Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Temperaturmessung an einer Induktionsheizvorrichtung
Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturmessung an einer Induktionsheizvorrichtung, insbesondere ein sogenanntes Wok-Kochfeld als Elektrokochgerät, sowie ein Verfahren zur Temperaturmessung mit einer solchen Vorrichtung.
Induktive Kochfelder zur Beheizung eines Woks als Kochgeschirr sind beispielsweise aus der DE 10336325 A1 bekannt. Der Vorteil einer induktiven Beheizung liegt unter anderem in der sehr schnellen Aufheizung. Durch die induktive Energieübertragung ist eine effiziente Energieübertragung sichergestellt.
Problematisch ist jedoch insbesondere die Temperaturmessung am Kochgeschirr, da hier eine Überhitzung zu vermeiden ist. Ebenso ist es für Kochprogramme odgl. von Vorteil, die Temperatur des Woks zu kennen zur Verwendung in der Programmsteuerung.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, mit denen Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere eine Temperaturmessung sowohl der Aufnahme als auch des Kochgeschirrs möglichst gut erfolgen kann.
Gelöst wird diese Aufgabrdurch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , 11 oder 12 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfin-
dung 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 unter der Aufnahme, die eine nach unten gewölbte und vorteilhaft geschlossene Fläche bildet, eine ihrem Verlauf ange- passte Induktionsspule der Induktionsheizvorrichtung vorgesehen. An der Unterseite der Aufnahme ist ein Temperatursensor angeordnet in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Aufnahme, ohne einen Bereich der Induktionsheizvorrichtung zwischen dem Temperatursensor und der Aufnahme. Dies bedeutet also, dass eine direkte Wirkung zwischen Temperatursensor einerseits und Aufnahme andererseits gewährleistet ist. Weder die Induktionsheizvorrichtung noch sonstige Teile liegen dazwischen, welche eine Temperaturmessung erschweren oder verfälschen könnten. Details hierzu werden nachfolgend noch erläutert. Der Temperatursensor ist dabei außerhalb des Zentralbereichs der Aufnahme bzw. der Induktionsheizvorrichtung angeordnet. Das bedeutet, dass er vorteilhaft möglichst im Außenbereich von Aufnahme bzw. Induktionsheizvorrichtung angeordnet ist. Die Vorrichtung kann einerseits im wesentlichen die Induktionsheizvorrichtung sein mit der Erweiterung um den Temperatursensor. Andererseits kann sie im wesentlichen nur aus dem Temperatursensor bestehen, unter Umständen noch aus einer Befestigung an der Aufnahme oder an der Induktionsheizvorrichtung.
Dadurch wird zum einen erreicht, dass weder die Induktionsheizvorrichtung selber noch mögliche andere Teile eine Temperaturmessung am Temperatursensor verfälschen. Somit ist eine Temperaturmessung an der Aufnahme oder durch die Aufnahme hindurch an dem Kochgeschirr problemlos möglich. Des weiteren befindet sich in dem äußeren Bereich, also außerhalb des Zentralbereichs, das Kochgeschirr wegen der üblicherweise größeren Wölbung als derjenigen der Aufnahme näher an der Aufnahme und somit auch näher an dem Temperatursensor. Somit ist ein Temperaturunterschied zwischen Temperatursensor bzw. Aufnahme
einerseits und Kochgeschirrwand andererseits geringer bzw. trägt nicht oder kaum verfälschend zum Gesamtergebnis bei. Des weiteren ist bei einer direkten Temperaturmessung des Kochgeschirrs selber durch die Aufnahme hindurch ein geringerer Abstand gut für eine höhere Messgenauigkeit.
Der Temperatursensor kann entweder außerhalb der Induktionsheizvorrichtung bzw. Induktionsspule oder daneben bzw. an ihrem Rand angeordnet sein. Hier ist es leicht möglich, dass er direkt oder nur mit geringem Abstand zu der Aufnahme vorgesehen ist. Alternativ kann er in einer Ausnehmung bzw. einem Durchbruch in der Induktionsheizvorrichtung angeordnet sein. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Induktionsheizvorrichtung bzw. Induktionsspule einen flächigen Träger aufweist, auf dem die Spulenwindungen sitzen.
