EP1732357A2 - Heizvorrichtung für ein Induktionsgargerät - Google Patents

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EP1732357A2
EP1732357A2 EP06113590A EP06113590A EP1732357A2 EP 1732357 A2 EP1732357 A2 EP 1732357A2 EP 06113590 A EP06113590 A EP 06113590A EP 06113590 A EP06113590 A EP 06113590A EP 1732357 A2 EP1732357 A2 EP 1732357A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
inductor
temperature
control unit
frequency
Prior art date
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Ceased
Application number
EP06113590A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1732357A3 (de
Inventor
Luis Angel Barragan Perez
José Miguel Burdio Pinilla
Jose Ramon Garcia Jiménez
Pablo Jesus Hernandez Blasco
Sergio Llorente Gil
Alfonso Lorente Perez
Fernando Monterde Aznar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP1732357A2 publication Critical patent/EP1732357A2/de
Publication of EP1732357A3 publication Critical patent/EP1732357A3/de
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • 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
    • H05B2213/05—Heating plates with pan detection means

Definitions

  • the invention relates to a heating device for a Indutationsgarêt according to the preamble of claim 1.
  • a heating device for a Indutationsgarêt is known in which a control unit monitors the temperature of a cooking vessel to reach a cooking temperature.
  • a control unit monitors the temperature of a cooking vessel to reach a cooking temperature.
  • the cooking of a liquid or a dish in the cooking container can be detected and the heat output of an inductor for heating the cooking vessel can be automatically reduced so that the water in the cooking vessel boils only slightly or the dish in the cooking vessel does not burn.
  • the object of the invention is in particular to provide a generic heating device for a Indutationsgarêt, which is improved in terms of monitoring to achieve a cooking temperature of the cooking vessel.
  • the invention relates to a heating device for a Indutationsgarêt comprising an inductor for heating a heating element of a cooking vessel and a control unit which is prepared to monitor the heating element to reach a cooking temperature.
  • the monitoring be done by adjusting a frequency of the alternating current flowing through the inductor and detecting at least one electrical quantity as a function of time.
  • a frequency monitoring can be done very reliable and timely.
  • the detection of the electrical size allows a particularly simple monitoring of the cooking temperature. As a result, the cooking can be detected very quickly and reacted quickly, for example, by reducing the heating power.
  • the Indutationsgarêt can be a stove or just a hob or oven and the cooking container a pot or a baking oven or the like.
  • the electrical quantity may be a size of the induction cooking appliance, for example the input voltage used by a circuit for generating an alternating current in the inductor.
  • the electrical variable is a size of the inductor, for example the current through the inductor and / or the voltage at the inductor.
  • a single electrical quantity may be detected as a function of time, for example a current or voltage value, or a plurality of electrical variables may be detected as a function of time, for example a current and a voltage value.
  • the designation of the electrical quantity is also used for an ensemble of interrelated and time-dependent electrical quantities.
  • the electrical quantity is advantageously in a known relationship to the temperature of the heating element.
  • This relationship can be absolute, so that from the electrical size, the temperature of the heating element can be determined directly. However, it is sufficient if the relationship is relative, so that from a change in the electrical quantity on a change in the temperature of the heating element can be concluded.
  • the detection of the electrical variable as a function of time is expediently carried out by a chronological sequence of several measurements of the size and in particular by determining the gradient of the size from the measurements.
  • the electrical quantity is correlated with the inductance of a system comprising the inductor and the heating element.
  • a change in the temperature of the heating element typically also changes the inductance of the heating element and thereby the inductance of the system comprising the inductor and the heating element.
  • the electrical variable with the inductance of this system in indirect or direct connection, it can be concluded in a simple manner from the electrical variable to the temperature or the temperature movement of the heating element. Monitoring the temperature for cooking is possible in a simple manner.
  • the electrical quantity is correlated with the power of the inductor and in particular is in direct proportion to the power, which makes it particularly easy to deduce the temperature of the heating element.
  • a particularly simple and convenient control of the heating device can be achieved when the control unit for controlling the power of the inductor is prepared based on the electrical size.
  • the electrical quantity can be evaluated both for the purpose of controlling the electrical power and for monitoring the cooking temperature, whereby the same size - or the same ensemble of sizes - can be used to control two processes. Components can be saved and data processing processes simplified.
  • the control unit for keeping constant the temperature of the heating element is prepared based on the electrical size.
  • control unit is prepared for keeping the frequency constant during the detection as a function of time.
  • an operating point of the measurements can be kept stable, whereby reliably usable results of the measurement can be achieved.
  • control unit is provided for determining measuring time ranges with at least one intermediate heating time range, wherein the frequency in the measuring time ranges is set at an identical measuring frequency and in the heating time range at a heating frequency different from the measuring frequency.
  • the heating frequency can be varied independently of, for example, a favorable measuring frequency for power control of the inductor without impairing the reliability of the monitoring.
  • the control unit is provided for detecting an undershoot of the absolute value of the gradient of the electrical variable below a limit value and for a response of the control to the undershooting.
  • a particularly simple monitoring of the achievement of the cooking temperature can be achieved by detecting the undershooting of the absolute value of the gradient of the electrical variable below a limit.
  • the gradient of the electrical quantity that is, the change of the electrical quantity with time, decreases as the temperature increases after a rise during heating during cooking remains largely constant.
