EP1897414A1 - Vorrichtung zur erwärmung eines heizelements - Google Patents

Vorrichtung zur erwärmung eines heizelements

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EP1897414A1
EP1897414A1 EP06754805A EP06754805A EP1897414A1 EP 1897414 A1 EP1897414 A1 EP 1897414A1 EP 06754805 A EP06754805 A EP 06754805A EP 06754805 A EP06754805 A EP 06754805A EP 1897414 A1 EP1897414 A1 EP 1897414A1
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EP
European Patent Office
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temperature
correction
sub
heating element
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EP06754805A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1897414B1 (de
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Dirk Hoffmann
Jochen Bühner
José Miguel Burdio Pinilla
Jose Ramon Garcia Jim Nez
Pablo Jesus Hernandez Blasco
Sergio Llorente Gil
Alfonso Lorente Perez
Fernando Monterde Aznar
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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.)
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Publication date
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Publication of EP1897414A1 publication Critical patent/EP1897414A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1897414B1 publication Critical patent/EP1897414B1/de
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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

Definitions

  • the invention relates to a device for in particular inductive heating of a heating element according to the preamble of claim 1.
  • a temperature control for an induction cooker in which an operator can start the control at a desired time by entering a corresponding command.
  • a control unit registers a value of a controlled variable associated with the temperature of a cooking vessel at this starting time and regulates the power of the inductor so that the controlled variable remains as close as possible to this guide value.
  • the controlled variable of the temperature control is derived from an electrical variable of the inductor of the induction cooker. If, for example, water in the cooking container begins to boil easily after the cooking container has been heated up, the operator can continue to simmer the water as desired by starting the regulation process.
  • the invention relates to a device for heating a heating element, in particular with an inductor, a radiant heater or a gas burner, and a means for detecting a dependent of a temperature of the heating element and derived from an electrical variable of the inductor reference variable to form a guide value from the reference variable and for regulating the temperature by means of the regulation of the reference variable with the aid of the reference value.
  • the device comprises a correction means for correcting the reference value.
  • the leader value can be manually set by an operator or automa- be corrected or adapted to new needs, so that in a simple manner, a uniform maintenance of a desired temperature can be achieved.
  • the bottom of the pot In a rapid heating of the pot by a large supplied heating power, for example, the bottom of the pot, especially the bottom layer of the pot bottom, already much hotter than the boiling point of the water when the water begins to boil.
  • the guide value is formed from the reference variable and the reference variable is kept as close as possible to the guide value, it may be that the pot bottom is kept at a very hot temperature to strongly bubble the initially simmering water begins and an operator wants to reduce the supplied heating power.
  • the correction means can be used to correct the management value and to regulate the reference variable with the aid of the new management value, in particular to the new management value.
  • the device z.
  • a radiant heater or a gas burner As a radiant heater or a gas burner.
  • the reference variable may also depend on the performance of the inductor.
  • the command variable may vary widely and the temperature control may be unreliable and undesirable.
  • a correction of the guide value for example, after a settling of the heating system, in a simple manner, a reliable temperature control can be achieved.
  • the acquisition of the reference variable can be done by measuring and / or calculating.
  • the value of the reference variable at a fixed point in time for example, the start time.
  • the means for detecting the reference variable may include the correction means.
  • a control unit for example a microcontroller, contains both the means for detecting the reference variable and the correction means.
  • the correction means may be an adjusting means for adjusting the guidance value to a new condition or a new condition.
  • the reference variable can be used as a controlled variable. It is expediently regulated to the management value.
  • the leader value may be constant over time or a function of time.
  • the correction means comprises an input means for inputting a correction command by an operator to correct the command value.
  • the guide value and thus the temperature control can be easily adapted manually and reliably to the needs of the operator.
  • the correction means is prepared to change the guide value to a correction command by a correction value.
  • the guide value is thereby corrected in discrete steps, whereby the correction per se, the correction of the correction and the handling by an operator are kept simple.
  • the correction means is prepared to automatically correct the guide value at the beginning of the temperature control, in particular in order to change a correction value.
  • This correction is particularly useful for systematic errors, which are caused for example by a dependence of the reference variable of the power of the inductor.
  • the guide value can be calculated at the beginning of the temperature control and then corrected. It is also possible for the guide value to be determined at the beginning of the temperature control on the basis of an already corrected calculation or from the corrected reference variable, without it having previously been determined uncorrected.
  • the start of the temperature control can be automatic or based on an operator command.
  • correction value is a preset value.
  • the correction value may be an absolute value or a relative value, which depends, for example, on the size of the reference variable. If the correction value depends on the reference variable - as a preset or non-defaulted one - A -
  • the correction value may be greater than at a low temperature. Even with a high power of the inductor to start the temperature control, a higher correction value can be selected than at a lower power.
  • the correction value is dependent on a heating parameter determined before the control, for example the heating power, the temperature of the heating element or, for example, a temperature gradient of the heating element.
  • a heating parameter determined before the control for example the heating power, the temperature of the heating element or, for example, a temperature gradient of the heating element.