Eine besonders gut bzw. genaue Temperaturmessung, auch mit geringer Zeitverzögerung, kann man dann erhalten, wenn der Temperatursensor nur einen geringen Abstand zu der Aufnahme aufweist. Besonders vorteilhaft liegt er sogar direkt an der Aufnahme an. Dazu kann er an der Aufnahme befestigt werden, beispielsweise angeklebt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Temperatursensor an der Induktionsspule bzw. einem vorgenannten Spulenträger gehaltert bzw. befestigt sein. Dies weist den Vorteil auf, dass die Induktionsspule bzw. die Induktionsheizvorrichtung als separates Teil, also Induktionsspule samt Temperatursensor, an die Aufnahme bzw. Glaskeramikfläche montiert werden kann. Kompliziertere und schlecht reversible Verfahren wie ein Festkleben des Temperatursensors an der Aufnahme können so entfallen. Auch ein Austausch des Temperatursensors im Reparaturfall ist leichter möglich. Dazu kann der Temperatursensor beispielsweise an der Aufnahme festgeklipst oder festgeschraubt werden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist der Temperatursensor nicht nur außerhalb des Zentralbereichs der Induktionsheizvorrichtung angeordnet, sondern in etwa im äußeren Drittel der Aufnahme. Bevorzugt ist er sogar im äußeren Fünftel bis Zehntel angeordnet, also relativ nahe am Rand. Hier befindet sich üblicherweise die Wand des Kochgeschirrs sehr nahe an der Aufnahme mit den vorgenannten Vorteilen für eine gute und genaue Temperaturmessung.
Einerseits kann der Temperatursensor im Bereich der Induktionsspule derart angeordnet sein, dass er von der Induktionsspule sozusagen völlig umgeben ist. Dadurch wird gewährleistet, dass der Temperatursensor an einem Ort vorgesehen ist, der eine relativ starke und flächig umgebende Beheizung durch die Induktionsspule erfährt.
Andererseits kann der Temperatursensor außerhalb der Induktionsspule vorgesehen sein. Dann aber sollte er relativ nahe an ihrem Rand vorgesehen sein, insbesondere möglichst direkt daran. Dies weist den Vorteil auf, dass die Induktionsspule ohne möglicherweise notwendige Änderung ihres Verlaufs durch den zwischen zwei Windungen befindlichen Temperatursensor aufgebaut werden kann.
Die Form eines vorgenannten Spulenträgers ähnelt derjenigen der Aufnahme, er ist also bevorzugt ebenfalls gewölbt bzw. teilkugelartig geformt. Er kann aus einem Isoliermaterial, wie beispielsweise temperaturbeständigem Kunststoff bestehen. Dabei verläuft der Spulenträger vorteilhaft zwischen Induktionsspule und Aufnahme.
Als Temperaturmessung kann einerseits direkt eine Messung der Temperatur der Aufnahme vorgesehen sein, insbesondere durch einen Sensor in möglichst gut wärmeleitender Anbindung. Hierfür eignen sich insbesondere Widerstands-Temperatursensoren, die dann nur geringen Abstand zu der Aufnahme aufweisen bzw. daran anliegen können.
Als Alternative dazu kann ein Temperatursensor mit einer optischen Abtastung arbeiten, insbesondere ein IR-Sensor oder ein Pyrometer. Derartige Temperatursensoren sind beispielsweise aus der EP 690 659 A1 oder DE 102004033454 A1 bekannt. Sie können einerseits durch die entsprechend durchlässige Aufnahme hindurch auf optischem Weg die Temperatur des Kochgeschirrs erfassen, ähnlich wie dies bei Glaskeramik-Kochfeldern in ebener Ausführung bekannt ist. Andererseits und bevorzugt erfassen sie die Temperatur an der Aufnahme.
Die Aufnahme ist vorteilhaft eine im wesentlichen geschlossene Fläche, besonders vorteilhaft aus Glaskeramik. Aus einer überwiegend ebenen Fläche heraus erfolgt ein nahtloser Übergang in die teilkugelartige Vertiefung der Aufnahme hinein. Die Aufnahme ist derart ausgebildet, dass ihr Durchmesser etwas größer ist als ihre Tiefe am tiefsten Punkt, so- dass die Aufnahme also etwas kleiner ist als eine Halbkugel.
