neighboring on both sides.
- the choice of a suitable spectral filter is particularly of its price depends on as well as on the achievable in the respective wavelength range Sensitivity or measuring and control accuracy of the sensor-controlled Cooktop.
- a measuring shaft is arranged in which the heat radiation sensor unit is directed to the measuring spot of the hob plate. This measure ensures that the temperature influence of the measuring spot by the heat radiation radiating heating element greatly reduced or excluded is. It is particularly advantageous if the measuring shaft is as close as possible to the Underside of the cooktop sits, as well as when the radiation channel in the measuring shaft is insulated as well as possible from the space outside the measuring shaft.
- a computing unit calculates the Hob from the signal of the heat radiation sensor unit and in one Storage unit stored characteristics of the hob the temperature of the floor of a heated cooking vessel placed on the hob plate and indicates this the control unit for regulating the heating output. From laboratory tests Findings can be typical indicators for the relationship of the measurement signals the sensor unit to the prevailing pot bottom temperature become. These are then stored in the storage unit and are used during the cooking process suitably linked with the measurement signal of the heat radiation sensor unit. The ground temperature derived from this then in turn becomes control signals determined for the heating power of the corresponding heating element.
- the precision the system can be used especially for large cooking vessels such as for example, frying pans can be increased if at least two heat radiation sensor units be used. It is also useful to have a to realize known pot detection unit or the measurement signals of the Use heat radiation sensor unit for pot detection.
- a cooktop 1 has a cooktop 3 made of glass ceramic material, on the top of which Heated zones are marked on the upper side with the aid of decorative printing (FIG. 1). These zones are in each case corresponding to themselves below the hob plate 3 known metallic radiator pots 5 assigned. These are by themselves Known aids, not shown, pressed onto the underside of the hob plate 3.
- the radiator pot 5 has a radiator insulation on the bottom and on the circumference 7 on. In this or on this is a radiation heating conductor known per se 9 held by the heat radiation when dining with electrical current in particular in the direction of the underside of the hob plate 3. Above the radiator pot 5 or the radiant heater 9 is a frying pan 11 placed on the top of the hob 3.
- the emissivity ⁇ of the bottom the pot base 11 is typically about 10 to in stainless steel pots 20% and typically around 80 for a black enamelled pan base up to 90%.
- a tubular one Measuring shaft 15 is provided, the upper end face close to the bottom of the Hob 3 is present.
- the diameter of the measuring shaft is approximately 1 to 2 cm.
- the measuring shaft 15 is with suitable insulation means for thermal insulation compared to the measuring arrangement described below in particular the heating conductor 9 provided. Furthermore, the measuring shaft 15 has on its inner circumferential side to increase the sensitivity of the measuring arrangement described below a reflection layer 17.
- the limited by the measuring shaft 15 Circular area on the underside of the hob plate 3 serves as a measuring spot 18 of the measuring arrangement.
- a heat radiation-sensitive infrared sensor 19 is arranged at the end of the measuring shaft opposite the measuring spot 18 15.
- This Upstream is an infrared optics 21 with a spectral filter, the spectral Passband is between about 5 and 8 microns.
- Through an aperture 23 in Bottom of the measuring shaft 15 is the infrared sensor 19 on the measuring spot 18 Hob 3 directed.
- a suitable sensor window 25 is set.
- the infrared sensor 19 For cooling the infrared sensor 19 this sits in a cooling duct connection of the bottom of the radiator pot 5, to which cooling air (cooling air arrows) is supplied if necessary. Furthermore, between the radiator cup 5 and the radiator insulation 7, a cooling channel 27 is provided. This ensures that the permissible continuous operating temperature of the infrared sensor 19 of about 100 to 120 ° C is not exceeded (Fig. 1).
- the transmittance of the glass ceramic cooktop has the through Spectral filters define the spectral measuring range of the infrared sensor 19 of approximately 5 2 to 8 ⁇ m according to FIG. 2 a transmittance ⁇ of approximately 0%.
- the measurement and Control accuracy of the system is higher, the better the thermal coupling of the pot bottom 11 to the glass ceramic plate 3 on the one hand and their coupling to the infrared transmitter 19 on the other hand.
- the spectral pass band is between about 10 to 20 microns.
- the value of the transmittance ⁇ is about 0% and that of the Reflectance r around 10%, which results in an average emissivity ⁇ of about 90% results (Fig. 2).