  • This can be corrected very quickly and a multiple correction can be avoided.
  • a rapid and effective correction can also be achieved by the fact that the correction value is dependent on a determined property of a food to be heated. If, for example, a lot of water - also referred to below as food to be cooked - in the pot to be heated, the correction value can be made large, and with little water, this can be chosen small.
  • the correction means is prepared to correct the command value after a signal start to start the temperature control and to form the command value from the corrected command value.
  • the device can be brought out of an extreme situation, for example the application of a maximum power, and brought to the state which it has during the temperature control before a determination of the guide value.
  • the command value may be formed of a command value determined at a state at least similar to the state during the temperature control, and a systematic error in the determination of the command value may be corrected and a reliable temperature control may be achieved.
  • the state of the device can be led out of an extreme state when the correction z.
  • B. comprises a reduction of the power of the inductor to an intermediate value.
  • An intermediate value is to be understood as a power value that lies behind the start signal and before the control phase in terms of time.
  • the intermediate value is advantageously a value already set before the start signal, whereby a very simple correction is achieved.
  • a particularly effective correction can be achieved if the intermediate value substantially corresponds to the power required to maintain a desired temperature of the heating element, in particular the temperature which the heating element has at the start signal.
  • the state of the device in the determination of the guide value is similar to the state that it assumes during the control, so that a dependence of the reference variable of, for example, the performance of the inductor as a trigger for a systematic error can be largely overcome.
  • FIG. 1 shows a device for inductive heating of a heating element in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a diagram in which a reference variable for a temperature control, the power of the inductor and the water and pot temperature are plotted against time
  • Fig. 4 shows the diagram of Figure 2 with a systematic error in the reference variable
  • Fig. 5 is the diagram of Figure 4, in which the systematic error is eliminated.
  • FIG. 1 shows a device 2 for inductive heating of a heating element 4 in the form of a pot bottom of a pot 6.
  • a control unit 12 Connected to the inductor 10 is a control unit 12, which comprises a means 14 for detecting a dependent of a temperature of the heating element 4 and derived from an electrical variable of the inductor 10 reference variable.
  • the device 2 also has a correction means 16 comprising parts of the control unit 12 and an input means 18 for inputting a correction command by an operator.
  • the input means 18 has two keys 20 with which one of The control unit 12 formed guide value - and thus a target temperature of the heating element 4 - can be corrected up or down.
  • a radiant heater or a gas burner can be assigned as a heat source.
  • the means 14 may be formed on a above or below the support plate 8 second-order temperature sensor.
  • the measured temperature forms the reference variable F; it may deviate more or less from the actual temperature T of the pot 6.
  • FIG. 2 shows a diagram in which the temperature T H of the heating element 4 is plotted over inductive heating over time t. Also, the temperature T w of water over the time t is applied, which is heated in the pot 6 by the heating of the heating element 4 with.
  • the temperature T w here indicates the temperature T w of the lowermost water layer in the pot 6, which is adjacent to the heating element 4. Overlying layers of water are slightly colder when the water is heated. With a thick solid line, the heating power P of the inductor 10 is plotted against time t in FIG.
  • a reference variable F is plotted against the time t, which is detected from the inductance of the system with the inductor 10 and the heating element 4 and in particular from the current flow through the inductor 10 from the means 14.
  • both the heating element 4 and the water above it for example, room temperature.
  • the heating power P is switched to a relatively high level, the heating element 4 is heated and with him - delayed in time - the water located above the heating element 4.
  • the temperature T H increases, the inductance of the system comprising the heating element 4 and thus also the reference variable F decrease.
  • the water has reached the temperature T 1 that an operator wishes to hold. For example, the water has started to boil easily.
  • the operator By simultaneously pressing the two buttons 20, the operator generates a start signal for starting a temperature control.
  • the reference variable F and with it the temperature T H of the heating element 4
  • the heating element 4 is maintained at a constant level in order to keep the water above it at a constant temperature level.
  • the heating element 4 At the time ti has the heating element 4 in its lowest and most relevant for the detection of the reference variable layer temperature T 2 , which is for example at 115 ° C and thus not insignificant above the temperature T 1 of 100 0 C of the water.
  • the heating element 4 would continue to give off heat as in the heating process to the water, and the water would be heated more and finally bubble strong.
  • the control method is started as follows:
  • the reference variable F has fallen very far at time ti and has reached a reference value F 1 which can be detected by the means 14 or derived from the reference variable F.
  • the reference value F 1 is raised by the correction means 16 by a preset correction value F K1 to a new reference value F 2 .
  • the reference variable F is now controlled to the new reference value F 2 by the heating power P of the inductor 10 is greatly reduced.
  • the heating element 4 cools from the temperature T 2 of 115 ° C to the temperature T 3 , for example 107 0 C, down.
  • the water temperature T w still oscillates slightly above the temperature T 1 , since a certain amount of heat of high temperature T H is still stored in the heating element 4 and is released to the water.
  • the lower layer of water now cools slowly and, for example, drops below the temperature T 1 set by the operator as the desired temperature, the water stops to boil and is perceived by the operator to be too cold .
