EP2034800A1

EP2034800A1 - Kochvorrichtungsschaltung

Info

Publication number: EP2034800A1
Application number: EP08104968A
Authority: EP
Inventors: Luis Angel Barragan Perez; Ignacio Garde Aranda; Pablo Jesus Hernandez Blasco; Sergio Llorente Gil; Denis Navarro Tabernero; Daniel Palacios Tomas; Ramon Peinado Adiego; Armando Roy Yarza
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2028-08-06
Also published as: ES2329211A1; ES2538988T3; EP2034800B1; ES2329211B1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Kochvorrichtungsschaltung mit einer Mehrzahl von Heizeinheiten (22) und einer Heizgruppenbildungseinheit (62), die dazu vorgesehen ist, eine an eine Wahlposition eines Zubereitungsgeschirrs (18, 20) angepasste Heizgruppe (64, 66) von Heizeinheiten (22) zu bilden. Um einen effektiven Heizbetrieb mit der Heizgruppe zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Kochvorrichtungsschaltung eine Synchronisationseinheit (72) aufweist, die dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Heizeinheiten (22) miteinander zu synchronisieren.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kochvorrichtungsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist eine Kochvorrichtung bekannt, die eine Kochplatte zum Auflegen eines Zubereitungsgeschirrs und einen Satz von Induktionsspulen aufweist, der einen zusammenhängenden Kochbereich der Kochplatte bildet. Das Erwärmen des Zubereitungsgeschirrs erfolgt mittels einer Heizgruppe von Induktionsspulen, die abhängig von einer Wahlposition des Zubereitungsgeschirrs im Kochbereich gebildet wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine Kochvorrichtungsschaltung für eine gattungsgemäße Kochvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines effektiven Heizbetriebs mit einer Heizgruppe bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Kochvorrichtungsschaltung mit einer Mehrzahl von Heizeinheiten und einer Heizgruppenbildungseinheit, die dazu vorgesehen ist, eine an eine Wahlposition eines Zubereitungsgeschirrs angepasste Heizgruppe von Heizeinheiten zu bilden.
Es wird vorgeschlagen, dass die Kochvorrichtungsschaltung eine Synchronisationseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Heizeinheiten miteinander zu synchronisieren. Es kann dadurch ein effektiver Heizbetrieb, welcher mittels der synchronisierten Heizeinheiten durchgeführt ist, erreicht werden. Insbesondere kann bei einem Heizbetrieb einer mittels der Heizgruppenbildungseinheit gebildeten Heizgruppe vorteilhafterweise eine Zeitreferenz für die Heizgruppe geschaffen werden.
Unter einer "Heizeinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zur Übertragung einer Heizenergie an ein Zubereitungsgeschirr vorgesehen ist. Die Heizeinheit weist hierzu zumindest einen Heizkörper auf, der z.B. als induktives Heizmittel oder als Strahlungskörper ausgebildet ist. In einem Heizeinheitsleistungsbetrieb wird eine Heizeinheit zur Übertragung der Heizenergie zweckmäßigerweise mittels einer Leistungseinheit mit elektrischer Leistung versorgt.
Unter einer "Wahlposition" soll insbesondere eine Position des Zubereitungsgeschirrs verstanden werden, die durch einen Bediener innerhalb eines zusammenhängenden Kochbereichs zum Heizen eines Zubereitungsgeschirrs beliebig gewählt werden kann. Unter einem "Kochbereich zum Heizen eines Zubereitungsgeschirrs" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bereich einer Kochvorrichtung verstanden werden, der zu einem Kochbetrieb des Zubereitungsgeschirrs geeignet ist. Der Kochbereich entspricht bevorzugt einem Teilbereich einer Kochplatte der Kochvorrichtung, der durch die sämtlichen Heizeinheiten gespannt ist. Im Gegensatz zu einer Kochvorrichtung mit getrennten Kochzonen, bei welcher ein Zwischenraum zwischen den Kochzonen zu einem Kochbetrieb ungeeignet ist, stellt der Kochbereich zusammenhängend einen wesentlichen Teil, insbesondere mehr als 50 %, vorteilhaft mehr als 75 % und bevorzugt mehr als 90 % der gesamten Oberfläche der Kochplatte dar, der zu einem Kochbetrieb geeignet ist, wodurch eine besonders hohe Flexibilität in der Wahl einer Kochposition des Zubereitungsgeschirrs erreicht werden kann. Um einen großen Kochbereich zu erreichen, weist die Kochvorrichtungsschaltung vorzugsweise zumindest 10, vorteilhaft zumindest 20 und bevorzugt zumindest 40 Heizeinheiten auf. Die Heizgruppenbildungseinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, bei einer Wahlposition des Zubereitungsgeschirrs im Kochbereich die Heizgruppe von Heizeinheiten zum Heizen des Zubereitungsgeschirrs zu bilden. Unter einer Position des Zubereitungsgeschirrs "im Kochbereich" soll insbesondere eine Position des Zubereitungsgeschirrs relativ zum Kochbereich verstanden werden, bei der der Zubereitungsgeschirrboden vollständig im Kochbereich angeordnet ist.