- the value of the transmittance ⁇ is ideally about 0% and that of the emissivity ⁇ is approximately 100% (FIG. 5).
- the heating conductor 9 moves according to FIG Measuring shaft 15 essentially on all sides. Whether the measuring shaft 15 on the edge of the radiator pot 5 or rather arranged in its central area depends of the respective circumstances. For example, it can be used of two measuring shafts 15 in a radiator pot 5 for reasons of accuracy despite an uneven temperature distribution in the soil, for example the pan may be advantageous if the two measuring shafts 15 each in the edge area the radiator pot 5 are arranged (Fig. 3).
- both the Radiant heating conductor 9 and the cooktop 3 radiate heat to the bottom of the pot 11.
- the hob plate touches heat conduction between the two instead. The same applies in the direction parallel to the hob 3 within this.
- the infrared sensor 19 is through the Measuring shaft 15 shielded from the heat radiation of the radiant heater 9. It is also characterized by the properties of the material of the hob plate the heat radiation of the cooking vessel 11 largely shielded.
- a computing unit 41 determines the hob from the measured value S of the infrared sensor 19 and from in a storage unit 43 characteristics of the arrangement stored in the hob 1 have a corresponding output signal, from the one control unit 45 of the cooktop 1 a heating power signal P for the radiant heating conductor 9 is derived (FIG. 4).
- a heating power signal P for the radiant heating conductor 9 is derived (FIG. 4).
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein sensorgesteuertes Kochfeld mit einer Kochfeldplatte, insbesondere aus Glaskeramik oder Glas, mit zumindest einer Kochzone, die mittels eines unterhalb der Kochfeldplatte angeordneten Heizelementes beheizbar ist, sowie mit einer unterhalb der Kochfeldplatte angeordneten und gegen deren Unterseite im Bereich eines flächenmäßig begrenzten Meßfleckes gerichteten Wärmestrahlungs-Sensoreinheit, die in Verbindung steht mit einer Steuereinheit zur Regelung der Heizleistung des Heizelementes.The present invention relates to a sensor-controlled hob with a hob, in particular made of glass ceramic or glass, with at least one cooking zone, which can be heated by means of a heating element arranged below the cooktop is, as well as with one arranged below the hob plate and against it Underside directed in the area of a measuring spot limited in area Heat radiation sensor unit that is connected to a control unit Regulation of the heating power of the heating element.
Ein derartiges Kochfeld ist bekannt aus der Druckschrift GB 2 072 334 A, wobei unterhalb der Kochfeldplatte eine parabolische Reflektoranordnung vorgesehen ist. Die Reflektoranordnung sammelt die von der Unterseite des Bodens einer auf der Kochfeldplatte abgestellten und mittels des Heizelementes beheizten Pfanne abgestrahlte Wärmestrahlung und leitet diese über eine angeschlossene optische Verbindungsleitung zu einer infrarotsensitiven Photodiode. Die derart detektierte Wärmestrahlung wird als Signal zur Regelung der Heizleistung des Heizelementes verwendet.Such a hob is known from GB 2 072 334 A, wherein a parabolic reflector arrangement is provided below the hob. The reflector assembly collects one from the bottom of the bottom on the Stovetop turned off and radiant pan heated by the heating element Heat radiation and conducts this via a connected optical connecting line to an infrared sensitive photodiode. The so detected Heat radiation is used as a signal to regulate the heating power of the heating element used.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem sensorgesteuerten Kochfeld
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 die Heizleistungsregelung topfunabhängig
ausreichend genau zu gewährleisten.The object of the present invention is in a sensor-controlled hob
according to the preamble of
Erfindungsgemäß ist dies dadurch erreicht, daß der Wert des Transmissionsgrades der Kochfeldplatte zumindest im Bereich des Meßfleckes zumindest im spektralen Meßbereich der Wärmestrahlungs-Sensoreinheit weniger als 30 %, vorzugsweise weniger als 10 % und insbesondere annähernd etwa 0 % beträgt. Durch den gering gewählten Wert des Transmissionsgrades des Materials der Kochfeldplatte ist sichergestellt, daß der störende, weil unbekannte Einfluß der vom Topfboden in Richtung auf die Kochfeldplatte und damit auf den Wärmestrahlungs-Sensor abgestrahlten Wärmestrahlung gering ist. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil sich der Wert des Emissionsgrades der Topfbodenunterseite abhängig vom Kochtopftyp typischerweise zwischen 20 und 90 % bewegen kann. Erfindungsgemäß ist also sichergestellt, daß der Wärmestrahlungs-Sensor im wesentlichen bis ausschließlich die von der Unterseite der Kochfeldplatte abgestrahlte Wärmestrahlung empfängt.According to the invention, this is achieved in that the value of the transmittance the hob plate at least in the spectral range at least in the area of the measurement spot Measuring range of the heat radiation sensor unit less than 30%, preferably is less than 10% and in particular approximately approximately 0%. Because of the low selected value of the transmittance of the material of the hob plate ensures that the disruptive, because unknown influence of the bottom of the pot in Direction to the hob plate and thus to the heat radiation sensor Heat radiation is low. This is particularly important because the value of the emissivity of the bottom of the pot depends on Pot type can typically move between 20 and 90%. According to the invention it is thus ensured that the heat radiation sensor essentially up to only the heat radiation radiated from the underside of the hob plate receives.