  • This stability can be recognized in a particularly simple way by suitably setting the limit value.
  • the reaction includes controlling the power of the inductor to maintain the temperature of the heating element constant. This can prevent burning of the dish.
  • a particularly advantageous possibility of the control is that the temperature is kept constant at the value of the time of falling below. Here, the temperature can be kept constant even at the beginning of cooking, so that a strong cooking or overcooking is prevented.
  • the reaction is a control of the power of the inductor to reduce the temperature of the heating element by a predetermined amount of temperature.
  • the temperature amount is selectable by an operator.
  • the temperature amount may be a selectable temperature range or a category such as "large”, “medium” or “small”. The operator can thus choose how much the water or the dish should cook.
  • a particularly reliable avoidance of overcooking or burning can be achieved if the control unit for determining the limit value is provided as a function of the time profile of the electrical variable. Recognition of cooking takes some time. In addition, the heating element is already slightly hotter than the cooking temperature when cooking the water or the dish. If there is only a small amount of water or a small amount of food in the cooking container, the time delay or temperature difference can lead to overcooking or burning. This can be counteracted if the limit is set higher during rapid heating, cooking is thus "detected" sooner so that the time delay and the temperature difference are somewhat compensated. With a large amount of water or a dish in the cooking container, a little more time is available, so that the limit can be set lower.
  • control unit is prepared to control a verification phase prior to reaction and after underflow. Random errors can be avoided, for example, by several further measurements that are made after detecting the undershoot. The reaction is then carried out after the further measurements. Conveniently, the duration of the verification phase is dependent on the time profile of the electrical variable, whereby a time delay can be kept low at a rapid boil.
  • the invention is also directed to a method of controlling a heating device for an induction cooking appliance, in which a heating element of a cooking container is monitored by a control unit for reaching a cooking temperature. It is proposed that the monitoring be done by adjusting a frequency of the alternating current flowing through an inductor and the detection of an electrical quantity as a function of time. It can be achieved a quick and reliable detection of cooking in a simple manner.
  • FIG. 1 shows a heating device 2 with a schematically illustrated and designed as a winding inductor 4 under a support plate 6.
  • a cooking container 8 is shown in the form of a cut pot, the bottom of the pot comprises a heating element 10 of a ferritic material.
  • a control unit 12 Connected to the inductor 4 is a control unit 12 which generates an alternating current in the inductor 4 via a circuit 14.
  • the schematically illustrated circuit 14 comprises a half-bridge circuit of power transistors and rectifiers, which are supplied with an input voltage u 0 of a current source 16, for example a power supply network.
  • the control unit 12 serves to control the circuit 14 and comprises measuring elements for measuring the voltage u 1 , which is applied to the inductor 4, and the current i i , which flows through the inductor 4.
  • the input voltage u 0 is detected by the control unit 12, which has means for detecting peak values and mean values of the input voltage u 0 , the voltage u 1 and the current i 1 .
  • the control unit 12 has arithmetic, storage and / or evaluation means which are provided for detecting one or more of these variables as electrical variables as a function of time.
  • the circuit 14 is switched by the control unit 12 so that an alternating current with the frequency f flows through the inductor 4.
  • the magnetic field generated by the alternating current generates eddy currents in the heating element 10, which heat the heating element 10.
  • the power P at which the heating element 10 is heated is dependent on the frequency f, as shown in the diagram in FIG. In Figure 2, the power P is above the frequency f of the current i 1 applied by the inductor 4.
  • the power P is in units of the maximum power P max and the frequency f is plotted in units of the resonant frequency f r of a resonant circuit comprising the inductor 4.
  • the power P reaches the maximum power P max , for example three kW. If the frequency f is switched higher or lower by the control unit 12, the power P is smaller than the maximum power P max .
  • the power P is dependent not only on the frequency f but also on the inductance L of the system comprising the inductor 4 and the heating element 10.
  • the power P is shown in two curves, namely at a low temperature T 1 and at a higher temperature T 2 of the heating element 10.
  • the measurement of the power P can be carried out by measuring one or more of the above-mentioned electrical variables whose change is correlated with the temperature T of the heating element 10.
  • FIG. 3 shows an example of a course of the temperature T (t) of the heating element 10 together with the associated curve of the power P (t) of the inductor 4 and a profile of the electrical variable p (t), which is determined or calculated by the control unit 12 , Also shown is the first derivative dp / dt of the time course of the electrical quantity p (t), thus the gradient of the electrical quantity p (t).
  • the power P of the inductor 4 is set to a power value P 1 .
  • the control unit 12 sets the frequency f to a first Value adjusts the power P of the inductor 4 by measuring and / or calculating the electrical quantity p detected and in a deviation of the power P from the desired power value P 1 by an iterative process, the frequency f changed until the power P to the desired Power value P 1 is set.
  • the heating element 10 is heated so that its temperature T (t) increases. Due to this, the value of the electrical quantity p (t) slowly decreases.
  • the gradient dp / dt of the electrical quantity p (t) is negative in this case, but increases slowly by a flattening of the time profile of the electrical quantity p (t).
  • the temperature T (t) reaches the boiling temperature of the liquid or of the dish in the cooking container 8, the temperature T (t) no longer rises or only very slightly increases.