Unter einer "Synchronisation" von zwei Heizeinheiten soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Vorgang verstanden werden, bei welchem einer relativen Phasenlage zwischen einem periodischen Prozess, der mit einer ersten Heizeinheit durchgeführt wird, und einem periodischen Prozess, der mit einer zweiten Heizeinheit durchgeführt wird, zu zumindest einem Zeitpunkt ein gewünschter Wert zugewiesen wird. Insbesondere ist die Synchronisationseinheit dazu ausgelegt, dass zum Zeitpunkt die relative Phasenlage den Nullwert erreicht. Die periodischen Prozesse der Heizeinheiten werden typischerweise jeweils mit Hilfe einer Taktgebungseinheit durchgeführt. Ist eine Taktgebungseinheit für die erste Heizeinheit unabhängig von einer Taktgebungseinheit für die zweite Heizeinheit, so kann durch die Synchronisationseinheit eine Phasenverschiebung zwischen den periodischen Prozessen, die aufgrund von Abweichungen in der Taktgebung der verschiedenen Taktgebungseinheiten auftreten kann, vorteilhaft reduziert werden. Durch die periodische Durchführung eines Synchronisationsvorgangs mit einer Synchronisationsfrequenz kann ein erhebliches Abweichen der relativen Phasenlage von einem gewünschten Wert vermieden werden, da eine für die Heizeinheiten gemeinsame Zeitreferenz geschaffen werden kann. Weisen die Heizeinheiten jeweils ein induktives Heizmittel auf, werden bei einem Heizbetrieb der Heizeinheiten diese vorzugsweise mit einem Wechselstrom gegespeist, wobei die Synchronisationseinheit vorzugsweise dazu dient, die relative Phasenlage von zwei Wechselströmen zum Speisen der Heizeinheiten zu einem Zeitpunkt auf einen vorbestimmten Wert, insbesondere auf null, zu setzen. Dadurch können gegenseitige Störungen der Heizeinheiten, die aufgrund einer magnetischen Kopplung zwischen den Heizmitteln hervorgerufen sind, vorteilhaft reduziert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Synchronisationseinheit dazu vorgesehen ist, Heizeinheiten, insbesondere sämtliche Heizeinheiten einer gebildeten Heizgruppe, miteinander zu synchronisieren, wodurch bei einem Heizbetrieb der Heizgruppe unerwünschte gegenseitige Störungen der Heizeinheiten vermindert werden können.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kochvorrichtungsschaltung eine Mehrzahl von Heizmodulen umfasst, wobei die Heizmodule jeweils zumindest eine Heizeinheit und jeweils eine unterschiedliche Heizmodulsteuereinheit zur Steuerung der Heizeinheit aufweisen. In diesem Zusammenhang kann eine konstruktiv einfache Kochvorrichtungsschaltung erreicht werden, wenn die Heizmodule jeweils eine Heizmodulgruppe von Heizeinheiten und jeweils eine unterschiedliche Heizmodulsteuereinheit zur Steuerung der Heizmodulgruppe aufweisen. Zur Versorgung einer oder mehrerer Heizeinheiten eines Heizmoduls umfasst ein Heizmodul vorzugsweise jeweils zumindest eine Leistungseinheit, die zur Versorgung zumindest einer Heizeinheit mit Leistung vorgesehen ist. Insbesondere kann zu jeder Heizeinheit in einem Heizmodul jeweils eine unterschiedliche Leistungseinheit vorgesehen sein. Umfasst die Heizeinheit zumindest ein induktives Heizmittel, weist die Leistungseinheit vorzugsweise einen Wechselrichter mit Schaltmitteln, z.B. Transistoren, auf, welcher mittels Schaltvorgängen der Schaltmittel auf bekannte Weise eine Heizleistung für das Heizmittel bereitstellt. Hierbei dient in einem Heizmodul die jeweilige Heizmodulsteuereinheit vorteilhafterweise zur Steuerung von Schaltvorgängen zumindest einer Leistungseinheit. Die verschiedenen Heizmodule mit ihrer jeweiligen