Um eine ausreichende Meßempfindlichkeit des sensorgesteuerten Kochfeldes erreichen zu können, beträgt erfindungsgemäß der Emissionsgrad der Unterseite der Kochfeldplatte zumindest im Bereich des Meßfleckes zumindest im spektralen Meßbereich der Wärmestrahlungs-Sensoreinheit zumindest 60 %, insbesondere mehr als 90 %. Die erfindungsgemäße Meßgenauigkeit ist zumindest ausreichend, um Brat- oder Fritiervorgänge bei zufriedenstellenden Garergebnissen durchführen zu können. Zur Steigerung der Genauigkeit des sensorgesteuerten Systems ist es zweckmäßig, Töpfe beziehungsweise Pfannen mit möglichst ebenem und damit großflächig auf der Oberseite der Kochfeldplatte aufliegendem Boden zu verwenden.To achieve sufficient sensitivity of the sensor-controlled hob To be able to, according to the invention is the emissivity of the bottom of the Hob plate at least in the area of the measuring spot at least in the spectral measuring area the heat radiation sensor unit at least 60%, in particular more than 90%. The measuring accuracy according to the invention is at least sufficient to Carry out frying or frying with satisfactory cooking results can. It is to increase the accuracy of the sensor-controlled system expedient, pots or pans with as flat as possible and thus to be used over a large area on the top of the hob.
Mit geringem Aufwand ist ein Meßfleck mit geeigneten Transmissions- und Emissionseigenschaften realisierbar, wenn die Kochfeldplatte an ihrer Unterseite im Bereich des Meßfleckes mit einer dunklen insbesondere schwarzen Emissionsschicht versehen ist. Die Transmissions- bzw. Emissionswerte sind dann zum einen unabhängig von Fertigungsstreuungen und zum anderen über die Lebensdauer der Kochfeldplatte trotz deren Alterung im wesentlichen konstant. Weiterhin sind die Werte dann auch unabhängig von den Eigenschaften des Materials der Kochfeldplatte bzw. hersteller- oder farbtönungsunabhägig..A measuring spot with suitable transmission and Emission properties can be achieved if the hob plate on the underside of the Area of the measuring spot with a dark, in particular black, emission layer is provided. The transmission and emission values are then on the one hand regardless of production variation and on the other hand over the life of the Hob is essentially constant despite its aging. Furthermore, the Values are then independent of the properties of the material of the hob plate or regardless of manufacturer or color tint ..