  • the gradient dp / dt of the electrical quantity p (t) approaches zero or is very low.
  • the gradient dp / dt exceeds a predetermined limit value G or the absolute value of the gradient dp / dt falls below this limit value G.
  • the limit value G can be fixed in advance.
  • a reaction is initiated by the control unit 12, which comprises a reduction of the power P (t) to a lower power value P 2 .
  • the recognition of exceeding or falling below the limit value G can be effected by one or more triggers and / or comprise measuring or calculating steps.
  • the power value P 2 is chosen so that the water or the dish in the cooking container 8 slightly simmer.
  • the temperature T (t) can also be kept constant by keeping the electrical quantity p (t) constant.
  • the control of the power P (t) of the inductor 4 is thus based on the electrical variable p (t).
  • the temperature T (t) is adjusted by constant checking of the electrical quantity p (t) at the constant value, so that burning of the dish is at least largely prevented. If, for example, at a point in time t x, the dish cakes on the heating element 10, forming an insulating layer and thus only one low heat transfer from the heating element 10 to the court be possible, the power P of the inductor 4 is successively corrected downwards, so that the temperature T (t) of the heating element 10 remains stable at the set value.
  • FIG. 4 shows a diagram in which the frequency f of the current i 1 is plotted against the time t by the inductor 4. While a number of measurement time periods .DELTA.t 1, the frequency f stable at a measuring frequency f M, and held the electric variable p (t) in each case once several times or recorded respectively.
  • Heating time ranges ⁇ t 2 in which the frequency f is set to a heating frequency f H1 or f H2 , are respectively arranged between the measuring time ranges ⁇ t 1 .
  • the heating frequencies f H1 , f H2 are independent of the measuring frequency f M and can be varied as desired to control the power P within predetermined limits.
  • the measuring frequency f M - at least over a measuring cycle of several measuring time ranges .DELTA.t 1 - always the same, so that a stable operating point for detecting the electrical quantity p (t) is achieved.
  • FIG. 5 shows a diagram analogous to FIG. 3, in which the temperature T (t) of the heating element 10 and the power P (t) of the inductor 4 are plotted against time.
  • the application of the electrical variable p (t) and the gradient dp / dt of the electrical variable p (t) analogously to FIG. 3 has been omitted, the course of these variables being analogous to FIG.
  • the absolute value of the gradient dp / dt falls below the limit value G at the instant t 1 , the control unit 12 leaving the power P (t) of the inductor 4 initially at the high power value P 1 .
  • the temperature T (t) decreases from the first temperature T 1 , which was reached at the time t 1 , by a predetermined temperature amount ⁇ T to a lower temperature T 2 .
  • the temperature amount .DELTA.T was previously set by an operator by a corresponding input to the control unit 12 to "medium", so that the temperature T 2 ensures a medium strong cooking on a court in the cooking container 8 is.
  • the temperature T 2 is reached and the power P (t) of the inductor 4 is increased to a somewhat increased power value P 2 to maintain the temperature T (t) of the heating element 10 at the temperature T 2 and the desired one Cooking the dish in the cooking tray 8 upright.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung (2) für ein Induktionsgargerät, umfassend einen Induktor (4) zur Erwärmung eines Heizelements (10) eines Garbehälters (8) und eine Steuereinheit (12), die dazu vorbereitet ist, das Heizelement (10) auf das Erreichen einer Kochtemperatur zu überwachen. Es wird vorgeschlagen, dass die Überwachung durch die Einstellung einer Frequenz (f) des Wechselstroms, der den Induktor (4) durchfließt, und die Erfassung zumindest einer elektrischen Größe (p) in Abhängigkeit von der Zeit (t) erfolgt. Hierdurch kann die Kochtemperatur besonders einfach, zuverlässig und schnell überwacht werden.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung für ein Induktionsgargerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der EP 1 420 613 A2 ist eine Heizvorrichtung für ein Induktionsgargerät bekannt, bei der eine Steuereinheit die Temperatur eines Garbehälters auf das Erreichen einer Kochtemperatur überwacht. Hierdurch kann das Kochen einer Flüssigkeit oder eines Gerichts in dem Garbehälter erkannt und die Heizleistung eines Induktors zur Erwärmung des Garbehälters automatisch reduziert werden, so dass das Wasser im Garbehälter nur leicht weiterkocht bzw. das Gericht im Garbehälter nicht anbrennt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Heizvorrichtung für ein Induktionsgargerät bereitzustellen, die hinsichtlich der Überwachung auf das Erreichen einer Kochtemperatur des Garbehälters verbessert ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
  • Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung für ein Induktionsgargerät, umfassend einen Induktor zur Erwärmung eines Heizelements eines Garbehälters und eine Steuereinheit, die dazu vorbereitet ist, das Heizelement auf das Erreichen einer Kochtemperatur zu überwachen.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Überwachung durch die Einstellung einer Frequenz des Wechselstroms, der den Induktor durchfließt, und die Erfassung zumindest einer elektrischen Größe in Abhängigkeit von der Zeit erfolgt. Durch die Einstellung einer Frequenz kann die Überwachung besonders zuverlässig und zeitnah erfolgen. Die Erfassung der elektrischen Größe ermöglicht eine besonders einfache Überwachung der Kochtemperatur. Hierdurch kann das Kochen besonders schnell erkannt und schnell darauf reagiert werden, beispielsweise durch eine Verringerung der Heizleistung.