  • the key 20 By actuating the key 20 with the "+”, it triggers a correction of the guide value F 2 by a new, preset correction value F K2 to a new reference value F 3.
  • the temperature T H of the heating element 4 is raised to a somewhat higher temperature T. 4 regulated, whereby the water is slightly heated, reaches the desired temperature T 1 and, for example, simmer gently again.
  • FIG 3 shows the control method as shown in Figure 2, wherein the pot 6, however, in contrast to Figure 2 contains a considerably larger amount of water.
  • the temperature T H of the heating element 4 and with it the temperature T w of the water increases much slower than in Figure 2.
  • This lower temperature gradient of the heating element 4th is registered by the control unit 12.
  • the guide value F 1 is corrected by a correction value F K3 to the new guide value F 2 , which is greater than the correction value F K1 of Figure 2, because of the heating power P in conjunction with the low temperature gradient of the heating element. 4 closed to a large amount of water and the correction value F K3 was set depending on the amount of water.
  • the temperature T w also decreases in FIG. 3 of the water by the mixing of the water below the desired temperature T 1 , and the operator corrects the temperature T H by pressing the button 20 with the "+" at the time t 2.
  • the correction values R K3 and R K4 are dependent on the reference variable F and, for example, in the selection of a high temperature T 1 by a large operator and small at a low temperature T 1 selected.
  • FIG. 4 shows another method carried out by the device for inductive heating of the heating element 4, which is the same as the method of FIG. 2 up to the time t.sub.i, at which the operator simultaneously presses the two buttons 20 and triggers the starting signal 2, the heating power P of the inductor 10 after the start signal has been greatly reduced in order to end the heating process of the water.
  • the systematic error may occur that the reference variable F depends on the heating power P of the inductor 10.
  • FIG. 4 shows a dependency of the reference variable F on the heating power P at which the reference variable F likewise drops when the heating power P drops.
  • the means 14 and the control unit 12 is lowered by the fall of the heating power P from the guide value F 1 to a value F 4 command value F on the Guide value F 1 up, as shown in Figure 4.
  • This is associated with a lowering of the temperature T H of the heating element 4 from the temperature T 2 to the temperature T 3 , whereby the water cools strongly and rapidly drops below the desired temperature T 1 .
  • this systematic error can be corrected manually.
  • FIG. 5 shows a method by which the systematic error shown in FIG. 4 is counteracted.
  • the guide value F 1 is not formed immediately after the start signal, but the heating power P is first reduced to an intermediate value P z and held there for a little while until time t 2 .
  • the reference variable F decreases to the value F 4 and increases until the time t 2 - due to a cooling of the heating element 4 from the temperature T 2 to the temperature T 3 - easily.
  • the entire system may Heating state before the time ti settle in a less dynamic state, wherein the guide value F 3 is formed only at time t 2 and the reference variable F is adjusted to this guide value F 3 .
  • the water which has become too cool after a brief further heating by residual heat in the heating element 4 and a cooling by mixing in the pot 6, is hereby again guided to the desired temperature T 1 .
  • the intermediate value P z is chosen to be substantially equal to the power required to maintain a desired temperature T 1 , as shown in FIG. Alternatively, it is possible to set the intermediate value P z to a value already set before the start signal, whereby the control is particularly simple.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung (2) insbesondere zur induktiven Erwärmung eines Heizelements (4) mit einem Induktor (10) und einem Mittel (14) zur Erfassung einer von einer Temperatur (TH) des Heizelements (4) abhängigen und von einer elektrischen Größe des Induktors (10) abgeleiteten Führungsgröße (F), zur Bildung eines Führungs- werts (F1, F2, F3) aus der Führungsgröße (F) und zur Regelung der Temperatur (TH) an- hand der Regelung der Führungsgröße (F) mit Hilfe des Führungswerts (F1, F2, F3). m zu einer zuverlässigen Regelung der Temperatur (TW ) von Wasser oder Gargut auch bei Extrembedingungen oder bei einer fehlerhaften Bildung des Führungswerts (F1, F2) zu gelangen, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung (2) ein Korrekturmittel (16) zur Kor- rektur des Führungswerts (F1, F2) aufweist.