Eine geeignete Größe des Meßfleckes bewegt sich bei etwa 1 bis 4 cm2. Dadurch ist sichergestellt, daß der Meßfleck einerseits nicht zu groß ist, was ein gleichmäßiges Garergebnis in der Pfanne beziehungsweise dem Topf beeinträchtigen würde. Andererseits darf der Meßfleck auch nicht zu klein sein, damit der Einfluß der Wärmestrahlung des Topfbodens auf die Glaskeramik groß genug bleibt. Im Falle einer zu kleinen Flächenausdehnung des Meßflecks ist dessen abgefühlte Temperatur trotz der geringen Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise Glas oder Glaskeramik im wesentlichen ausschließlich abhängig von der Temperatur der Glaskeramik in der Umgebung des Meßfleckes. Ziel des erfindungsgemäßen Kochfeldes ist es jedoch, auf die Temperatur des auf der Kochfeldplatte abgestellten und beheizten Gargefäßes zu schließen beziehungsweise diese zu regeln.A suitable size of the measuring spot is about 1 to 4 cm 2 . This ensures that, on the one hand, the measuring spot is not too large, which would impair a uniform cooking result in the pan or the pot. On the other hand, the measuring spot must not be too small so that the influence of the heat radiation from the base of the pot on the glass ceramic remains large enough. If the surface area of the measuring spot is too small, its sensed temperature, in spite of the low thermal conductivity of, for example, glass or glass ceramic, is essentially exclusively dependent on the temperature of the glass ceramic in the vicinity of the measuring spot. However, the aim of the cooktop according to the invention is to draw conclusions about the temperature of the heated cooking vessel placed on the cooktop or to regulate it.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Wärmestrahlungs-Sensoreinheit einen Spezialfilter auf, dessen spektraler Durchlaßbereich im wesentlichen zwischen etwa 4 und 8 µm liegt. In diesem Bereich ist sowohl der Wert des Transmissionagrades als auch der des durchschnittlichen Reflexionagrades des Materials der Kochfeldplatte bei typischen Glaskeramik-Kochfeldplatten ausreichend gering. Daraus ergibt sich in diesem Wellenlängenbereich ein hoher Emissionsgrad der Unterseite der Kochfeldplatte und damit verbunden eine hohe Meßempfindlichkeit und -genauigkeit. Alternativ kann der spektrale Durchlaßbereich typischerweise auch zwischen etwa 10 bis 20 µm liegen. Auch in diesem Bereich beträgt der Wert des Transmissionsgrades bei typischem Glaskeramikmaterial etwa 0 % und der des Reflexionsgrades ist deutlich geringer als in den beidseitig benachbarten Wellenlängenbereichen. Die Wahl eines geeigneten Spektralfilters ist insbesondere von dessen Preis abhängig sowie von der in dem jeweiligen Wellenlängenbereich erzielbaren Empfindlichkeit beziehungsweise Meß- und Regelgenauigkeit des sensorgesteuerten Kochfeldes.According to a preferred embodiment, the heat radiation sensor unit a special filter, the spectral pass band essentially is between about 4 and 8 µm. In this area is both the value of the transmission degree as well as the average reflectance of the material the hob plate with typical glass ceramic hob plates is sufficiently low. This results in a high emissivity in this wavelength range Underside of the hob plate and associated high sensitivity and accuracy. Alternatively, the spectral passband typically are also between about 10 to 20 microns. The value is also in this range the transmittance for typical glass ceramic material is about 0% and that of The degree of reflection is significantly lower than in the wavelength ranges neighboring on both sides. The choice of a suitable spectral filter is particularly of its price depends on as well as on the achievable in the respective wavelength range Sensitivity or measuring and control accuracy of the sensor-controlled Cooktop.
Erfindungsgemäß ist an der Unterseite der Kochfeldplatte im Bereich des Meßfleckes ein Meßschacht angeordnet, in dem die Wärmestrahlungs-Sensoreinheit auf den Meßfleck der Kochfeldplatte gerichtet ist. Diese Maßnahme stellt sicher, daß die temperaturmäßige Beeinflussung des Meßfleckes durch das Wärmestrahlung abstrahlende Heizelement stark verringert beziehungsweise ausgeschlossen ist. Dabei ist es besonders günstig, wenn der Meßschacht möglichst dicht an der Unterseite der Kochfeldplatte anliegt, sowie wenn der Strahlungskanal im Meßschacht möglichst gut von dem Raum außerhalb des Meßschachtes isoliert ist.According to the invention is on the underside of the hob plate in the area of the measurement spot a measuring shaft is arranged in which the heat radiation sensor unit is directed to the measuring spot of the hob plate. This measure ensures that the temperature influence of the measuring spot by the heat radiation radiating heating element greatly reduced or excluded is. It is particularly advantageous if the measuring shaft is as close as possible to the Underside of the cooktop sits, as well as when the radiation channel in the measuring shaft is insulated as well as possible from the space outside the measuring shaft.
