EP1463383A1 - Heizungseinrichtung für eine flächige Beheizung mit Induktions-Heizelementen - Google Patents

Heizungseinrichtung für eine flächige Beheizung mit Induktions-Heizelementen Download PDF

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EP1463383A1
EP1463383A1 EP04007140A EP04007140A EP1463383A1 EP 1463383 A1 EP1463383 A1 EP 1463383A1 EP 04007140 A EP04007140 A EP 04007140A EP 04007140 A EP04007140 A EP 04007140A EP 1463383 A1 EP1463383 A1 EP 1463383A1
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EP
European Patent Office
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induction heating
heating elements
heating device
induction
converter
Prior art date
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EP04007140A
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English (en)
French (fr)
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EP1463383B1 (de
Inventor
Martin Baier
Lutz Dr. Ose
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EGO Elektro Geratebau GmbH
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EGO Elektro Geratebau GmbH
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    • 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
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • 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
    • H05B2213/03—Heating plates made out of a matrix of heating elements that can define heating areas adapted to cookware randomly placed on the heating plate

Definitions

  • the invention relates to a heating device with the features of the preamble of claim 1.
  • the heating device has a extensively expanded carrier on which induction heating elements are distributed are.
  • the invention has for its object a heating device mentioned to create with the disadvantages of the prior art can be avoided and in particular the structure and the electrical connection of such a heating device improved and simplified can be.
  • a heating device induction heating elements has, each with a converter device or form an assembly together in one converter.
  • This unit is can be handled independently, for example on the carrier a large number of other such units are put together, to form a heater. It is advantageously possible to use a To form an induction heating element and a converter device in such a way that they can be attached to each other and so to one unit can be connected.
  • this enables easier connection of the induction heating elements.
  • Mainly due to the spatially close arrangement of Induction heating element and converter device is susceptible to failure lowered.
  • a Induction heating element a single induction coil and a single one Converter, namely for this induction coil. So can the induction heating elements can be kept relatively simple on the one hand.
  • a heating device especially a cooktop, for inductive heating if possible to divide many, small and individual induction heaters. It is an advantage here, as well as from the state described above the technology is roughly inferred when several or a plurality of induction heating elements is provided. These should be individually controllable depending on whether a cooking vessel is on them or not or in what form heating is desired.
  • An induction heating element can be made by means of an electrical connection be attached to or connected to the carrier.
  • This electrical connection preferably consists of connecting wires for the power supply. These connecting wires can advantageously be solid be carried out, which gives a certain strength of the connection is. It is advantageous if the attachment is electrical Connection of the heating device to an induction heating element forms.
  • Connecting wires or connecting wires for the power supply can with such a connection or fastening in a spring clip being held.
  • This spring clamp is advantageously self-closing, so after plugging in both a contact and one clamping attachment is established.
  • the spring clips can be provided on the carrier, in particular with a clamping direction pointing away from the carrier. It is advantageous to arrange the spring clip on the other side of the carrier. So it is possible on the one hand, the surface of the carrier exclusively for the attachment and arrangement of induction heating elements or to provide the units with the inverters. Furthermore you can use the spring clips on the other side of the carrier corresponding power connections. It is possible that Spring clips not to be placed directly on the carrier, but on one Bracket.
  • the bracket can in turn with several or all Spring clips to be connected to the carrier. For example it can be a printed circuit board which has conductor tracks next to the spring clips to the power supply.
  • the components of the induction heating elements each have their own converter, a power supply for several Combine induction heating elements and connect them to one connector respectively.
  • This can be, for example, a busbar or the like, on which advantageously all induction heating elements a heater are connected.
  • control connections can be made to an induction heating element be provided with which this or the converter is controlled becomes.
  • contacting the control connections done in a variety of ways. Detachable contacting is preferred, especially with a connector arrangement. This can also take on a supporting function. Contact can also be made to the connections correspond to the power supply of a unit.
  • This bus system can either be powered by the induction heating elements be summarized, for example by modulation to one Mains voltage or supply voltage. However, it is preferred if the control is disconnected from the power supply.
  • the bus system can be designed as a two-wire bus. Appropriate electrical lines can connect all induction heating elements, individual induction heating elements via the bus system are targeted.
  • the heating device With regard to a structure of the heating device or an arrangement of the Induction heating elements, it is advantageous to arrange them side by side. In particular, they are directly adjacent to one another arranged. This is how the surface of the heating device is covered as densely as possible or the carrier with induction heating elements and thus possible with an induction heating effect. It is an advantage if the induction heating elements have a shape that matches other ones identical forms to an essentially closed one Put the surface together. For example, here are the forms Squares or regular hexagons. these can be put together without any space.
  • each induction heating element has its own Assign control or arrange in the unit.
  • This control should be intelligently trained so that they can evaluate of control signals or signals of a cooking vessel detection can make at least partially. This means that this Control is controlled via the bus system and with appropriate Control commands activation of the induction heating element with certain characteristics, in particular performance level and / or Service duration, is possible.
  • a cooking vessel detection by means of the Induction heating element take place in such a way that a current flow during heating operation is evaluated.
  • This evaluation can be done by the controller which are based on the current flow a clear Signal gives whether a suitable cooking vessel over the induction heating element is arranged or not.