Description

Vorrichtung zur Erwärmung eines Heizelements
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur insbesondere induktiven Erwärmung eines Heizelements nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der WO 2004/103028 A1 ist eine Temperaturregelung für einen Induktionsherd bekannt, bei der ein Bediener die Regelung zu einem gewünschten Zeitpunkt durch die Eingabe eines entsprechenden Befehls beginnen lassen kann. Eine Steuereinheit registriert einen Wert einer mit der Temperatur eines Garbehälters in Zusammenhang stehenden Regelgröße zu diesem Startzeitpunkt und regelt die Leistung des Induktors so, dass die Regelgröße möglichst dicht an diesem Führungswert bleibt. Die Regelgröße der Temperaturregelung wird von einer elektrischen Größe des Induktors des Induktionsherds abgeleitet. Beginnt beispielsweise Wasser im Garbehälter nach einem Aufheizen des Garbehälters leicht zu kochen, so kann der Bediener durch einen Start des Regelungsverfahrens das Wasser wie gewünscht weiter köcheln lassen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, mit der die Temperatur eines Heizelements bzw. die Temperatur eines Garguts am Heizelement zuverlässiger geregelt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erwärmung eines Heizelements insbesondere mit einem Induktor, einem Strahlungsheizkörper oder einem Gasbrenner, und einem Mittel zur Erfassung einer von einer Temperatur des Heizelements abhängigen und von einer elektrischen Größe des Induktors abgeleiteten Führungsgröße zur Bildung eines Führungswerts aus der Führungsgröße und zur Regelung der Temperatur anhand der Regelung der Führungsgröße mit Hilfe des Führungswerts.
Es wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung ein Korrekturmittel zur Korrektur des Führungswerts umfasst. Der Führungswert kann manuell durch einen Bediener oder automa- tisch korrigiert oder an neue Bedürfnisse angepasst werden, so dass auf einfache Weise eine gleichmäßige Beibehaltung einer gewünschten Temperatur erreicht werden kann. Eine von der Temperatur des Heizelements abhängige Führungsgröße, die von einer e- lektrischen Größe des Induktors abgeleitet wird, korreliert üblicherweise mit der Temperatur einer nur sehr dünnen Schicht des Heizelements, beispielsweise eines Topfbodens, die dem Induktor zugewandt ist. Die Temperatur dieser dünnen Schicht stimmt nicht unbedingt überein mit der Temperatur von beispielsweise Gargut oder Wasser im Topf. Bei einer schnellen Erwärmung des Topfs durch eine große zugeführte Heizleistung ist beispielsweise der Topfboden, insbesondere die unterste Schicht des Topfbodens, bereits wesentlich heißer als der Siedepunkt des Wassers, wenn das Wasser erst anfängt zu kochen. Wird von einem Bediener zu diesem Zeitpunkt die automatische Temperaturregelung gestartet, der Führungswert aus der Führungsgröße gebildet und die Führungsgröße möglichst nah am Führungswert gehalten, so kann es sein, dass der Topfboden auf einer sehr heißen Temperatur gehalten bleibt, das anfänglich köchelnde Wasser stark zu sprudeln beginnt und ein Bediener die zugeführte Heizleistung reduzieren möchte. Durch das Korrekturmittel kann der Führungswert korrigiert und die Führungsgröße mit Hilfe des neuen Führungswerts, insbesondere auf den neuen Führungswert, geregelt werden. Dies gilt entsprechend für Vorrichtungen bei denen die Temperatur einer Wand des Heizelements in bekannter Weise mit einem Infrarotsensor abgekühlt wird, oder bei denen unterhalb einer Abstellplatte für das Heizelement ein Temperaturfühler angeordnet ist. Dabei weist die Vorrichtung z. B. einen Strahlungsheizkörper oder einen Gasbrenner auf.
Je nach Wahl der elektrischen Größe oder der elektrischen Größen des Induktors, aus der beziehungsweise aus denen die Führungsgröße abgeleitet ist, kann die Führungsgröße außerdem von der Leistung des Induktors abhängen. Bei einer plötzlichen Veränderung der Leistung, beispielsweise durch ein Starten der Temperaturregelung durch einen Bediener, kann die Führungsgröße stark schwanken und die Temperaturregelung in einer unzuverlässigen und nicht gewünschten Weise erfolgen. Auch hier kann durch eine Korrektur des Führungswerts, beispielsweise nach einem Einschwingen des Heizsystems, in einfacher Weise eine zuverlässige Temperaturregelung erreicht werden. Entsprechendes gilt bei Vorrichtungen mit Strahlungsheizkörpern oder Gasbrennern.
Die Erfassung der Führungsgröße kann durch Messen und/oder Berechnen geschehen. Als Führungswert kann der Wert der Führungsgröße zu einem festgelegten Zeitpunkt, beispielsweise dem Startzeitpunkt, verwendet werden. Das Mittel zur Erfassung der Führungsgröße kann das Korrekturmittel umfassen. Es ist auch möglich, dass eine Steuereinheit, beispielsweise ein MikroController, sowohl das Mittel zur Erfassung der Führungsgröße als auch das Korrekturmittel beinhaltet. Das Korrekturmittel kann ein Angleichmittel sein zum Angleichen des Führungswerts an einen neuen Zustand oder eine neue Bedingung. Die Führungsgröße kann als Regelgröße verwendet werden. Sie wird zweckmäßigerweise auf den Führungswert geregelt. Der Führungswert kann zeitlich konstant oder eine Funktion der Zeit sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Korrekturmittel ein Eingabemittel zur Eingabe eines Korrekturbefehls durch einen Bediener zur Korrektur des Führungswerts auf. Der Führungswert und damit die Temperaturregelung kann auf einfache Weise manuell und zuverlässig an die Bedürfnisse des Bedieners angepasst werden.