Um eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung im Topfboden und in der Kochfeldplatte und damit verbunden eine hohe Meßgenauigkeit zu erreichen, umzieht vorteilhafterweise das Heizelement den Meßschacht und damit den Meßfleck im wesentlichen allseitig. To ensure that heat is distributed as evenly as possible in the base of the pot and in the hob and associated with this to achieve high measuring accuracy advantageously the heating element in the measuring shaft and thus the measuring spot in the essential all around.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform berechnet eine Recheneinheit des Kochfeldes aus dem Signal der Wärmestrahlungs-Sensoreinheit und in einer Speichereinheit abgelegten Kenndaten des Kochfeldes die Temperatur des Bodens eines auf der Kochfeldplatte abgestellten beheizten Gargefäßes und gibt diese an die Steuereinheit zur Regelung der Heizleistung weiter. Aus in Laborversuchen gewonnenen Erkenntnissen können typische Kennzahlen für die Beziehung des Meßsignale der Sensoreinheit zur vorherrschenden Topfbodentemperatur gewonnen werden. Diese sind dann in der Speichereinheit abgelegt und werden beim Garvorgang mit dem Meßsignal der Wärmestrahlunge-Sensoreinheit geeignet verknüpft. Aus der daraus abgeleiteten Bodentemperatur werden dann wiederum Stellsignale für die Heizleistung des entsprechenden Heizelementes ermittelt. Die Genauigkeit des Systems kann insbesondere bei großflächigen Gargefäßen wie beispielsweise Bräterpfannen erhöht werden, wenn zumindest zwei Wärmestrahlungs-Sensoreinheiten verwendet werden. Weiterhin ist es zweckmäßig, eine an sich bekannte Topferkennungseinheit zu realisieren oder die Meßsignale der Wärmestrahlungs-Sensoreinheit zur Topferkennung zu verwenden.According to a preferred embodiment, a computing unit calculates the Hob from the signal of the heat radiation sensor unit and in one Storage unit stored characteristics of the hob the temperature of the floor of a heated cooking vessel placed on the hob plate and indicates this the control unit for regulating the heating output. From laboratory tests Findings can be typical indicators for the relationship of the measurement signals the sensor unit to the prevailing pot bottom temperature become. These are then stored in the storage unit and are used during the cooking process suitably linked with the measurement signal of the heat radiation sensor unit. The ground temperature derived from this then in turn becomes control signals determined for the heating power of the corresponding heating element. The precision the system can be used especially for large cooking vessels such as for example, frying pans can be increased if at least two heat radiation sensor units be used. It is also useful to have a to realize known pot detection unit or the measurement signals of the Use heat radiation sensor unit for pot detection.
Nachfolgend sind anhand schematischer Darstellungen zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen sensorgesteuerten Kochfeldes beschrieben.Below are two exemplary embodiments based on schematic representations of the sensor-controlled hob according to the invention.
Es zeigen:
- Fig. 1
- in einer Schnittdarstellung abschnittsweise das Kochfeld mit darauf abgestelltem Topf gemäß dem ersten Ausführungebeispiel,
- Fig. 2
- die Verläufe des Transmissions- und des Reflexionsgrades einer Glaskeramik-Kochfeldplatte im interessierenden Wellenlängenbereich,
- Fig. 3
- abechnitteweise in einer Ansicht von oben den Anordnung des Heizelementes im Bereich des Meßschachtes der Wärmestrahlungs-Sensoreinheit,
- Fig. 4
- ein Blockschaltbild wesentlicher Regelungseinheiten des sensorgesteuerten Kochfeldes und
- Fig. 5
- abschnittsweise den Bereich unterhalb der Kochfeldplaffe im Bereich
des Meßfleckes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer
Schnittdarstellung gemäß
Figur 1.
- Fig. 1
- in a sectional representation of the hob with the pot placed on it according to the first embodiment,
- Fig. 2
- the curves of the transmission and the reflectance of a glass ceramic cooktop in the wavelength range of interest,
- Fig. 3
- in sections in a view from above the arrangement of the heating element in the area of the measuring shaft of the heat radiation sensor unit,
- Fig. 4
- a block diagram of essential control units of the sensor-controlled hob and
- Fig. 5
- sectionally the area below the cooktop in the area of the measuring spot according to the second embodiment in a sectional view according to FIG. 1.
Ein Kochfeld 1 weist eine Kochfeldplatte 3 aus Glaskeramikmaterial auf, auf deren
Oberseite mit Hilfe einer Dekorbedruckung beheizbare Zonen markiert sind (Fig. 1).