  • Das Induktionsgargerät kann ein Herd oder nur ein Kochfeld oder Backofen sein und der Garbehälter ein Topf oder eine Backröhre oder dergleichen. Die elektrische Größe kann eine Größe des Induktionsgargeräts sein, beispielsweise die Eingangsspannung, die von einer Schaltung zur Erzeugung eines Wechselstroms im Induktor verwendet wird. Zweckmäßigerweise ist die elektrische Größe jedoch eine Größe des Induktors, beispielsweise der Strom durch den Induktor und/oder die Spannung am Induktor. Zur Überwachung kann eine einzige elektrische Größe in Abhängigkeit von der Zeit erfasst werden, beispielsweise ein Strom- oder Spannungswert, oder es können mehrere elektrische Größen in Abhängigkeit von der Zeit erfasst werden, beispielsweise ein Strom- und ein Spannungswert. Im Folgenden wird die Bezeichnung der elektrischen Größe auch für ein Ensemble aus miteinander in Beziehung stehenden und in Abhängigkeit von der Zeit erfassten elektrischen Größen verwendet.
  • Die elektrische Größe steht vorteilhafterweise in einer bekannten Beziehung zur Temperatur des Heizelements. Diese Beziehung kann absolut sein, so dass aus der elektrischen Größe die Temperatur des Heizelements direkt ermittelt werden kann. Es ist jedoch ausreichend, wenn die Beziehung relativ ist, so dass aus einer Veränderung der elektrischen Größe auf eine Veränderung der Temperatur des Heizelements geschlossen werden kann. Die Erfassung der elektrischen Größe in Abhängigkeit von der Zeit erfolgt zweckmäßigerweise durch eine zeitliche Abfolge von mehreren Messungen der Größe und insbesondere durch eine Ermittlung des Gradienten der Größe aus den Messungen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrische Größe mit der Induktivität eines Systems, umfassend den Induktor und das Heizelement, korreliert. Durch eine Temperaturänderung des Heizelements ändert sich typischerweise auch die Induktivität des Heizelements und dadurch die Induktivität des Systems, das den Induktor und das Heizelement umfasst. Steht die elektrische Größe mit der Induktivität dieses Systems in mittelbarer oder unmittelbarer Verbindung, so kann auf einfache Weise aus der elektrischen Größe auf die Temperatur bzw. die Temperaturbewegung des Heizelements geschlossen werden. Eine Überwachung der Temperatur auf ein Kochen ist in einfacher Weise möglich. Zweckmäßigerweise ist die elektrische Größe mit der Leistung des Induktors korreliert und steht insbesondere in einem direkten Verhältnis zur Leistung, wodurch besonders einfach auf die Temperatur des Heizelements geschlossen werden kann.
  • Eine besonders einfache und komfortable Steuerung der Heizvorrichtung kann erreicht werden, wenn die Steuereinheit zur Steuerung der Leistung des Induktors anhand der elektrischen Größe vorbereitet ist. In diesem Fall kann die elektrische Größe sowohl zum Zweck der Steuerung der elektrischen Leistung ausgewertet werden als auch zur Überwachung der Kochtemperatur, wodurch die gleiche Größe ― bzw. das gleiche Ensemble von Größen ― zur Steuerung oder Regelung von zwei Prozessen verwendet werden kann. Es können Bauteile eingespart und Datenverarbeitungsprozesse vereinfacht werden. Insbesondere ist die Steuereinheit zur Konstanthaltung der Temperatur des Heizelements anhand der elektrischen Größe vorbereitet.
  • Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit zur Konstanthaltung der Frequenz während der Erfassung in Abhängigkeit von der Zeit vorbereitet. Hierdurch kann ein Arbeitspunkt der Messungen stabil gehalten werden, wodurch zuverlässig verwertbare Ergebnisse der Messung erreicht werden können.
  • Insbesondere ist die Steuereinheit zur Festlegung von Messzeitbereichen mit zumindest einem dazwischenliegenden Heizzeitbereich vorgesehen, wobei die Frequenz in den Messzeitbereichen mit einer identischen Messfrequenz und im Heizzeitbereich mit einer von der Messfrequenz verschiedenen Heizfrequenz eingestellt ist. Die Heizfrequenz kann unabhängig von einer beispielsweise günstigen Messfrequenz zur Leistungssteuerung des Induktors variiert werden, ohne dass die Zuverlässigkeit der Überwachung beeinträchtigt würde. Durch Verwendung der identischen, also gleichen Messfrequenz während zumindest zwei Messzeitbereichen kann ein zuverlässiges Überwachungsergebnis erreicht werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit zur Erkennung einer Unterschreitung des Absolutwerts des Gradienten der elektrischen Größe unter einen Grenzwert und zu einer Reaktion der Steuerung auf die Unterschreitung vorgesehen. Eine besonders einfache Überwachung auf das Erreichen der Kochtemperatur kann durch das Erkennen der Unterschreitung des Absolutwerts des Gradienten der elektrischen Größe unter einen Grenzwert erreicht werden. Bei einem Übergang von einem Aufheizprozess zu einem Kochen von Wasser oder einem Gericht im Garbehälter verringert sich der Gradient der elektrischen Größe, also die Veränderung der elektrischen Größe mit der Zeit, da die Temperatur nach einem Ansteigen während des Aufheizens beim Kochen weitgehend konstant bleibt. Diese Stabilität kann durch das geeignete Setzen des Grenzwerts auf besonders einfache Weise erkannt werden. Durch eine Reaktion der Steuerung auf die Unterschreitung, beispielsweise die Verringerung der elektrischen Heizleistung, kann einem Überkochen oder einem Anbrennen des Gerichts effektiv entgegengewirkt werden.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die Reaktion eine Steuerung der Leistung des Induktors zur Konstanthaltung der Temperatur des Heizelements. Hierdurch kann ein Anbrennen des Gerichts verhindert werden. Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit der Steuerung besteht darin, dass die Temperatur auf dem Wert des Zeitpunkts der Unterschreitung konstant gehalten wird. Hierbei kann die Temperatur schon bei Beginn des Kochens konstant gehalten werden, so dass ein starkes Kochen oder Überkochen verhindert wird.