Zweckmäßigerweise ist das Korrekturmittel dazu vorbereitet, den Führungswert auf einen Korrekturbefehl hin um einen Korrekturwert zu verändern. Der Führungswert wird hierdurch in diskreten Schritten korrigiert, wodurch die Korrektur an sich, ein Nachvollziehen der Korrektur und eine Handhabung durch einen Bediener einfach gehalten sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Korrekturmittel dazu vorbereitet, den Führungswert zu Beginn der Temperaturregelung automatisch zu korrigieren, insbesondere um einen Korrekturwert zu verändern. Diese Korrektur ist besonders bei systematischen Fehlern sinnvoll, die beispielsweise durch eine Abhängigkeit der Führungsgröße von der Leistung des Induktors hervorgerufen werden. Der Führungswert kann zu Beginn der Temperaturregelung berechnet und anschließend korrigiert werden. Es ist auch möglich, dass der Führungswert zu Beginn der Temperaturregelung auf der Grundlage einer bereits korrigierten Berechnung oder aus der korrigierten Führungsgröße ermittelt wird, ohne dass er zuvor unkorrigiert ermittelt wurde. Der Beginn der Temperaturregelung kann automatisch oder auf einen Bedienerbefehl hin erfolgen.
Eine besonders einfache Korrektur kommt zustande, wenn der Korrekturwert ein voreingestellter Wert ist. Der Korrekturwert kann ein Absolutwert sein oder ein Relativwert, der beispielsweise von der Größe der Führungsgröße abhängt. Bei einer Abhängigkeit des Korrekturwerts von der Führungsgröße - als voreingestellter oder nicht voreingestellter - A -
Wert - kann eine besonders bedienerfreundliche Korrektur erreicht werden, da Mehrfachkorrekturen vermieden werden können. Bei einer hohen Temperatur des Heizelements kann der Korrekturwert beispielsweise größer sein als bei einer niedrigen Temperatur. Auch bei einer hohen Leistung des Induktors zum Start der Temperaturregelung kann ein höherer Korrekturwert gewählt werden als bei einer niedrigeren Leistung.
Vorteilhafterweise ist der Korrekturwert abhängig von einem vor der Regelung ermittelten Heizparameter, beispielsweise der Heizleistung, der Temperatur des Heizelements oder beispielsweise einem Temperaturgradienten des Heizelements. Hierdurch kann sehr zügig korrigiert werden und eine Mehrfachkorrektur vermieden werden. Eine zügige und effektive Korrektur kann ebenfalls dadurch erreicht werden, dass der Korrekturwert abhängig ist von einer ermittelten Eigenschaft eines zu erwärmenden Garguts. Ist beispielsweise viel Wasser - im Folgenden auch als Gargut betrachtet - im zu erwärmenden Topf, so kann der Korrekturwert groß gewählt werden, und bei wenig Wasser kann dieser klein gewählt werden.
Es wird außerdem vorgeschlagen, dass das Korrekturmittel dazu vorbereitet ist, die Führungsgröße nach einem Signalstart zum Beginnen der Temperaturregelung zu korrigieren und den Führungswert aus der korrigierten Führungsgröße zu bilden. Hierdurch kann die Vorrichtung vor einer Ermittlung des Führungswerts aus einer Extremsituation, beispielsweise der Anwendung einer Maximalleistung, herausgeführt und an den Zustand herangeführt werden, den sie während der Temperaturregelung aufweist. Es kann der Führungswert aus einer Führungsgröße gebildet werden, die bei einem Zustand ermittelt wird, der dem Zustand während der Temperaturregelung zumindest ähnlich ist, und es kann ein systematischer Fehler bei der Ermittlung des Führungswerts korrigiert und eine zuverlässige Temperaturregelung erreicht werden.
Besonders einfach kann der Zustand der Vorrichtung aus einem Extremzustand herausgeführt werden, wenn die Korrektur z. B. eine Verringerung der Leistung des Induktors auf einen Zwischenwert umfasst. Als Zwischenwert soll ein Leistungswert verstanden werden, der zeitlich gesehen hinter dem Startsignal und vor der Regelungsphase liegt.
Der Zwischenwert ist vorteilhafterweise ein bereits vor dem Startsignal festgelegter Wert, wodurch eine sehr einfache Korrektur erreicht wird. Eine besonders effektive Korrektur kann erreicht werden, wenn der Zwischenwert im Wesentlichen der Leistung entspricht, die zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Temperatur des Heizelements erforderlich ist, insbesondere der Temperatur, die das Heizelement beim Startsignal aufweist. Hierdurch ist der Zustand der Vorrichtung bei der Ermittlung des Führungswerts ähnlich zu dem Zustand, den diese während der Regelung einnimmt, so dass eine Abhängigkeit der Führungsgröße von beispielsweise der Leistung des Induktors als Auslöser für einen systematischen Fehler weitgehend überwunden werden kann.