Diesen Zonen sind unterhalb der Kochfeldplatte 3 jeweils entsprechende an sich
bekannte metallische Heizkörpertöpfe 5 zugeordnet. Diese sind mittels an sich
bekannter, nicht gezeigter Hilfsmittel an die Unterseite der Kochfeldplatte 3 gedrückt.
Der Heizkörpertopf 5 weist boden- sowie umfangseitig eine Heizkörperisolierung
7 auf. In dieser beziehungsweise auf dieser ist ein an sich bekannter Strahlungsheizleiter
9 gehaltert, der beim Speisen mit elektrischem Strom Wärmestrahlung
insbesondere in Richtung auf die Unterseite der Kochfeldplatte 3 abgibt.
Oberhalb des Heizkörpertopfes 5 beziehungsweise des Strahlungsheizleiters 9 ist
eine Bratpfanne 11 auf der Oberseite der Kochfeldplatte 3 abgestellt. Zwischen der
Unterseite des Bodens der Bratpfanne 11 und der Oberseite der Kochfeldplatte 3 ist
typischerweise ein geringer Luftspalt 13 vorhanden. Der Emissionsgrad ε der Unterseite
des Topfbodens 11 beträgt bei Edelstahltöpfen typischerweise ungefähr 10 bis
20 % und bei einem schwarz emailliertem Topfboden typischerweise ungefähr 80
bis 90 %. Im Bereich unterhalb des Bodens der Bratpfanne 11 ist ein rohrförmiger
Meßschacht 15 vorgesehen, dessen obere Stirnseite dicht an der Unterseite der
Kochfeldplatte 3 anliegt. Der Durchmesser des Meßschachtes beträgt etwa 1 bis 2
cm. Der Meßschacht 15 ist mit geeigneten Isolationsmitteln zur thermischen Abschottung
der nachfolgend beschriebenen Meßanordnung insbesondere gegenüber
dem Heizleiter 9 versehen. Weiterhin weist der Meßschacht 15 an seiner Innenumfangseite
zur Erhöhung der Empfindlichkeit der nachfolgend beschriebenen Meßanordnung
eine Reflexionsschicht 17 auf. Die von dem Meßschacht 15 begrenzte
Kreisfläche auf der Unterseite der Kochfeldplatte 3 dient als Meßfleck 18 der Meßanordnung.
An der dem Meßfleck 18 gegenüberliegenden Ende des Meßschachtes
15 ist ein wärmestrahlungsempfindlicher Infrarotsensor 19 angeordnet. Diesem
vorgeschaltet ist eine Infrarotoptik 21 mit einem Spektralfilter, dessen spektraler
Durchlaßbereich zwischen etwa 5 und 8 µm liegt. Durch eine Blendenöffnung 23 im
Boden des Meßschachtes 15 ist der Infrarotsensor 19 auf den Meßfleck 18 der
Kochfeldplatte 3 gerichtet. Zum Schutz des Infrarotsensors 19 ist in die Blendenöffnung
23 ein geeignetes Sensorfenster 25 gesetzt. Zur Kühlung des Infrarotsensors
19 sitzt dieser in einem Kühlkanalstutzen des Bodens des Heizkörpertopfes
5, dem bei Bedarf Kühlluft (Kühlluftpfeile) zugeführt wird. Weiterhin ist zwischen
dem Heizkörpertopf 5 und der Heizkörperisolierung 7 ein Kühlkanal 27 vorgesehen.