  • In einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Reaktion eine Steuerung der Leistung des Induktors zur Verringerung der Temperatur des Heizelements um einen vorbestimmten Temperaturbetrag. Hierdurch kann ein leichtes Köcheln auch dann erreicht werden, wenn der Grenzwert zur zuverlässigen Erkennung eines Kochens hoch ist. Zweckmäßigerweise wird die Temperatur nach der Verringerung konstant gehalten, wodurch ein Aufrechterhalten des leichten Köchelns ermöglicht wird.
  • Eine besonders komfortable Bedienung der Heizvorrichtung kann erreicht werden, wenn der Temperaturbetrag von einem Bediener wählbar ist. Der Temperaturbetrag kann eine wählbare Temperaturspanne sein oder eine Kategorie, wie beispielsweise "groß", "mittel" oder "klein". Der Bediener kann somit wählen, wie stark das Wasser bzw. das Gericht kochen soll.
  • Ein besonders zuverlässiges Vermeiden eines Überkochens oder Anbrennens kann erreicht werden, wenn die Steuereinheit zur Festlegung des Grenzwerts in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe vorgesehen ist. Das Erkennen des Kochens bedarf etwas Zeit. Zusätzlich ist das Heizelement bei einem Kochen des Wassers bzw. des Gerichts bereits etwas heißer als die Kochtemperatur. Ist nur wenig Wasser oder eine kleine Menge Gericht im Garbehälter, so kann bereits die Zeitverzögerung bzw. der Temperaturunterschied zu einem Überkochen oder Anbrennen führen. Dem kann entgegengewirkt werden, wenn der Grenzwert bei einem schnellen Aufheizen höher gelegt, das Kochen also früher "erkannt" wird, so dass die Zeitverzögerung und die Temperaturdifferenz etwas kompensiert werden. Bei einer großen Menge von Wasser oder Gericht im Garbehälter steht etwas mehr Zeit zur Verfügung, so dass der Grenzwert niedriger festgelegt werden kann.
  • Eine hohe Zuverlässigkeit der Erkennung des Kochens kann erreicht werden, wenn die Steuereinheit zur Steuerung einer Verifikationsphase vor der Reaktion und nach der Unterschreitung vorbereitet ist. Zufällige Fehler können vermieden werden, beispielsweise durch mehrere weitere Messungen, die nach dem Erkennen der Unterschreitung vorgenommen werden. Die Reaktion wird dann erst nach den weiteren Messungen ausgeführt. Zweckmäßigerweise ist die Dauer der Verifikationsphase abhängig vom zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe, wodurch eine Zeitverzögerung bei einem schnellen Aufkochen gering gehalten werden kann.
  • Die Erfindung ist außerdem auf ein Verfahren zum Steuern einer Heizvorrichtung für ein Induktionsgargerät gerichtet, bei dem ein Heizelement eines Garbehälters durch eine Steuereinheit auf das Erreichen einer Kochtemperatur überwacht wird. Es wird vorgeschlagen, dass die Überwachung durch die Einstellung einer Frequenz des Wechselstroms, der einen Induktor durchfließt, und die Erfassung einer elektrischen Größe in Abhängigkeit von der Zeit erfolgt. Es kann ein schnelles und zuverlässiges Erkennen eines Kochens auf einfache Weise erreicht werden.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Heizvorrichtung für ein Induktionsgargerät, auf dem ein Topf steht,
    Fig. 2
    ein Diagramm, in dem die Leistung eines Induktors in Abhängigkeit von der Frequenz des Wechselstroms durch den Induktor und die Temperatur des Topfs dargestellt ist,
    Fig. 3
    ein Diagramm, auf dem die Temperatur des Topfs und die Leistung des Induktors gegen die Zeit dargestellt ist,
    Fig. 4
    eine Steuersequenz der Steuereinheit mit Heizzeitbereichen und Messzeitbereichen und
    Fig. 5
    ein Diagramm wie in Figur 2 mit einem weitere Schritte umfassenden Steuerungsablauf.