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 Vorrichtung zur induktiven Erwärmung eines Heizelements in schemati- scher Darstellung,
Fig. 2 ein Diagramm, in dem eine Führungsgröße für eine Temperaturregelung, die Leistung des Induktors und die Wasser- und Topftemperatur gegen die Zeit aufgetragen sind,
Fig. 3 das Diagramm wie aus Figur 2 mit einer größeren Wassermenge im Topf,
Fig. 4 das Diagramm aus Figur 2 mit einem systematischen Fehler in der Führungsgröße und
Fig. 5 das Diagramm aus Figur 4, bei dem der systematische Fehler eliminiert ist.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 2 zur induktiven Erwärmung eines Heizelements 4 in Form eines Topfbodens eines Topfs 6. Zur Erwärmung steht der Topf 6 auf einer Tragplatte 8, unter der ein Induktor 10 angeordnet ist. Mit dem Induktor 10 verbunden ist eine Steuereinheit 12, die ein Mittel 14 zur Erfassung einer von einer Temperatur des Heizelements 4 abhängigen und von einer elektrischen Größe des Induktors 10 abgeleiteten Führungsgröße umfasst. Die Vorrichtung 2 weist außerdem ein Korrekturmittel 16 auf, das Teile der Steuereinheit 12 und ein Eingabemittel 18 zur Eingabe eines Korrekturbefehls durch einen Bediener umfasst. Das Eingabemittel 18 weist zwei Tasten 20 auf, mit denen ein von der Steuereinheit 12 gebildeter Führungswert - und damit eine Zieltemperatur des Heizelements 4 - nach oben oder unten korrigiert werden kann. Alternativ kann auch ein Strahlungsheizträger oder ein Gasbrenner als Wärmequelle vergeben sein. Das Mittel 14 kann an einer oberhalb oder unterhalb der Tragplatte 8 abgeordneten Temperatursensor gebildet sein. Die gemessene Temperatur bildet die Führungsgröße F; sie kann von der tatsächlichen Temperatur T des Topfes 6 mehr oder weniger stark abweichen.
Figur 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Temperatur TH des Heizelements 4 bei einer induktiven Erwärmung über die Zeit t aufgetragen ist. Ebenfalls ist die Temperatur Tw von Wasser über die Zeit t aufgetragen, das im Topf 6 durch die Erwärmung des Heizelements 4 mit erwärmt wird. Die Temperatur Tw gibt hierbei die Temperatur Tw der untersten Wasserschicht im Topf 6 an, die dem Heizelement 4 benachbart ist. Darüber liegende Wasserschichten sind bei einer Erwärmung des Wassers etwas kälter. Mit einer dicken durchgezogenen Linie ist in Figur 2 die Heizleistung P des Induktors 10 gegen die Zeit t aufgetragen. Zusätzlich ist eine Führungsgröße F gegen die Zeit t aufgetragen, die aus der Induktivität des Systems mit dem Induktor 10 und dem Heizelement 4 und insbesondere aus dem Stromfluss durch den Induktor 10 von dem Mittel 14 erfasst wird.
Zu Beginn eines Aufheizvorgangs zum Zeitpunkt t0 weisen sowohl das Heizelement 4 als auch das darüber befindliche Wasser beispielsweise Raumtemperatur auf. Zum Aufheizen des Heizelements 4 und des Wassers wird die Heizleistung P auf ein relativ hohes Niveau geschaltet, das Heizelement 4 erwärmt sich und mit ihm - zeitlich etwas verzögert - das über dem Heizelement 4 befindliche Wasser. Mit dem Anstieg der Temperatur TH sinkt die Induktivität des das Heizelement 4 umfassenden Systems und damit auch die Führungsgröße F.
Zum Zeitpunkt ti hat das Wasser die Temperatur T1 erreicht, die ein Bediener halten möchte. Beispielsweise hat das Wasser angefangen, leicht zu kochen. Durch das gleichzeitige Drücken der beiden Tasten 20 erzeugt der Bediener ein Startsignal zum Beginnen einer Temperaturregelung. Bei dieser Temperaturregelung wird die Führungsgröße F, und mit ihr die Temperatur TH des Heizelements 4, auf einem konstanten Niveau gehalten, um auch das darüber befindliche Wasser auf einem konstanten Temperaturniveau zu halten. Zum Zeitpunkt ti hat das Heizelement 4 in seiner untersten und für die Erfassung der Führungsgröße relevantesten Schicht die Temperatur T2, die beispielsweise bei 115 °C und damit nicht unerheblich über der Temperatur T1 von 100 0C des Wassers liegt. Würde das Heizelement 4 nun konstant auf der Temperatur T2 von 115° C gehalten bleiben, so würde das Heizelement 4 weiter wie beim Aufheizprozess Wärme an das Wasser abgeben, und das Wasser würde stärker erhitzt werden und schließlich stark sprudeln.