  • Means for this are advantageous Current flow measurement provided.
  • the advantage here is that not signals from a single assembly a longer way to one central control of the heating device must be transferred.
  • the pre-evaluation in the control of the individual unit enables the formation of a certain signal, which regarding Susceptibility to interference and evaluability is improved. Evaluates in particular the control of a unit already completely recognizes a cooking vessel outputs and gives a positive or a negative signal, so to speak to a central control.
  • Monitoring the current flow through an induction heating element or an induction coil of the same or a monitoring of the power is advantageously connected to a converter device.
  • a converter device In particular becomes here from the normal operation of the converter device the information about the current flow or the power consumption won.
  • an induction heating element has advantageously a single induction coil. This is distributed among small units with multiple winds, for example with 50 to 100 turns.
  • the power range can be from a low range, for example 50 watts to a few 100 watts, up to a few 100 watts or even at least one kilowatt is enough.
  • a coil wire advantageously has with this number of turns, many individual strands. So suitable it is particularly good for this application due to the skin effect.
  • a heating device can advantageously have a central control. This is connected to and controls all induction heating elements it evaluates or evaluates their operation, their signals such as with a cooking vessel detection as well as other data. It can the central controller can advantageously be designed such that it consists of a Feedback of a cooking vessel recognition, which by the individual Induction heating elements comes, an occupancy of the Heater recognizes. It can therefore determine whether, on the one hand, at all a cooking vessel suitable for induction heating is installed, or even several. Furthermore, it can be spatially distributed Signals from the individual induction heating elements recognize which one Place the cooking vessels and what induction heating elements do are sufficiently covered and should be operated. Furthermore it is possible to use one from an operator via the central control pass on the specified power to the individual induction heating elements to control them. In the case of a possibility mentioned above Bus systems can be controlled very easily via a central controller a certain induction heating element with the information about the desired performance level. About your own The induction heating element sets the power level information to the converter in the converter.
  • each induction heating element to a heatable Area summarized, which is an otherwise common cooking area equivalent.
  • the advantage of a heater with a variety of Induction heating elements are, so to speak, such a hotplate to be created at any point. Also several cooking vessels can be operated side by side at any point.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is schematic in the 'drawing shown and is explained in more detail below.
  • FIG. 1 shows 1 in a side section, like a plurality of units with Induction coils and converters under a glass ceramic hob are arranged and are controlled in each case.
  • a glass ceramic cooktop 11 shown in the schematic representation in Fig. 1 .
  • a carrier not shown, for example one Metal plate. They can be single modules. As stated above, can they can also be plugged together, for example even without a carrier.
  • the units 13 each consist of an induction coil 15 and a converter 17.
  • the converter 17 has a converter circuit on. Furthermore, it has a converter control 18, advantageous with a microcontroller.
  • the induction coil 15, which on the underside of the glass ceramic hob 11 is created with the Converter 17 connected via a connection 19.
  • This connection is on the one hand mechanically holding and on the other hand electrically conductive. For example, it can be a plug connection via which the Converter 17 feeds the induction coil 15.
  • the converters 17 are each on by means of connecting wires 20 and 21
  • Spring terminals 23 connected, each with a positive busbar 25 and a negative busbar 26 are connected.
  • the Formation of such spring clips 23 and their attachment to the Busbars 25 and 26 can be found, for example, in DE 102 587 26.4 refer to which express reference is made in this regard becomes.
  • the converters 17 are connected to a control connection 28 Bus system 30 connected. This will be discussed in more detail below.
  • the bus system 30 in turn has a central control 32 connected.
  • the central controller 32 outputs via the bus system 30 Commands to individual converters 17 for operating the induction coils 15. Feedback can also be provided in the other direction be, which will be discussed in more detail below.
  • the central control 32 is connected to controls via which an operator Control commands, such as power levels or the like, can pretend.
  • a cooking vessel 34 for example a metallic saucepan.
  • This covers at least three induction coils 15 or corresponding units 13.
  • In addition to three units shown can also be arranged next to it Units are covered, which in the drawing plane or arranged out.
  • Such an arrangement of several as individual Heating elements serving units is for example from the DE 102 587 26.4 mentioned above, to which in this regard explicit reference is made.
  • the positive bus bar 25 and the negative bus bar 26 are advantageously connected to rectified mains voltage. From this the converter 17 is fed and operates the induction coils 15.
  • the structural units 13 have their own pot detection function on. This can be achieved in a manner known per se be that the induction coils briefly at certain intervals 15 activate. There is a suitable one Cooking vessel, such as cooking vessel 34, over an induction coil 15, this can be recognized by the current flow and accordingly can be evaluated as pot detection. This evaluation is carried out advantageously in the illustrated embodiment by the Detection of the current in the converter 17 and processing in the converter control 18th
  • the converter control 18 thus outputs an already evaluated and direct, meaningful signal, for example "suitable pot set up", via the control influences 28 to the bus system 30. This in turn passes the signal to the central controller 32.
  • the central control 32 collects these signals for all units 13 and can thus record at any time how the occupancy situation of the hob 11 or the units 13. For contiguous areas of occupied The central controller 32 recognizes modules 13 as one erected, coherent cooking vessel and gives corresponding Activation signals to these units. These activation signals depend on the power setting desired by an operator from, for example in power levels from one to nine.