  • Figur 1 zeigt eine Heizvorrichtung 2 mit einem schematisch dargestellten und als Wicklung ausgeführten Induktor 4 unter einer Tragplatte 6. Auf der Tragplatte 6 ist ein Garbehälter 8 in Form eines geschnitten gezeichneten Topfs dargestellt, dessen Topfboden ein Heizelement 10 aus einem ferritischen Material umfasst. Mit dem Induktor 4 verbunden ist eine Steuereinheit 12, die über eine Schaltung 14 einen Wechselstrom im Induktor 4 erzeugt. Die schematisch dargestellte Schaltung 14 umfasst eine Halbbrückenschaltung aus Leistungstransistoren und Gleichrichtern, die mit einer Eingangsspannung u0 einer Stromquelle 16, beispielsweise eines Stromversorgungsnetzes, beaufschlagt sind. Die Steuereinheit 12 dient zur Steuerung der Schaltung 14 und umfasst Messelemente zur Messung der Spannung u1, die am Induktor 4 anliegt, und des Stroms ii, der durch den Induktor 4 fließt. Zusätzlich wird die Eingangsspannung u0 von der Steuereinheit 12 erfasst, die Mittel zur Erfassung von Spitzenwerten sowie Mittelwerten der Eingangsspannung u0, der Spannung u1 und des Stroms i1 aufweist. Zusätzlich weist die Steuereinheit 12 Rechen-, Speicher-, und/oder Auswertemittel auf, die zur Erfassung einer oder mehrerer dieser Größen als elektrische Größen in Abhängigkeit von der Zeit vorgesehen sind.
  • Zur Aufheizung des Heizelements 10 und damit eines Gerichts im Garbehälter 8 wird die Schaltung 14 durch die Steuereinheit 12 so geschaltet, dass ein Wechselstrom mit der Frequenz f durch den Induktor 4 fließt. Das von dem Wechselstrom erzeugte Magnetfeld erzeugt Wirbelströme im Heizelement 10, die das Heizelement 10 aufheizen. Die Leistung P, mit der das Heizelement 10 aufgeheizt wird, ist hierbei abhängig von der Frequenz f, wie im Diagramm in Figur 2 gezeigt ist. In Figur 2 ist die Leistung P über die Frequenz f des Stroms i1 durch den Induktor 4 aufgetragen. Die Leistung P ist in Einheiten der maximalen Leistung Pmax und die Frequenz f ist in Einheiten der Resonanzfrequenz fr eines Schwingkreises, der den Induktor 4 umfasst, aufgetragen. Bei der Resonanzfrequenz fr, beispielsweise 30 kHz, erreicht die Leistung P die Maximalleistung Pmax, beispielsweise drei kW. Wird die Frequenz f von der Steuereinheit 12 höher oder niedriger geschaltet, so ist die Leistung P kleiner als die Maximalleistung Pmax.
  • Die Leistung P ist außer von der Frequenz f auch von der Induktivität L des Systems, umfassend den Induktor 4 und das Heizelement 10, abhängig. Die Induktivität L ist wiederum abhängig von der Temperatur T des Heizelements 10, so dass die Leistung P als eine Funktion ausdrückbar ist, die abhängig ist von der Frequenz f des Stroms i1 durch den Induktor 4, der Induktivität L bei Standardbedingungen, beispielsweise bei Raumtemperatur, und der Temperatur T des Heizelements 10: P = f(f, L, T). In Figur 2 ist die Leistung P in zwei Kurven dargestellt, nämlich bei einer niedrigen Temperatur T1 und bei einer höheren Temperatur T2 des Heizelements 10. Wird die Leistung P bei beispielweise einer Frequenz f = 1,4 fr zu einem ersten Zeitpunkt gemessen, bei dem die Temperatur T1 des Heizelement 10 niedrig ist, und bei gleicher Frequenz f zu einem späteren Zeitpunkt, bei dem die Temperatur T2 des Heizelements 10 höher ist, so wird die Messung ergeben, dass die Leistung P zum zweiten Zeitpunkt niedriger ist als zum ersten Zeitpunkt. Die Messung der Leistung P kann durch Messung einer oder mehrerer der oben genannten elektrischen Größen erfolgen, deren Veränderung mit der Temperatur T des Heizelements 10 korreliert ist.
  • Durch die Erfassung der elektrischen Größe in Abhängigkeit von der Zeit kann somit eine Veränderung der Temperatur T des Heizelements 10 ermittelt werden. Dieser Zusammenhang ist in Figur 3 dargestellt. Figur 3 zeigt einen beispielhaft dargestellten Verlauf der Temperatur T(t) des Heizelements 10 zusammen mit dem zugehörigen Verlauf der Leistung P(t) des Induktors 4 und einem Verlauf der elektrischen Größe p(t), die von der Steuereinheit 12 ermittelt oder errechnet wird. Ebenfalls dargestellt ist die erste Ableitung dp/dt des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe p(t), mithin der Gradient der elektrischen Größe p(t).
  • Zu einem ersten Zeitpunkt t0, der den Beginn des Aufheizens des Heizelements 10 darstellt, wird die Leistung P des Induktors 4 auf einen Leistungswert P1 eingestellt. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die Steuereinheit 12 die Frequenz f auf einen ersten Wert einstellt, die Leistung P des Induktors 4 durch Messung und/oder Berechnung der elektrischen Größe p erfasst und bei einer Abweichung der Leistung P vom gewünschten Leistungswert P1 durch einen iterativen Vorgang die Frequenz f so lange verändert, bis die Leistung P auf den gewünschten Leistungswert P1 eingestellt ist. Durch die Aufschaltung der Leistung P1 auf den Induktor 4 wird das Heizelement 10 erwärmt, so dass dessen Temperatur T(t) ansteigt. Bedingt hierdurch sinkt der Wert der elektrischen Größe p(t) langsam ab. Der Gradient dp/dt der elektrischen Größe p(t) ist hierbei negativ, steigt jedoch durch eine Abflachung des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe p(t) langsam an.