Heizmodulsteuereinheit sind insbesondere jeweils auf einer unterschiedlichen Leiterplatte angeordnet. Hierbei sind bei einem Heizmodul die jeweilige Heizmodulsteuereinheit und vorzugsweise Leistungseinheiten zur Leistungsversorgung der jeweiligen Heizmodulgruppe vorteilhafterweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet. Die Kochvorrichtungsschaltung weist eine Gesamtanzahl an Heizeinheiten auf, wobei die Heizmodulgruppen im Zusammenwirken vorzugsweise diese Gesamtanzahl bilden. Eine mittels der Heizgruppenbildungseinheit gebildete Heizgruppe setzt sich typischerweise aus Heizeinheiten zusammen, die zu unterschiedlichen Heizmodulen gehören.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Synchronisationseinheit eine Taktgebungseinheit aufweist, die unterschiedlich von den Heizmodulen ausgebildet ist. Ist eine Heizgruppe mittels der Heizgruppenbildungseinheit gebildet, dient eine der Heizmodulsteuereinheiten vorzugsweise als Heizgruppenleitungseinheit, die zur Steuerung eines Heizbetriebs der Heizgruppe vorgesehen ist. Es können bei verschiedenen Kochbetrieben einer Kochvorrichtung verschiedene Heizmodulsteuereinheiten als Heizgruppenleitungseinheit ausgebildet sein. Ferner können zum simultanen Erwärmen von zwei Zubereitungsgeschirren zwei Heizgruppen gebildet werden, wobei die Heizgruppen vorzugsweise durch eine unterschiedliche Heizgruppenleitungseinheit gesteuert werden. Da weder die Anzahl der zu betreibenden Heizgruppen noch deren Position im Kochbereich, noch die Wahl einer oder mehrerer Heizgruppenleitungseinheiten vorhergesagt werden kann, eignet sich in diesem Zusammenhang eine von den Heizmodulen getrennt ausgeführte Taktgebungseinheit, welche unabhängig von der Zusammensetzung der Heizgruppe bzw. der Heizgruppen und deren Position im Kochbereich einen Taktgebungsvorgang vornehmen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, dass die Synchronisationseinheit eine Taktgebungseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Heizmodule mit einem Taktgebungssignal parallel zu versorgen, wodurch eine besonders schnelle Versorgung der Heizmodule mit dem Taktgebungssignal erreicht werden kann, da die Heizmodule simultan mit dem Taktgebungssignal versorgt werden können. Unter einer "parallelen Versorgung" von zwei Heizmodulen soll eine Versorgung verstanden werden, in der für jedes Heizmodul eine elektrische Verbindung dieses Heizmoduls zu einem Taktgebungsmittel der Taktgebungseinheit hergestellt ist, wobei die Verlaufstrecke der elektrischen Verbindung vom anderen Heizmodul unterschiedlich ausgebildet ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Heizmodule jeweils eine Heizmodultaktgebungseinheit zur Erzeugung eines Heizmodultaktgebungssignals für einen Steuerprozess des Heizmoduls aufweisen und die Synchronisationseinheit eine Taktgebungseinheit zum Erzeugen eines Taktgebungssignals für zumindest zwei unterschiedliche Heizmodultaktgebungseinheiten aufweist, wodurch eine besonders konstruktiv einfache Kochvorrichtungsschaltung erreicht werden kann. Die Heizmodultaktgebungseinheiten können z.B. als interne Uhr ausgebildet sein. Weisen die Heizmodule jeweils Leistungseinheiten zur Erzeugung von Leistung mittels Schaltvorgängen auf, so gibt die jeweilige Heizmodultaktgebungseinheit vorteilhafterweise eine dem Heizmodul interne Zeitreferenz vor, die zur Durchführung der Schaltvorgänge herangezogen werden kann. Hierbei ist von Vorteil, wenn die Heizmodultaktgebungseinheit eines Heizmoduls als Bestandteil der jeweiligen Heizmodulsteuereinheit ausgebildet ist.