  • the corresponding control with the desired power level is given by the central control 32 via the bus system 30 and the control influences 28 to the converter controls 18 of those structural units 13 which are to be activated on the basis of the pot detection. It can be stored in the central control 32 that if a ferromagnetic object is detected by only a single structural unit 13, it cannot be a suitable cooking vessel with a correspondingly small design, but rather, for example, a metal cutlery or the like.
  • the central controller 32 evaluates this state as not being operational and does not activate the affected unit or induction coil 15. Instead of this, for example, an error signal can be output to an operator in order to indicate and remedy the non-operational state.
  • the converter controller 18 recognizes its activation by the central controller 32 in accordance with the structure of the bus system.
  • the induction coils 15 can be operated by means of the converter 17 and the converter control 18, like conventional induction coils for heating a hob. Via the bus system 30, it is possible to address a desired structural unit in each case and to recognize the location of each structural unit on the glass ceramic hob.
  • connection options of the modules 13 described an energy supply via the busbars 25 and 26 and on control via the control connections 28 with the bus system 30 the installation or connection is advantageous and easy. It does not need one, as in the prior art, for example complex cabling can be provided. In particular is also a Defective units can be replaced very easily without major connection work.
  • the connecting wires 20 and 21 in spring clips 23 to hold an entire Unit 13 with simultaneous power supply enables fast Assembly and quick replacement.
  • induction coil 15 is clocked on the one hand possible. on the other hand can they with reduced or correspondingly lower benefits are also operated as the full rated power mixed forms also possible.
  • a surface to be heated as a hotplate several induction heating elements to switch them on alternately, for example with superseding regulation or power supply. So less than their full performance can be provided.
  • by changing local heating one Cooking vessel a certain convection or movement in the food are caused, resulting in rapid and even heating contributes.
  • the induction coils can advantageously run in a type of housing.
  • Such housings can be round, in particular circular, at least for a coil room.
  • Ferrites can be used for bundling and shielding the magnetic field lines can be provided.
  • Their cross section can be formed, for example, as in known induction coils or have a lying E-shape.
  • parboil levels short-term excessive power.
  • the induction heating elements are being developed a short-term performance that is significantly above their rated power is.

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Abstract

Es wird eine Beheizung für ein Glaskeramik-Kochfeld (11) geschaffen, wobei eine Vielzahl einzelner Baueinheiten (13) mit Induktions-Spulen (15), jeweils einer Induktions-Spule (15) zugeordneten Umrichtern (17) und einer Umrichter-Steuerung (18) versehen sind. Diese Baueinheiten (13) sind selbstständig handhabbar und werden dicht nebeneinander unter das Glaskeramik-Kochfeld (11) angeordnet und elektrisch kontaktiert. Jeweils eine Baueinheit (13) ist separat ansteuerbar. So kann eine beliebig beheizbare Fläche beliebiger Ausbildung erreicht werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Insbesondere weist die Heizeinrichtung einen flächig ausdehnten Träger auf, auf dem Induktions-Heizelemente verteilt sind.
Aus der EP 1 206 164 A2 ist es bekannt, auf einem Träger eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Strahlungs-Heizelementen anzuordnen. Diese sind aufwendig angeschlossen über verteilte Stromzuführungen.
Aus der EP 722 261 A1 ist es bekannt, bei einer Induktionskochstelle mehrere unabhängig voneinander betreibbare Induktionszonen vorzusehen. Auch hier ist die Stromversorgung aufwendig. Insbesondere besteht nämlich bei Induktions-Heizungen das Problem, dass die elektrische Leistung über Umrichterschaltungen oder dergleichen aufbereitet sein muss. Wegen der Frequenzen im Bereich von einigen 100 bis einigen 1.000 Hz ist hier die Störanfälligkeit bei komplizierten Anschlussleitungen hoch.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Heizeinrichtung zu schaffen, mit der die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere der Aufbau sowie der elektrische Anschluss einer solchen Heizeinrichtung verbessert und vereinfacht werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte wie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Heizeinrichtung InduktionsHeizelemente aufweist, die jeweils mit einer Umrichter-Einrichtung oder einem Umrichter zusammen eine Baueinheit bilden. Diese Baueinheit ist selbstständig handhabbar, kann also beispielsweise auf dem Träger mit einer Vielzahl weiterer solcher Baueinheiten zusammengesetzt werden, um eine Heizeinrichtung zu bilden. Dabei ist es vorteilhaft möglich, ein Induktions-Heizelement und eine Umrichter-Einrichtung derart auszubilden, dass sie aneinander befestigbar sind und so zu einer Baueinheit verbunden werden können.