Dadurch ist sichergestellt, daß die zulässige Dauerbetriebstemperatur des Infrarotsensors
19 von etwa 100 bis 120°C nicht überschritten wird (Fig. 1).A
Der Transmissionsgrad der Glaskeramik-Kochfeldplatte weist in dem durch den
Spektralfilter definierten spektralen Meßbereich des Infrarotsensors 19 von etwa 5
bis 8 µm gemäß Fig. 2 einen Transmissionsgrad τ von etwa 0 % auf Dies bedeutet,
daß die vom Topfboden 11 abgestrahlte Wärmestrahlung nicht direkt durch die
Kochfeldplatte 3 hindurch zum Infrarotsensor 19 gelangen kann. Der Topfboden 11
kann durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung lediglich die Glaskeramikplatte 3
erwärmen. Diese strahlt nun bei einem durchschnittlichen Emissionsgrad ε (= 1 - r)
von etwa 95 % (siehe Fig. 2) Strahlungswärme zum Infrarotsensor 19. Die Meß- und
Regelgenauigkeit des Systems ist um so höher, je besser die thermische Ankopplung
des Topfbodens 11 an die Glaskeramikplatte 3 einerseits und deren Ankopplung
an den Infrarotsender 19 andererseits realisiert ist. Alternativ ist es auch
möglich, einen Spektralfilter 21 vorzusehen, dessen spektraler Durchlaßbereich
zwischen etwa 10 bis 20 µm liegt. Auch in diesen Wellenlängenbereich von λ = 10
bis 20 µm beträgt der Wert des Transmissionsgrades τ etwa 0 % und der des
Reflexionsgrades r etwa um die 10 %, woraus sich ein durchschnittlicher Emissionsgrad
ε von etwa 90 % ergibt (Fig. 2).The transmittance of the glass ceramic cooktop has the through
Spectral filters define the spectral measuring range of the
Um grundsätzlich unabhängig von den Materialeigenschaffen der Kochfeldplatte zu
sein, ist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 im Bereich des Meßfleckes
18 die Unterseite der Kochfeldplatte 3 mit einer schwarzen Farbschicht 31
bedeckt. Der Wert des Transmissionsgrades τ beträgt dabei idealerweise etwa 0 %
und der des Emissionsgrades ε etwa 100 % (Fig. 5).In order to be independent of the material properties of the
Um eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung im Topfboden 11 sowie in der
Glaskeramikplatte 3 zu erreichen, umzieht der Heizleiter 9 gemäß Fig. 3 den
Meßschacht 15 im wesentlichen allseitig. Ob der Meßschacht 15 dabei am Rand
des Heizkörpertopfes 5 oder eher in dessen Zentralbereich angeordnet ist, ist abhängig
von den jeweiligen Gegebenheiten. Beispielsweise kann es bei der Verwendung
von zwei Meßschächten 15 in einem Heizkörpertopf 5 aus Genauigkeitsgründen
trotz einer beispielsweise ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Boden
der Pfanne vorteilhaft sein, wenn die beiden Meßschächte 15 jeweils im Randbereich
des Heizkörpertopfes 5 angeordnet sind (Fig. 3).In order to distribute heat as evenly as possible in the
Beim Betrieb des sensorgesteuerten Kochfeldes 1 strahlt die Unterseite des von
dem Strahlungsheizleiter 9 beheizten Topfbodens 11 fortwährend Wärmestrahlung
auf die darunter angeordnete Kochfeldplatte 3. Andererseits strahlen sowohl der
Strahlungsheizleiter 9 als auch die Kochfeldplatte 3 Wärmestrahlung zum Topfboden
11. Zuzüglich findet in den Bereichen, in denen der Topfboden die Kochfeldplatte
berührt Wärmeleitung zwischen beiden statt. Dasselbe gilt auch in Richtung
parallel zur Kochfeldplatte 3 innerhalb dieser. Der Infrarotsensor 19 ist durch den
Meßschacht 15 von der Wärmestrahlung des Strahlungsheizleiters 9 abgeschirmt.
Außerdem ist er auch durch die Eigenschaften des Materials der Kochfeldplatte von
der Wärmestrahlung des Gargefäßes 11 weitestgehend abgeschirmt. In Meßreihen
kann nun ein Zusammenhang zwischen der von der Unterseite der Glaskeramik-Kochfeldplatte
3 im Bereich des Meßfleckes 18 zum Infrarotsensor 19 abgestrahlten
Wärmestrahlung und der Temperatur des Bodens der Bratpfanne 11 ermittelt werden.
Beim Betrieb des Kochfeldes 1 ermittelt eine Recheneinheit 41 des Kochfeldes
aus dem Meßwert S des Infrarotsensores 19 und aus in einer Speichereinheit 43
des Kochfeldes 1 abgelegten Kenndaten der Anordnung ein entsprechendes Ausgangssignal,
aus dem eine Steuereinheit 45 des Kochfeldes 1 ein Heizleistungssignal
P für den Strahlungsheizleiter 9 ableitet (Fig. 4). Dadurch ist es möglich, daß
beispielsweise eine von einer Bedienperson über an sich bekannte Eingabeelemente
vorgegebene Fritiertemperatur von 180°C durch die Steuereinheit 45
automatisch eingeregelt wird.When operating the sensor-controlled
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