  • Erreicht die Temperatur T(t) die Kochtemperatur der Flüssigkeit oder des Gerichts im Garbehälter 8, so steigt die Temperatur T(t) nicht mehr oder nur noch sehr geringfügig an. Der Gradient dp/dt der elektrischen Größe p(t) geht gegen Null oder ist sehr gering. Zu diesem Zeitpunkt t1 überschreitet der Gradient dp/dt einen vorgegebenen Grenzwert G bzw. der Absolutwert des Gradienten dp/dt unterschreitet diesen Grenzwert G. Der Grenzwert G kann von vornherein festgelegt sein. In dem Verfahren gemäß Figur 3 ist er jedoch aus der Krümmung des Verlaufs der Temperatur T(t) bzw. der Krümmung des Verlaufs der elektrischen Größe p(t) ermittelt, wobei bei einer größeren Krümmung der Grenzwert G größer und bei einer kleineren Krümmung der Grenzwert G kleiner gehalten ist.
  • Durch das Über- bzw. Unterschreiten des Grenzwerts G wird von der Steuereinheit 12 eine Reaktion veranlasst, die eine Verringerung der Leistung P(t) auf einen geringeren Leistungswert P2 umfasst. Das Erkennen des Über- bzw. Unterschreitens des Grenzwerts G kann durch eine oder mehrere Trigger erfolgen und/oder Mess- oder Rechenschritte umfassen. Der Leistungswert P2 ist hierbei so gewählt, dass das Wasser bzw. das Gericht im Garbehälter 8 leicht köchelt. Durch die Korrelation der elektrischen Größe p(t) mit der Temperatur T(t) des Heizelements 10 kann die Temperatur T(t) durch ein Konstanthalten der elektrischen Größe p(t) ebenfalls konstant gehalten werden. Die Steuerung der Leistung P(t) des Induktors 4 erfolgt somit anhand der elektrischen Größe p(t).
  • Im weiteren Verlauf der Zeit t wird die Temperatur T(t) durch ständige Überprüfung der elektrischen Größe p(t) auf dem konstanten Wert eingestellt, so dass ein Anbrennen des Gerichts zumindest weitgehend verhindert wird. Sollte z.B. zu einem Zeitpunkt tx das Gericht am Heizelement 10 festbacken, eine isolierende Schicht bilden und somit nur ein geringer Wärmeübertrag vom Heizelement 10 auf das Gericht möglich sein, so wird die Leistung P des Induktors 4 sukzessive nach unten korrigiert, so dass die Temperatur T(t) des Heizelements 10 stabil auf dem eingestellten Wert verbleibt.
  • Figur 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Frequenz f des Stroms i1 durch den Induktor 4 gegen die Zeit t aufgetragen ist. Während einer Anzahl von Messzeitbereichen Δt1 wird die Frequenz f stabil auf einer Messfrequenz fM gehalten und die elektrische Größe p(t) jeweils einmal oder jeweils mehrmals erfasst. Zwischen den Messzeitbereichen Δt1 sind jeweils Heizzeitbereiche Δt2 angeordnet, in denen die Frequenz f auf eine Heizfrequenz fH1 oder fH2 eingestellt ist. Die Heizfrequenzen fH1, fH2 sind unabhängig von der Messfrequenz fM und können zur Steuerung der Leistung P innerhalb vorgegebener Grenzen beliebig variiert werden. Demgegenüber ist die Messfrequenz fM ― zumindest über einen Messzyklus von mehreren Messzeitbereichen Δt1 - immer gleich, so dass ein stabiler Arbeitspunkt zur Erfassung der elektrischen Größe p(t) erreicht wird.
  • Figur 5 zeigt ein zur Figur 3 analoges Diagramm, bei dem die Temperatur T(t) des Heizelements 10 und die Leistung P(t) des Induktors 4 gegen die Zeit aufgetragen sind. Auf das Auftragen der elektrischen Größe p(t) und des Gradienten dp/dt der elektrischen Größe p(t) analog zu Figur 3 wurde der Übersichtlichkeit halber verzichtet, wobei der Verlauf dieser Größen analog wie in Figur 3 ist. Wie in Figur 3 unterschreitet der Absolutbetrag des Gradienten dp/dt zum Zeitpunkt t1 den Grenzwert G, wobei die Steuereinheit 12 die Leistung P(t) des Induktors 4 vorerst auf dem hohen Leistungswert P1 belässt. In einer an den Zeitpunkt t1 anschließenden Verifikationsphase ΔtV wird das Verhalten der elektrischen Größe p(t) bzw. deren Gradient dp/dt überprüft. Hierdurch können zufällige oder systematische Fehler bei der Erfassung der elektrischen Größe p(t) in Abhängigkeit von der Zeit t vermieden werden.