Dieses ermöglicht zum einen einen erleichterten Anschluss der Induktions-Heizelemente. Vor allem durch die räumlich nahe Anordnung von Induktions-Heizelement und Umrichter-Einrichtung ist die Störanfälligkeit gesenkt. Des weiteren ist es beispielsweise möglich, bei einer Reparatur einer defekten Heizeinrichtung eine defekte Baueinheit zu entnehmen und durch eine funktionierende zu ersetzen. Somit ist neben der Montage auch das Auswechseln einzelner Induktions-Heizelemente und/oder Umrichter-Einrichtungen vereinfacht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Induktions-Heizelement eine einzige Induktionsspule und einen einzigen Umrichter, nämlich eben für diese Induktionsspule, aufweist. So können die Induktions-Heizelemente einerseits relativ einfach gehalten sein. Zum anderen ist es ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung, eine Heizeinrichtung, insbesondere ein Kochfeld, für induktive Beheizung in möglichst viele, kleine und jeweils einzelne Induktionsheizungen zu unterteilen. Dabei ist es von Vorteil, wie auch aus dem vorbeschriebenen Stand der Technik in etwa zu entnehmen ist, wenn mehrere bzw. eine Vielzahl von Induktions-Heizelementen vorgesehen ist. Diese sollten einzeln ansteuerbar sein je nachdem, ob ein Kochgefäß auf ihnen steht oder nicht bzw. in welcher Form eine Beheizung gewünscht ist.
Ein Induktions-Heizelement kann mittels einer elektrischen Verbindung an dem Träger befestigt sein oder daran verbunden werden. Diese elektrische Verbindung besteht vorzugsweise aus Anschlussdrähten für die Stromversorgung. Diese Anschlussdrähte können vorteilhaft massiv ausgeführt sein, wodurch eine gewisse Festigkeit der Verbindung gegeben ist. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Befestigung die elektrische Verbindung der Heizeinrichtung an jeweils ein Induktions-Heizelement bildet.
Verbindungsdrähte oder Anschlussdrähte für die Stromversorgung können bei einer solchen Verbindung bzw. Befestigung in einer Federklemme gehalten werden. Vorteilhaft ist diese Federklemme selbstschließend, so dass nach einem Einstecken sowohl ein Kontakt als auch eine klemmende Befestigung herstellt ist.
Die Federklemmen können an dem Träger vorgesehen sein, insbesondere mit einer von dem Träger weg weisenden Klemmrichtung. Es ist von Vorteil, die Federklemme auf der andern Seite des Trägers anzuordnen. So ist es einerseits möglich, die Oberfläche des Trägers ausschließlich für die Befestigung und Anordnung der Induktions-Heizelemente bzw. der Baueinheiten mit den Umrichtern vorzusehen. Des weiteren können auf der anderen Seite des Trägers die Federklemmen mit entsprechenden Stromanschlüssen verbunden sein. Es ist möglich, die Federklemmen nicht direkt an dem Träger anzuordnen, sondern an einer Halterung. Die Halterung wiederum kann mit mehreren oder sämtlichen Federklemmen an dem Träger verbunden sein. Beispielsweise kann es eine Leiterplatte sein, welche neben den Federklemmen Leiterbahnen zur Stromversorgung trägt.
Des weiteren ist es möglich, da die Baueinheiten der Induktions-Heizelemente jeweils eigene Umrichter aufweisen, eine Stromversorgung mehrerer Induktions-Heizelemente zusammenzufassen und an einen Anschluss zu führen. Dies kann beispielsweise eine Stromschiene oder dergleichen sein, an welcher vorteilhaft sämtliche Induktions-Heizelemente einer Heizeinrichtung angeschlossen sind.
Des weiteren können an einem Induktions-Heizelement Steueranschlüsse vorgesehen sein, mit welchen dieses bzw. der Umrichter gesteuert wird. Eine Kontaktierung an die Steueranschlüsse kann grundsätzlich auf vielfältige Art und Weise erfolgen. Bevorzugt wird eine lösbare Kontaktierung, insbesondere mit einer Steckeranordnung. Diese kann auch halternde Funktion übernehmen. Eine Kontaktierung kann auch den Anschlüssen für die Stromversorgung einer Baueinheit entsprechen.
Um den Anschlussaufwand für die Ansteuerung der Baueinheiten bzw. Induktions-Heizelemente zu verringern, können mehrere oder alle Steueranschlüsse über ein Bus-System geführt sein. Dieses Bus-System kann entweder mit einer Stromversorgung der Induktions-Heizelemente zusammengefasst sein, beispielsweise durch Aufmodulierung auf eine Netzspannung oder Versorgungsspannung. Bevorzugt wird es jedoch, wenn die Ansteuerung von der Stromversorgung getrennt ist. Ein solches Bus-System kann als Zweidraht-Bus ausgeführt sein. Entsprechende elektrische Leitungen können sämtliche Induktions-Heizelemente verbinden, wobei über das Bus-System einzelne Induktions-Heizelemente gezielt ansprechbar sind.