In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass das Taktgebungssignal zur Synchronisation von zumindest zwei Heizmodultaktgebungseinheiten dient, wodurch eine vorteilhafte regelmäßige Synchronisation von zu den verschiedenen Heizmodulen internen Zeitreferenzen erreicht werden kann.
Vorteilhafterweise ist die Synchronisationseinheit dazu vorgesehen, zumindest zwei Heizeinheiten unterschiedlicher Heizmodule miteinander zu synchronisieren, wodurch erhebliche Phasenverschiebungen zwischen Heizeinheiten vermieden werden können. Verschiedene Heizmodultaktgebungseinheiten können im Zusammenwirken mit einer den Heizmodulen übergeordneten Taktgebungseinheit besonderes einfach die Synchronisationseinheit bilden, mittels welcher Heizeinheiten unterschiedlicher Heizmodule miteinander synchronisiert werden können.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Synchronisationseinheit dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Heizeinheiten während einer Synchronisationszeitspanne zu synchronisieren. Dadurch kann vorteilhaft im Unterschied zu einem mittels eines elektrischen Impulses bewirkten Synchronisationsvorgang ein kontinuierlicher Übergang in einen synchronisierten Betrieb der Heizeinheiten erreicht werden, wobei unerwünschte Störfrequenzen bei dem Übergang vermieden werden können. Dies kann besonders einfach erreicht werden, wenn in einem Betriebsmodus eine Heizeinheit zur Erzeugung eines Heizsignals mit einer Heizfrequenz dient und die Synchronisationseinheit dazu vorgesehen ist, die Heizfrequenz während der Synchronisationszeitspanne zu ändern.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Synchronisationseinheit eine Taktgebungseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, ein Taktgebungssignal in Abhängigkeit einer Netzstromversorgungskenngröße zu erzeugen, wodurch eine Taktgebung mit einfachen Mitteln erreicht werden kann. Insbesondere kann die Netzstromversorgungskenngröße als eine Netzspannung ausgebildet sein. Es kann ferner eine besonders effektive Taktgebung erreicht werden, wenn die Taktgebungseinheit dazu vorgesehen ist, das Taktgebungssignal mittels einer Nullstelle der Netzstromversorgungskenngröße zu erzeugen. Ist die Netzstromversorgungskenngröße als Netzspannung ausgebildet, können vorteilhafterweise durch eine Synchronisation bei einer Nullstelle der Netzspannung Einschaltstöße vermindert werden. Unter einer "Nullstelle" einer Kenngröße kann insbesondere ein um einen Nullwert der Kenngröße zentriertes Intervall verstanden werden, dessen Obergrenze insbesondere maximal 10 %, vorteilhaft maximal 5 % und bevorzugt maximal 1 % der maximalen Amplitude der Kenngröße beträgt.
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 Induktionskochvorrichtung mit einem Satz von Induktoren in einer Ansicht von oben,
Fig. 2: eine interne Schaltung der Induktionskochvorrichtung aus Figur 1 mit einer Synchronisationseinheit und einer Heizgruppenbildungseinheit zur Bildung von Heizgruppen,
Fig. 3: die Anordnung der Induktoren mit gebildeten Heizgruppen zum Erwärmen von zwei Zubereitungsgeschirren,
Fig. 4: das Erzeugen eines Taktgebungssignals für die Synchronisationseinheit mittels einer Netzstromversorgungssignals,
Fig. 5: einen Synchronisiervorgang von drei Induktorströmen und
Fig. 6: einen alternativen, kontinuierlichen Synchronisiervorgang von drei Induktorströmen.