Neben der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Erfindung auch eine Induktionsheizvorrichtung wie vorstehend erläutert. Diese ist insbesondere bei an der Induktionsheizvorrichtung befestigtem Temperatursensor eine Baueinheit, die an der Aufnahme befestigt werden kann. Des weiteren umfasst die Erfindung ein Elektrokoch- gerät, insbesondere als sogenanntes Wok-Kochfeld, entweder mit der eingangs genannten Vorrichtung oder der vorstehend genannten Induktionsheizvorrichtung.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturmessung kann einerseits auf in bekanntes Verfahren zur Ansteuerung und Auswertung eines Temperatursensors zurückgegriffen werden. Um jedoch zu Beginn eines Kochvorgangs den Temperaturunterschied zwischen sehr schnell aufgeheiztem Kochgeschirr und langsamerem Aufheizen der Aufnahme auszugleichen, wird das Messsignal des Temperatursensors in einem Mikrokontroller mit einem PD-Algorithmus bearbeitet. Dadurch wird sozusagen mit sich änderndem zeitlichen Verlauf die bei Erfassung der
Temperatur an der Aufnahme vorliegende Temperatur an der Wand des Kochgeschirrs bestimmt. In einfacheren Worten ausgedrückt wird zu der von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur ein bestimmter Betrag aufaddiert, der erst geringer ist, dann stärker ansteigt und dann im Lauf der Zeit wieder geringer wird.
Die Berechnung der Temperatur für das Kochgeschirr kann so vorteilhaft für einen Zeitraum von 5 bis 10 Minuten erfolgen. Nach dieser Dauer wird davon ausgegangen, dass die Temperatur der Aufnahme derjenigen am Kochgeschirr entspricht. Diese Temperatur kann dann wie aus dem Stand der Technik bekannt in einer Steuerung der Induktionsheizvorrichtung bzw. des Elektrokochgeräts weiterverarbeitet werden.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombination 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 Zwischenüberschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert, in den Zeichnungen zeigt schematisch:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Elektrokoch- gerätes mit Induktionsheizvorrichtung und Temperatursensor am Außenrand,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Anordnung des Temperatursensors an der Aufnahme,
Fig. 3 eine Abwandlung aus Fig. 2 mit dem Temperatursensor an dem Spulenträger und
Fig. 4 ein Diagramm verschiedener Temperaturen über der Zeit für die Ermittlung der Temperatur am Kochgeschirr aus der Temperatur am Temperatursensor.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist im seitlichen Schnitt ein Elektrokochfeld 11 dargestellt, das mit Induktionsbeheizung arbeitet. Es weist eine Glaskeramikplatte 12 auf mit einer Aufnahme 13 in an sich bekannter Art und Weise. Die im wesentlichen ebene Glaskeramikplatte 12 geht in einem Übergangsbereich 14 in die teilkugelartige, nach unten gewölbte Aufnahme 13 über. Details zur genauen Ausgestaltung von Glaskeramikplatte 12 und Aufnahme 13 sind dem Fachmann bekannt. Die Aufnahme 13 weist den Durchmesser D auf.
Unter der Aufnahme 13 befindet sich eine Induktionsheizvorrichtung 16 zur induktiven Beheizung. Die Induktionsheizvorrichtung 16 weist die Induktionsspule 17 auf. Diese besteht aus Spulenwindungen 18, die spiralartig auf einen Spulenträger 20 in Form der Aufnahme 13 aufgebracht sind. Dieser Aufbau ist dem Fachmann beispielsweise aus der vorgenannten DE 10336325 A1 bekannt.
Am linken oberen Ende des Spulenträgers 20 befindet sich ein Temperatursensor 22, sozusagen in Verlängerung des Spulenträgers 20. Der Temperatursensor 22 ist dabei auf nicht dargestellte Art und Weise mechanisch an dem Rand des Spulenträgers 20 gehaltert bzw. befestigt. Gleichzeitig liegt er nahezu an der Unterseite der Aufnahme 13 an bzw. weist nur einen sehr geringen Abstand dazu auf. Insbesondere wenn es ein Widerstands-Temperatursensor ist kann er auch eine wärmeleitende
Verbindung zu der Unterseite der Aufnahme 13 aufweisen, beispielsweise aus Wärmeleitpaste. Die Befestigung des Temperatursensors 22 an dem Rand des Spulenträgers 20 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der an sich etwas weiter nach oben gezogene obere Rand des Spulenträgers 20 eine entsprechende Ausnehmung aufweist, in welcher der Temperatursensor 22 gehalten ist, beispielsweise eingeklebt ist. Der Temperatursensor 22 sowie die Induktionsspule 17 sind mit einer Steuerung 24 verbunden, die insbesondere den Temperatursensor auswertet und die Spule bzw. ihre Leistungsbeaufschlagung steuert.