Bezüglich eines Aufbaus der Heizeinrichtung bzw. einer Anordnung der Induktions-Heizelemente ista es von Vorteil, diese nebeneinander anzuordnen. Insbesondere sind sie direkt aneinanderliegend nebeneinander angeordnet. So ist eine möglichst dichte Belegung der Fläche der Heizeinrichtung bzw. des Trägers mit Induktions-Heizelementen und somit mit einer Induktions-Heizwirkung möglich. Dazu ist es von Vorteil, wenn die Induktions-Heizelemente eine Form aufweisen, welche sich mit weiteren identischen Formen zu einer im wesentlichen möglichst geschlossenen Fläche zusammensetzen-lässt. Als Formen bieten sich hier beispielsweise Quadrate oder regelmäßige Sechsecke an. Diese können ohne Zwischenraum zusammengesetzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, insbesondere mit einem zuvor beschriebenen Bus-System zur Ansteuerung einzelner Induktions-Heizelemente, jedem Induktions-Heizelement eine eigene Steuerung zuzuweisen bzw. in der Baueinheit anzuordnen. Diese Steuerung sollte dahingehend intelligent ausgebildet sein, dass sie die Auswertung von Ansteuersignalen oder von Signalen einer Kochgefäß-Erkennung zumindest teilweise vornehmen kann. Dies bedeutet, dass diese Steuerung über das Bus-System angesteuert wird und mit entsprechenden Steuerbefehlen eine Aktivierung des Induktions-Heizelements mit bestimmten Charakteristika, insbesondere Leistungshöhe und/oder Leistungsdauer, möglich ist.
Des weiteren kann vorteilhaft eine Kochgefäß-Erkennung mittels des Induktions-Heizelements erfolgen derart, dass ein Stromfluss bei Heizbetrieb ausgewertet wird. Diese Auswertung kann von der Steuerung übernommen werden, welche anhand des Stromflusses ein eindeutiges Signal abgibt, ob ein geeignetes Kochgefäß über dem Induktions-Heizelement angeordnet ist oder nicht. Hierzu sind vorteilhaft Mittel zur Messung des Stromflusses vorgesehen. Der Vorteil liegt hier darin, dass nicht Signale von einer einzelnen Baueinheit einen längeren Weg zu einer zentralen Steuerung der Heizeinrichtung übertragen werden müssen. Die Vorauswertung in der Steuerung der einzelnen Baueinheit ermöglicht die Bildung eines bestimmten Signals, welches hinsichtlich Störanfälligkeit und Auswertbarkeit verbessert ist. Insbesondere wertet die Steuerung einer Baueinheit eine Kochgefäß-Erkennung bereits vollständig aus und gibt sozusagen ein positives oder ein negatives Signal an eine zentrale Steuerung.
Eine Überwachung des Stromflusses durch ein Induktions-Heizelement bzw. eine Induktionsspule desselben oder eine Überwachung der Leistung ist vorteilhaft mit einer Umrichter-Einrichtung verbunden. Insbesondere wird hier aus dem normalen Betrieb der Umrichter-Einrichtung bereits die Information über den Stromfluss oder die Leistungsaufnahme gewonnen.
Ein Induktions-Heizelement weist, wie zuvor beschrieben worden ist, vorteilhaft eine einzelne Induktionsspule auf. Diese ist verteilhaft bei kleinen Baueinheiten mehrwindig, beispielsweise mit 50 bis 100 Windungen. Der Leistungsbereich kann von einem niedrigen Bereich, beispielsweise 50 Watt bis wenige 100 Watt, bis zu einigen 100 Watt oder sogar mindestens einem Kilowatt reichen. Ein Spulendraht weist vorteilhaft bei dieser Anzahl von Windungen viele einzelne Litzen auf. So eignet er sich aufgrund des Skin-Effekts besonders gut für diese Anwendung.
Eine Heizeinrichtung kann vorteilhaft eine Zentralsteuerung aufweisen. Diese ist mit sämtlichen Induktions-Heizelementen verbunden und steuert sie an bzw. wertet deren Betrieb, deren Signale wie beispielsweise bei einer Kochgefäß-Erkennung sowie sonstige Daten aus. Dabei kann die Zentralsteuerung vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass sie aus einer Rückmeldung einer Kochgefäß-Erkennung, welche von den einzelnen Induktions-Heizelementen kommt, einen Belegungszustand der Heizeinrichtung erkennt. Somit kann sie erfassen, ob zum einen überhaupt ein für Induktions-Heizung geeignetes Kochgefäß aufgestellt ist, oder sogar mehrere. Des weiteren kann sie aus den räumlich verteilten Signalen der einzelnen Induktions-Heizelemente erkennen, an welcher Stelle Kochgefäße aufstehen und welche lnduktions-Heizelemente somit ausreichend überdeckt sind und betrieben werden sollen. Des weiteren ist es möglich, über die Zentralsteuerung eine von einer Bedienperson vorgegebene Leistung an die einzelnen Induktions-Heizelemente weiterzugeben zu deren Ansteuerung. Bei einer vorgenannten Möglichkeit eines Bus-Systems kann über eine Zentralsteuerung sehr leicht eine Ansteuerung eines bestimmten Induktions-Heizelementes mit der Information über die gewünschte Leistungsstufe erfolgen. Über den eigenen Umrichter setzt das Induktions-Heizelement die Information der Leistungsstufe im Umrichter um.