  • Bei einem positiven Prüfungsergebnis, wenn beispielsweise der Absolutwert des Gradienten dp/dt unterhalb des Grenzwerts G verbleibt, wird zum Zeitpunkt t2 am Ende der Verifikationsphase ΔtV die Leistung P auf einen sehr niedrigen Leistungswert P3 reduziert. Hierdurch sinkt die Temperatur T(t) von der ersten Temperatur T1, die zum Zeitpunkt t1 erreicht wurde, um einen vorher festgelegten Temperaturbetrag ΔT auf eine niedrigere Temperatur T2. Der Temperaturbetrag ΔT wurde zuvor von einem Bediener durch eine entsprechende Eingabe an die Steuereinheit 12 auf "mittel" festgelegt, so dass mit der Temperatur T2 ein mittelstarkes Weiterkochen eines Gerichts im Garbehälter 8 gewährleistet ist. Zum Zeitpunkt t3 ist die Temperatur T2 erreicht und die Leistung P(t) des Induktors 4 wird auf einen etwas erhöhten Leistungswert P2 erhöht, um die Temperatur T(t) des Heizelements 10 auf der Temperatur T2 zu halten und das gewünschte Kochen des Gerichts im Garbehälter 8 aufrechtzuerhalten.
    • Bezugszeichen
    • 2
    Heizvorrichtung
    4
    Induktor
    6
    Tragplatte
    8
    Garbehälter
    10
    Heizelement
    12
    Steuereinheit
    14
    Schaltung
    16
    Stromquelle
    u0
    Eingangsspannung
    u1
    Spannung
    i1
    Strom
    f
    Frequenz
    fr
    Resonanzfrequenz
    fM
    Messfrequenz
    fH1
    Heizfrequenz
    fH2
    Heizfrequenz
    P
    Leistung
    Pmax
    Maximalleistung
    P1
    Leistungswert
    P2
    Leistungswert
    P3
    Leistungswert
    L
    Induktivität
    T
    Temperatur
    T1
    Temperatur
    T2
    Temperatur
    ΔT
    Temperaturbetrag
    p
    elektrische Größe
    t
    Zeit
    t0
    Zeitpunkt
    t1
    Zeitpunkt
    t2
    Zeitpunkt
    t3
    Zeitpunkt
    tx
    Zeitpunkt
    Δt1
    Messzeitbereich
    Δt2
    Heizzeitbereich
    Δtv
    Verifikationsphase
    G
    Grenzwert

Claims (12)

  1. Heizvorrichtung (2) für ein Induktionsgargerät, umfassend einen Induktor (4) zur Erwärmung eines Heizelements (10) eines Garbehälters (8) und eine Steuereinheit (12), die dazu vorbereitet ist, das Heizelement (10) auf das Erreichen einer Kochtemperatur zu überwachen, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung durch die Einstellung einer Frequenz (f) des Wechselstroms, der den Induktor (4) durchfließt, und die Erfassung zumindest einer elektrischen Größe (p) in Abhängigkeit von der Zeit (t) erfolgt.
  2. Heizvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Größe (p) mit der Induktivität (L) eines Systems, umfassend den Induktor (4) und das Heizelement (10), korreliert ist.
  3. Heizvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) zur Steuerung der Leistung (P) des Induktors (4) anhand der elektrischen Größe (p) vorbereitet ist.
  4. Heizvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) zur Konstanthaltung der Frequenz (f) während der Erfassung in Abhängigkeit von der Zeit (t) vorbereitet ist.
  5. Heizvorrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) zur Festlegung von Messzeitbereichen (Δt1) mit zumindest einem dazwischenliegenden Heizzeitbereich (Δt2) vorgesehen ist, wobei die Frequenz (f) in den Messzeitbereichen (Δt1) mit einer identischen Messfrequenz (fM) und im Heizzeitbereich (Δt2) mit einer von der Messfrequenz (fM) verschiedenen Heizfrequenz (fH1, fH2) eingestellt ist.
  6. Heizvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) zur Erkennung einer Unterschreitung des Absolutwerts des Gradienten der elektrischen Größe (p) unter einen Grenzwert (G) und zu einer Reaktion der Steuerung auf die Unterschreitung vorgesehen ist.
  7. Heizvorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion eine Steuerung der Leistung (P) des Induktors (4) zur Konstanthaltung der Temperatur (T) des Heizelements (10) umfasst.
  8. Heizvorrichtung (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion eine Steuerung der Leistung (P) des Induktors (4) zur Verringerung der Temperatur (T) des Heizelements (10) um einen vorbestimmten Temperaturbetrag (ΔT) ist.
  9. Heizvorrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbetrag (ΔT) von einem Bediener wählbar ist.
  10. Heizvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) zur Festlegung des Grenzwerts (G) in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe (p) vorgesehen ist.
  11. Heizvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) zur Steuerung einer Verifikationsphase (ΔtV) vor der Reaktion und nach der Unterschreitung vorbereitet ist.
  12. Verfahren zum Steuern einer Heizvorrichtung (2) für ein Induktionsgargerät bei dem ein Heizelement (10) eines Garbehälters (8) durch eine Steuereinheit (12) auf das Erreichen einer Kochtemperatur überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung durch die Einstellung einer Frequenz (f) des Wechselstroms, der einen Induktor (4) durchfließt, und die Erfassung einer elektrischen Größe (p) in Abhängigkeit von der Zeit (t) erfolgt.
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