In die Aufnahme 13 eingesetzt ist ein Kochgeschirr 26 in Form eines Woks. Es ist zu erkennen, dass das Kochgeschirr 26 im Übergangsbereich 14 an der Glaskeramik anliegt. Der Abstand zwischen Außenwand des Kochgeschirrs und der Aufnahme 13 und somit auch der Induktionsspule 17 wird zum tiefsten Punkt des Kochgeschirrs hin größer. Dieser Abstand lässt zwar immer noch die induktive Beheizung zu, macht jedoch dort eine Temperaturmessung, insbesondere mit einem Wider- stands-Temperatursensor an der Außenseite der Aufnahme 13, schwierig bzw. ungenau.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, bei welcher ein Temperatursensor 122 ebenfalls an einem Spulenträger 120 befestigt ist. Bei ansonsten identischer Glaskeramikplatte 112 und Aufnahme 113 weist der Spulenträger 120 nahe seinem linken oberen Rand eine Ausnehmung 121 auf. Über der Ausnehmung 121 ist ein Temperatursensor 122 angeordnet, wobei er durch Halteklips 123 befestigt ist. Durch die Ausbildung der Halteklips 123 kann der Temperatursensor 122 sowohl leicht montiert als auch leicht demontiert werden, beispielsweise für eine Reparatur oder im Servicefall.
Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, befindet sich zwischen dem Temperatursensor 122 und der Unterseite der Aufnahme 113 im wesentlichen nichts bzw. kein Spulenträger. Somit kann der Temperatursensor 122,
beispielsweise als eingangs genannter IR-Sensor oder als Pyrometer durch die Ausnehmung 122 hindurch sehr gut die Temperatur der Aufnahme 113 oder sogar noch durch diese hindurch die Temperatur des Kochgeschirrs 126 direkt erfassen.
Ist auch bei einer derartigen Anordnung mit einer Ausnehmung in dem Spulenträger ein kontaktierender Temperatursensor gewünscht, beispielsweise als Widerstands-Temperatursensor, so kann die Ausnehmung 121 entweder mit wärmeleitender Paste odgl. gefüllt werden oder mit einem anderen Teil, das die Wärme sehr gut überträgt.
Außerdem ist in Fig. 2 noch eine oberhalb des Temperatursensors 122 verlaufende, gestrichelt dargestellte Spulenwindung 118' dargestellt. Dadurch soll verdeutlicht werden, dass der Temperatursensor nicht zwingend außerhalb der Induktionsspule bzw. der Spulenwindungen liegen muß, sondern sozusagen direkt in dem induktiv beheizten Flächenbereich sein kann. Dazu kann der Temperatursensor von seiner in den Fig. 1 und 2 relativ außen bzw. hoch liegenden Stellung auch etwas mehr nach unten bzw. zum Mittelbereich hin angebracht werden. In den hier dargestellten Positionen liegt er in etwa in den äußersten 10% bis 15% der Aufnahme bzw. ihres Durchmessers D.
In der weiteren Ausgestaltung gemäß Fig. 3 verläuft der Spulenträger 220 in Abwandlung zu der Fig. 2 zumindest im Bereich eines Temperatursensors 222 deutlich weiter unten bzw. reicht nicht so weit nach oben. Der Temperatursensor 222 ist dabei direkt an der Unterseite der Aufnahme 213 befestigt, insbesondere mit einem entsprechend temperaturbeständigen Kleber festgeklebt. Somit ist also die Anbringung des Temperatursensors 222 unabhängig von der Induktionsspule 217 bzw. dem Träger 220. Des weiteren liegt der Temperatursensor 222 direkt an der Aufnahme 213 an und ist vorteilhaft als Widerstands-Temperatursensor ausgebildet. Sein Anbringungsort ist immer noch ausreichend nahe an dem durch die Induktionsspule 217 beheizten Bereich des Kochge-
schirrs 226, so dass die gewünschte Temperaturerfassung über die Aufnahme 213 vorgenommen werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der Temperatur TK des Kochgeschirrs 26 durch den Temperatursensor 22 ist in Fig. 4 dargestellt. An dem Temperatursensor 22 wird die Temperatur Ts erfasst. Die Temperatur TK wird dadurch berechnet, dass die Anstiegsgeschwindigkeit von Ts bewertet wird und der differenzielle Anteil ausgewertet wird. Somit ergibt sich die berechnete Temperatur TR. Es ist deutlich in Fig. 4 zu erkennen, dass diese Temperatur TR der Kochgeschirrtemperatur Tκ sehr nahe kommt und somit gut und zuverlässig aus Ts ermittelt werden kann.
Der Zeitablauf in dem Diagramm gemäß Fig. 4 erstreckt sich über einige Minuten, beispielsweise 5 bis 10 Minuten. Nach längerer Zeit wird die Differenz zwischen den Temperaturen immer geringer und sie nähern sich einander an. Hierzu berechnet die Steuerung 24 die Temperatur TR über einen PD-Algorithmus.