So ist es einerseits möglich, mit einer Zentralsteuerung jedes einzelne Induktions-Heizelement einzeln anzusteuern. Vorteilhaft werden im Betrieb jedoch jeweils mehrere Induktions-Heizelemente zu einer beheizbaren Fläche zusammengefasst, welche einer sonst üblichen Kochstelle entspricht. Der Vorteil bei einer Heizeinrichtung mit einer Vielzahl von Induktions-Heizelemente liegt darin, eine solche Kochstelle sozusagen an einer beliebigen Stelle entstehen zu lassen. Auch mehrere Kochgefäße können so an beliebiger Stelle nebeneinander betrieben werden.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 'der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die Fig. 1 in einem Seitenschnitt, wie eine Vielzahl von Baueinheiten mit Induktions-Spulen und Umrichtern unter einem Glaskeramik-Kochfeld angeordnet sind und jeweils angesteuert werden.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der schematischen Darstellung in Fig. 1 ist ein Glaskeramik-Kochfeld 11 dargestellt. Unterhalb diesem befinden sich mehrere nebeneinander angeordnete Baueinheiten 13. Diese Baueinheiten 13 grenzen mit geringem Abstand aneinander an, vorteilhaft liegen sie aneinander an. Sie sind an einem nicht dargestellten Träger befestigt, beispielsweise einer Metallplatte. Es können Einzelmodule sein. Wie oben ausgeführt, können sie auch zusammensteckbar sein, beispielsweise auch ohne Träger.
Die Baueinheiten 13 bestehen jeweils aus einer Induktions-Spule 15 und einem Umrichter 17. Der Umrichter 17 weist zum einen eine Umrichterschaltung auf. Des weiteren weist er eine Umrichter-Steuerung 18 auf, vorteilhaft mit einem Microcontroller. Die Induktions-Spule 15, welche an die Unterseite des Glaskeramik-Kochfeldes 11 angelegt ist, ist mit dem Umrichter 17 über eine Verbindung 19 verbunden. Diese Verbindung ist zum einen mechanisch halternd und zum anderen elektrisch leitend. Beispielsweise kann es eine Steckverbindung sein, über welcher der Umrichter 17 die Induktions-Spule 15 speist.
Mittels Anschlussdrähten 20 und 21 sind die Umrichter 17 jeweils an Federklemmen 23 verbunden, welche mit jeweils einer positiven Stromschiene 25 und einer negativen Stromschiene 26 verbunden sind. Die Ausbildung solcher Federklemmen 23 sowie deren Anbringung an den Stromschienen 25 und 26 ist beispielsweise aus der DE 102 587 26.4 zu entnehmen, auf welche diesbezüglich ausdrücklich Bezug genommen wird.
Des weiteren sind die Umrichter 17 über Steueranschlüsse 28 mit einem Bus-System 30 verbunden. Darauf wird nachfolgend noch genauer eingegangen. Das Bus-System 30 wiederum ist mit einer Zentralsteuerung 32 verbunden. Die Zentralsteuerung 32 gibt über das Bus-System 30 Befehle an einzelne Umrichter 17 zum Betrieb der Induktions-Spulen 15. Ebenso kann eine Rückmeldung auch in der anderen Richtung vorgesehen sein, worauf nachfolgend genauer eingegangen wird. Die Zentralsteuerung 32 ist mit Bedienelementen verbunden, über welche eine Bedienperson Steuerbefehle, wie beispielsweise Leistungsstufen oder dergleichen, vorgeben kann.
Auf dem Glaskeramik-Kochfeld 11 steht ein Kochgefäß 34, beispielsweise ein metallischer Kochtopf. Dieses überdeckt zumindest drei Induktions-Spulen 15 bzw. entsprechende Baueinheiten 13. Zusätzlich zu den drei dargestellten Baueinheiten können auch noch daneben angeordnete Baueinheiten überdeckt werden, welche in die Zeichenebene hinein oder heraus angeordnet sind. Eine solche Anordnung mehrerer als einzelne Heizelemente dienender Baueinheiten ist beispielsweise aus der zuvor genannten DE 102 587 26.4 bekannt, auf welche diesbezüglich ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die positive Stromschiene 25 und die negative Stromschiene 26 sind vorteilhaft mit gleichgerichteter Netzspannung verbunden. Aus dieser wird der Umrichter 17 gespeist und betreibt die Induktions-Spulen 15.
Funktion
Zum einen weisen die Baueinheiten 13 eine eigene Topferkennungs-Funktion auf. Dies kann auf ari sich bekannte Art und Weise dadurch erreicht werden, dass sie in bestimmten Zeitabständen kurzzeitig die Induktions-Spulen 15 aktivieren. Befindet sich ein entsprechend geeignetes Kochgefäß, wie beispielsweise das Kochgefäß 34, über einer Induktionsspule 15, so kann dieses am Stromfluss erkannt werden und entsprechend als Topferkennung ausgewertet werden. Diese Auswertung erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhaft durch die Erfassung des Stroms im Umrichter 17 und Verarbeitung in der Umrichter-Steuerung 18.
Die Umrichter-Steuerung 18 gibt somit ein bereits ausgewertetes und direkt aussagekräftiges Signal, beispielsweise "geeigneter Topf aufgestellt", über die Steuereinflüsse 28 an das Bus-System 30. Dieses wiederum gibt das Signal an die Zentralsteuerung 32 weiter. Die Zentralsteuerung 32 sammelt diese Signale für alle Baueinheiten 13 und kann somit jederzeit erfassen, wie die Belegungssituation des Kochfeldes 11 bzw. der Baueinheiten 13 ist. Für zusammenhängende Flächen von belegten Baueinheiten 13 erkennt die Zentralsteuerung 32 dieses als ein aufgestelltes, zusammenhängendes Kochgefäß und gibt entsprechende Aktivierungs-Signale an diese Baueinheiten. Diese Aktivierungs-Signale hängen von der von einer Bedienperson gewünschten Leistungseinstellung ab, also beispielsweise in Leistungsstufen von ein bis neun.