Um dem vorzubeugen, wird das Regelungsverfahren wie folgt begonnen: Die Führungsgröße F ist zum Zeitpunkt ti sehr weit abgesunken und hat einen Führungswert F1 erreicht, der von dem Mittel 14 erfasst bzw. aus der Führungsgröße F abgeleitet werden kann. Auf das Startsignal hin wird der Führungswert F1 von dem Korrekturmittel 16 um einen voreingestellten Korrekturwert FK1 auf einen neuen Führungswert F2 heraufgesetzt. Die Führungsgröße F wird nun auf den neuen Führungswert F2 geregelt, indem die Heizleistung P des Induktors 10 stark herabgesetzt wird. Infolgedessen kühlt das Heizelement 4 von der Temperatur T2 von 115 °C auf die Temperatur T3, beispielsweise 107 0C, herunter. Die Wassertemperatur Tw schwingt noch etwas über die Temperatur T1 herüber, da in dem Heizelement 4 noch eine gewisse Wärmemenge hoher Temperatur TH gespeichert ist und an das Wasser abgegeben wird. Durch ein Vermischen der Wasserschichten im Topf 6 kühlt die untere Schicht des Wassers nun jedoch langsam aus und sinkt beispielsweise unter die Temperatur T1, die der Bediener als gewünschte Temperatur vorgegeben hatte, das Wasser hört auf zu kochen und wird vom Bediener als zu kalt empfunden. Durch das Betätigen der Taste 20 mit dem „+" löst dieser eine Korrektur des Führungswerts F2 um einen erneuten, voreingestellten Korrekturwert FK2 auf einen neuen Führungswert F3 aus. Hierdurch wird die Temperatur TH des Heizelements 4 auf eine etwas höhere Temperatur T4 eingeregelt, wodurch das Wasser etwas erwärmt wird, die gewünschte Temperatur T1 erreicht und beispielsweise wieder leicht köchelt.
Figur 3 zeigt das wie in Figur 2 dargestellte Regelungsverfahren, wobei der Topf 6 jedoch im Unterschied zu Figur 2 eine erheblich größere Menge Wasser enthält. Bei gleicher Heizleistung P des Induktors 10 nach einem Heizbeginn, der in Figur 3 nicht dargestellt ist, steigt die Temperatur TH des Heizelements 4 und mit ihr die Temperatur Tw des Wassers wesentlich langsamer an als in Figur 2. Dieser geringere Temperaturgradient des Heizelements 4 wird von der Steuereinheit 12 registriert. Beim Startsignal zum Zeitpunkt ti wird der Führungswert F1 durch einen Korrekturwert FK3 auf den neuen Führungswert F2 korrigiert, der größer gewählt ist als der Korrekturwert FK1 aus Figur 2, da aus der Heizleistung P in Verbindung mit dem geringen Temperaturgradienten des Heizelements 4 auf eine große Wassermenge geschlossen und der Korrekturwert FK3 in Abhängigkeit von der Wassermenge festgelegt wurde. Wie in Figur 2 sinkt auch in Figur 3 die Temperatur Tw des Wassers durch die Durchmischung des Wassers unter die gewünschte Temperatur T1 ab, und der Bediener korrigiert die Temperatur TH durch Betätigen der Taste 20 mit dem „+" zum Zeitpunkt t2 nach. Durch diese Korrektur wird der Führungswert F2 durch einen Korrekturwert FK4 auf einen neuen Führungswert F3 korrigiert, wobei der Korrekturwert FK4, bedingt durch die große Wassermenge, größer ist als der Korrekturwert FK2 aus Figur 2. In einem anderen Verfahren sind die Korrekturwerte FK3 und FK4 abhängig von der Führungsgröße F und beispielsweise bei der Wahl einer hohen Temperatur T1 durch einen Bediener groß und bei einer niedrigen Temperatur T1 klein gewählt.
Figur 4 zeigt ein weiteres, von der Vorrichtung zur induktiven Erwärmung des Heizelements 4 durchgeführtes Verfahren, das bis zum Zeitpunkt ti, an dem der Bediener die beiden Tasten 20 gleichzeitig drückt und das Startsignal auslöst, gleich ist wie das Verfahren aus Figur 2. Wie zu Figur 2 beschrieben, wird die Heizleistung P des Induktors 10 nach erfolgtem Startsignal stark zurückgenommen, um den Aufheizprozess des Wassers zu beenden. Je nach Art der Ableitung der Führungsgröße aus einer oder mehreren elektrischen Größen des Induktors 10 kann sich der systematische Fehler einstellen, dass die Führungsgröße F von der Heizleistung P des Induktors 10 abhängt. In Figur 4 ist eine Abhängigkeit der Führungsgröße F von der Heizleistung P gezeigt, bei der die Führungsgröße F bei einem Absinken der Heizleistung P ebenfalls absinkt. Wird nun der Führungswert F1 direkt nach dem Startsignal und noch vor dem Abregein der Heizleistung P ermittelt, so wird das Mittel 14 beziehungsweise die Steuereinheit 12 die durch den Abfall der Heizleistung P vom Führungswert F1 auf einen Wert F4 gesunkene Führungsgröße F auf den Führungswert F1 heraufregeln, wie in Figur 4 gezeigt ist. Dies ist mit einer Absenkung der Temperatur TH des Heizelements 4 von der Temperatur T2 auf die Temperatur T3 verbunden, wodurch das Wasser stark abkühlt und schnell unter die gewünschte Temperatur T1 absinkt. Durch eine manuelle Korrektur zum Zeitpunkt t2 kann dieser systematische Fehler manuell behoben werden.