Die entsprechende Ansteuerung mit der gewünschten Leistungsstufe wird von der Zentralsteuerung 32 über das Bus-System 30 und die Steuereinflüsse 28 an die Umrichter-Steuerungen 18 derjenigen Baueinheiten 13 gegeben, welche aufgrund der Topferkennung aktiviert werden sollen. Dabei kann in der Zentralsteuerung 32 hinterlegt sein, dass bei Detektierung eines ferromagnetischen Gegenstandes durch lediglich eine einzige Baueinheit 13 dieses bei entsprechend kleiner Ausbildung kein geeignetes Kochgefäß sein kann, sondern beispielsweise ein metallisches Besteck oder dergleichen. Diesen Zustand wertet die Zentralsteuerung 32 als nicht betriebsgemäß aus und aktiviert die betroffene Baueinheit oder Induktions-Spule 15 nicht. Anstelle dessen kann beispielsweise ein Fehlersignal an eine Bedienperson ausgegeben werden, um den nicht betriebsgemäßen Zustand anzuzeigen und zu beseitigen.
Die Umrichter-Steuerung 18 erkennt ihre Ansteuerung durch die Zentralsteuerung 32 entsprechend dem Aufbau des Bus-Systems. Sie setzt die gewünschte Information über dem Betrieb um und aktiviert den Umrichter 17 entsprechend zur Leistungsversorgung der Induktions-Spule 15. Grundsätzlich können die Induktions-Spulen 15 mittels der Umrichter 17 sowie der Umrichter-Steuerung 18 betrieben werden wie gebräuchliche Induktionsspulen zur Beheizung eines Kochfeldes. Über das Bus-System 30 ist es möglich, jeweils eine gewünschte Baueinheit anzusprechen sowie die Stelle jeder Baueinheit an dem Glaskeramik-Kochfeld zu erkennen.
Der große Vorteil bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel liegt zum einen daran, dass die Baueinheiten 13 aus Induktions-Spule 15, Umrichter 17 sowie Umrichter-Steuerung 18 leicht gehandhabt und zu einer gesamten Heizeinrichtung bzw. einem Kochfeld zusammengebaut werden können. Ist eine Baueinheit defekt, wird sie gegen eine neue ausgewechselt.
Durch eine lösbare Verbindung 19 zwischen Induktions-Spule 15 und Umrichter 17 ist es möglich, bei einer ausgetauschten oder defekten Baueinheit 13 den Fehler zu lokalisieren und den jeweils fehlerhaften Teil auszutauschen. So muss nicht jedes Mal eine komplette Baueinheit ersetzt werden.
Über die beschriebenen Anschlussmöglichkeiten der Baueinheiten 13 an eine Energieversorgung über die Stromschienen 25 und 26 sowie an eine Steuerung über die Steueranschlüsse 28 mit dem Bus-System 30 ist die Montage bzw. der Anschluss vorteilhaft und einfach möglich. Es braucht nicht, wie beispielsweise im Stand der Technik, jeweils eine aufwendige Verkabelung vorgesehen werden. Insbesondere ist auch ein Austausch defekter Baueinheiten sehr leicht möglich ohne größere Anschlussarbeiten. Die beschriebene Möglichkeit, die Anschlussdrähte 20 und 21 in Federklemmen 23 zu haltern zur Befestigung einer gesamten Baueinheit 13 mit gleichzeitiger Stromversorgung, ermöglicht schnelle Montage sowie schnelles Austauschen.
Der Betrieb der Induktions-Spule 15 ist einerseits getaktet möglich. Andererseits können sie mit gesenkten bzw. entsprechend geringeren Leistungen als der vollen Nennleistung betrieben werden Außerdem sind auch Mischformen möglich. In weiterer Ausgestältung der Erfindung ist es möglich, bei einer als eine Kochstelle zu beheizenden Fläche durch mehrere Induktions-Heizelemente diese abwechselnd einzuschalten, beispielsweise mit ablösender Regelung bzw. Leistungsversorgung. So kann eine geringere als deren volle Leistung zur Verfügung gestellt werden. Des weiteren kann durch wechselnde örtliche Beheizung eines Kochgefäßes eine gewisse Konvektion oder Bewegung in dem Kochgut hervorgerufen werden, was zur schnellen und gleichmäßigen Erwärmung beiträgt.
Die Induktionsspulen können vorteilhaft in einer Art Gehäuse verlaufen. Derartige Gehäuse können rund, insbesondere kreisrund sein, zumindest für einen Spulenraum. Es können Ferrite zur Bündelung und Abschirmung der magnetischen Feldlinien vorgesehen sein. Deren Querschnitt kann beispielsweise wie bei bekannten Induktionsspulen ausgebildet oder liegende E-Form aufweisen.
Des weiteren ist es auch hier möglich, sogenannten Ankochstufen mit kurzzeitig überhöhter Leistung vorzusehen. Dabei entwickeln die Induktions-Heizelemente eine kurzzeitige Leistung, welche signifikant über ihre Nennleistung liegt.
Neben dargestellten Anschlussmöglichkeiten der Baueinheiten an separat verlaufende Stromschienen oder ein Bus-System ist es auch möglich, die Baueinheiten mit Steckverbindungen jeweils direkt miteinander zu verbinden, vorteilhaft in seitlicher Richtung. So können die genannten Stromschienen oder Bus-Systeme durch die Vielzahl zusammen verbundener Baueinheiten gebildet werden.

Claims (15)

  1. Heizeinrichtung für eine flächige Beheizung, insbesondere für ein Kochfeld (11), mit:
    einem flächig ausgedehnten Träger,
    flächig auf dem Träger verteilten Induktions-Heizelementen,
    elektrischen Verbindungen (20, 21, 28) an die Induktions-Heizelemente,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Induktions-Heizelement mit einer ihm direkt zugeordneter, insbesondere daran befestigbarer, Umrichter-Einrichtung (17) eine Baueinheit (13) bildet, wobei die Baueinheit selbständig handhabbar ist.
  2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktions-Heizelement eine einzige Induktionsspule (15) und einen Umrichter (17) aufweist.
  3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere Induktions-Heizelemente (15); die jeweils einzeln ansteuerbar sind, wobei vorzugsweise eine Unterteilung, insbesondere für ein Kochfeld (11), in viele, kleine und jeweils einzelne Induktions-Heizelemente (15) vorgesehen ist.
  4. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Induktions-Heizelement mittels einer elektrischen Verbindung, vorzugsweise über zwei Anschlussdrähte (20, 21) für die Stromversorgung, an den Träger mechanisch verbindbar ist zur Befestigung, wobei insbesondere die Befestigung an dem Träger die elektrische Kontaktierung an die elektrische Verbindung ist.
  5. Heizeinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Befestigung mittels des elektrischen Verbindungsdrahtes (20, 21) in einer Federklemme (23), vorzugsweise einer selbstschließenden Federklemme, die vorzugsweise an dem Träger befestigt ist, wobei insbesondere die Klemmrichtung von dem Träger wegweist und/oder die Federklemme auf der anderen Seite des Trägers angeordnet und/oder lösbar ist.
  6. Heizeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der von dem Träger abgewandten Seite eine Halterung angeordnet ist, wobei die Halterung die Federklemmen (23) trägt.
  7. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung (20, 21) zur Stromversorgung der Induktions-Heizelemente (13) für mehrere, insbesondere alle, Induktions-Heizelemente an einen Anschluss geht, vorzugsweise Stromschienen (25, 26) oder dergleichen.
  8. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Induktions-Heizelement (13) Steueranschlüsse (28) aufweist zur Steuerung des Umrichters (17), wobei vorzugsweise eine Kontaktierung entsprechend den Anschlüssen (20, 21, 23) für die Stromversorgung ausgebildet ist.
  9. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranschlüsse (28) mehrerer, vorzugsweise aller, Induktions-Heizelemente (13) über ein Bus-System (30) geführt sind, vorzugsweise über einen Zweidraht-Bus, wobei insbesondere das Bus-System separat ist von einer Stromversorgung (25, 26) der Induktions-Heizelemente.
  10. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktions-Heizelemente (13) eine äußere Form aufweisen, welche sich mit weiteren dieser Induktions-Heizelemente (13) zu einer im wesentlichen geschlossenen Fläche fügen lässt, wobei vorzugsweise die Form ein Quadrat oder ein Sechseck ist.
  11. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umrichter-Einrichtung (17) oder ein Induktions-Heizelement (15) eine eigene intelligente Steuerung (18) aufweist zur zumindest teilweisen Auswertung von Ansteuersignalen oder einer Kochgefäß-Erkennung, wobei vorzugsweise eine Kochgefäß-Erkennung erfolgt über Auswertung des Stromflusses bei Heizbetrieb und die Steuerung (18) derart ausgebildet ist, dass sie die Auswertung vornimmt und ein eindeutiges Signal abgibt, ob ein geeignetes Kochgefäß (34) aufgestellt ist oder nicht.
  12. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Induktions-Heizelement (13) eine eigene Überwachung der Leistung bzw. des Stromflusses durch die Induktionsspule (15) aufweist, wobei vorzugsweise diese Überwachung mit der Umrichter-Einrichtung (17) verbunden ist.
  13. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zentralsteuerung (32) aufweist, welche mit sämtlichen Induktions-Heizelementen (13) verbunden ist zu deren Ansteuerung und/oder Auswertung.
  14. Heizeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralsteuerung (32) derart ausgebildet ist, dass aus einer Rückmeldung der Kochgefäß-Erkennung der einzelnen Induktions-Heizelemente (13) der Belegungszustand der Heizeinrichtung (11) mit keinem, einem oder mehreren verteilt angeordneten geeigneten Kochgefäßen (34) erkennbar ist und ein von einer Bedienperson vorgegebener Betriebszustand an die jeweilige von einem geeigneten Kochgefäß überdeckten Induktions-Heizelemente (13) gegeben wird.
  15. Heizeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralsteuerung (32) derart ausgebildet ist, dass sie die Induktions-Heizelemente (13) einzeln ansteuert zu deren Betrieb.
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