In Figur 5 ist ein Verfahren gezeigt, durch das dem in Figur 4 gezeigten systematischen Fehler entgegengewirkt wird. Der Führungswert F1 wird nicht sofort nach dem Startsignal gebildet, sondern die Heizleistung P zuerst auf einen Zwischenwert Pz heruntergeführt und dort für eine kleine Weile bis zum Zeitpunkt t2 gehalten. Bedingt durch den systematischen Fehler, sinkt die Führungsgröße F auf den Wert F4 ab und steigt bis zum Zeitpunkt t2 - bedingt durch ein Abkühlen des Heizelements 4 von der Temperatur T2 auf die Temperatur T3 - leicht an. Während dieser Zeit kann sich das gesamte System aus dem Auf- heizzustand vor dem Zeitpunkt ti in einen weniger dynamischen Zustand einschwingen, wobei der Führungswert F3 erst zum Zeitpunkt t2 gebildet und die Führungsgröße F auf diesen Führungswert F3 eingeregelt wird. Das Wasser, das nach einer kurzzeitigen weiteren Erwärmung durch Restwärme im Heizelement 4 und eine Abkühlung durch eine Durchmischung im Topf 6 zu kühl geworden ist, wird hierdurch wieder auf die gewünschte Temperatur T1 geführt.
Der Zwischenwert Pz ist so gewählt, dass er im Wesentlichen der Leistung entspricht, die zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Temperatur T1 erforderlich ist, wie in Figur 5 gezeigt ist. Alternativ ist es möglich, den Zwischenwert Pz auf einen bereits vor dem Startsignal festgelegten Wert zu setzen, wodurch die Steuerung besonders einfach ist.
Bezugszeichen
2 Vorrichtung
Zeitpunkt
4 Heizelement
6 Topf
8 Tragplatte
10 Induktor
12 Steuereinheit
14 Mittel
16 Korrekturmittel
18 Eingabemittel
20 Taste
F Führungsgröße
Fi Führungswert
F2 Führungswert
F3 Führungswert
F4 Wert
Fκi Korrekturwert
Fκ2 Korrekturwert
Fκ3 Korrekturwert
FK4 Korrekturwert
P Heizleistung
Pz Zwischenwert
TH Temperatur
Tw Temperatur
Ti Temperatur
T2 Temperatur
T3 Temperatur
T4 Temperatur to Zeitpunkt ti Zeitpunkt

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (2) zur Erwärmung eines Heizelements (4), insbesondere mit einem Induktor (10) einem Strahlungsheizkörper oder einem Gasbrenner und einem Mittel (14) zur Erfassung einer von einer Temperatur (TH) des Heizelements (4) abhängigen Führungsgröße (F), zur Bildung eines Führungswerts (F1, F2, F3) aus der Führungsgröße (F) und zur Regelung der Temperatur (TH) anhand der Regelung der Führungsgröße (F) mit Hilfe des Führungswerts (F1, F2, F3), gekennzeichnet durch ein Korrekturmittel (16) zur Korrektur des Führungswerts (F1, F2).
2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturmittel (16) ein Eingabemittel (18) zur Eingabe eines Korrekturbefehls durch einen Bediener zur Korrektur des Führungswerts (F1, F2) aufweist.
3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturmittel (16) dazu vorbereitet ist, den Führungswert (F1, F2) auf einen Korrekturbefehl hin um einen Korrekturwert (FK1, FK2, FK3, FK4) ZU verändern.
4. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturmittel (16) dazu vorbereitet ist, den Führungswert (F1) zu Beginn der Temperaturregelung automatisch zu korrigieren, insbesondere um einen Korrekturwert (FK1) zu verändern.
5. Vorrichtung (2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (FKi, FK2) ein voreingestellter Wert ist.
6. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (FK3, FK4) von der Führungsgröße (F) abhängig ist.
7. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (FK3, FK4) abhängig ist von einem vor der Regelung ermittelten Heizparameter.
8. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (FK3, FK4) abhängig ist von einer ermittelten Eigenschaft eines zu erwärmenden Garguts.
9. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturmittel (16) dazu vorbereitet ist, die Führungsgröße (F) nach einem Startsignal zum Beginnen der Temperaturregelung zu korrigieren und den Führungswert (F3) aus der korrigierten Führungsgröße (F) zu bilden.
10. Vorrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur eine Verringerung der Heizleistung (P) für das Heizelement (4) auf einen Zwischenwert (Pz) umfasst.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwert (Pz) ein bereits vor dem Startsignal festgelegter Wert ist.
12. Vorrichtung (2) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwert (Pz) im Wesentlichen der Leistung entspricht, die zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Temperatur (T1) des Heizelements (4) erforderlich ist.
13. Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führunsgröße (F) von einer elektrischen Größe eines Induktors (10) abgeleitet ist.
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