Figur 1 zeigt eine als Induktionskochfeld ausgebildete Kochvorrichtung 10. Die Kochvorrichtung 10 weist einen Befestigungsrahmen 12 zur Befestigung an einer Arbeitsplatte, eine Kochplatte 14 zum Auflegen von Kochgeschirren und ein Bedienungsfeld 16 zum Starten, Stoppen und Einstellen eines Heizbetriebs auf. Auf der Kochplatte 14 sind zwei als Topf ausgebildete Zubereitungsgeschirre 18, 20 angeordnet, von denen jeweils ein Zubereitungsgeschirrboden durch eine durchgezogene Kreislinie schematisch dargestellt ist. Zur Durchführung eines Kochbetriebs der Kochvorrichtung 10 ist diese mit einer Gruppe von Heizeinheiten 22 versehen, die jeweils einen als Induktionsspule ausgebildeten Heizkörper 24 umfassen. Die Anordnung der Heizkörper 24, die in der Figur durch ein gestricheltes Rechteck schematisch dargestellt sind, ist als Matrixanordnung ausgelegt. Dabei sind Heizkörper 24 unterschiedlicher Spalten und unterschiedlicher Reihen vom Zubereitungsgeschirr 18 bedeckt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist beispielhaft eine Gruppe von 48 Heizeinheiten 22 mit jeweils einem Heizkörper 24 dargestellt. Es sind weitere Ausführungen der Kochvorrichtung 10 jeweils mit einer anderen Anzahl von Heizeinheiten 22 möglich.
In einem Betrieb einer Heizeinheit 22 wird vom entsprechenden Heizkörper 24 ein als magnetisches Wechselfeld ausgebildetes Heizsignal H erzeugt (siehe Figur 2), welches eine Heizfrequenz f_H aufweist. Das Heizsignal H induziert elektrische Ströme im metallischen Boden der Zubereitungsgeschirre 18, 20. Diese elektrischen Ströme erwärmen durch ohmsche Verluste eine sich in den Zubereitungsgeschirren 18, 20 befindende Speise. Ein Heizkörper 24 im Betrieb der entsprechenden Heizeinheit 22 wird zur Erzeugung des Heizsignals H mit einem elektrischen Wechselstrom gespeist, welcher mit der Heizfrequenz f_H oszilliert (siehe Figuren 5 und 6). Zur Erzeugung dieses Wechselstroms sind als Wechselrichter ausgebildete Leistungseinheiten 26 vorgesehen, die zur Versorgung der Heizeinheiten 22 mit elektrischer Leistung dienen. Diese Leistungseinheiten 26 sind in Figur 2 dargestellt.
In Figur 2 ist eine Kochvorrichtungsschaltung 28 der Kochvorrichtung 10 aus Figur 1 schematisch dargestellt. Wie aus der Figur erkennbar ist, ist die Gruppe von Heizeinheiten 22 in Untergruppen von mehreren, und zwar insbesondere von sechs Heizeinheiten 22 unterteilt. Jeder Untergruppe von Heizeinheiten 22 ist jeweils eine unterschiedliche Steuereinheit zugeordnet, die zur Steuerung der Untergruppe vorgesehen ist. Eine Untergruppe bildet mit der jeweiligen Steuereinheit ein Heizmodul 30. Hierbei wird eine Untergruppe als Heizmodulgruppe 32 bezeichnet und die der Untergruppe übergeordnete Steuereinheit wird als Heizmodulsteuereinheit 34 bezeichnet. Die Kochvorrichtungsschaltung 28 umfasst mehrere Heizmodule 30.1, 30.2 bis 30.8. Die Heizmodule 30 weisen jeweils mehrere, und zwar insbesondere sechs Heizeinheiten 22 auf, die jeweils einen als Induktionsspule ausgebildeten Heizkörper 24 umfassen. In den Heizmodulen 30 ist einer Heizeinheit 24 jeweils eine Leistungseinheit 26 zur Leistungsversorgung der Heizeinheit 24 zugeordnet. Die Heizmodule 30 weisen ferner jeweils mehrere Sensormittel 35 zur Topferkennung auf, mittels derer erkannt werden kann, ob der entsprechende Heizkörper 24 von einem der Zubereitungsgeschirre 18, 20 zumindest teilweise bedeckt ist.
Die Heizmodulsteuereinheiten 34 sind als Mikrokontroller ausgebildet und weisen einen nicht näher dargestellten Mikroprozessor auf. Beispielsweise können die Heizmodulsteuereinheiten 34 als DSP (Digital Signal Processor oder Digitale Signalverarbeitung) ausgebildet sein. Die Leistungseinheiten 26 eines Heizmoduls 30 und die zugehörige Heizmodulsteuereinheit 34 sind jeweils auf einer gemeinsamen Leiterplatte 36 montiert. Die Leiterplatten 36.1 bis 36.8, die jeweils einem unterschiedlichen Heizmodul 30.1 bzw. 30.8 zugeordnet sind, sind voneinander getrennt ausgebildet. Die Kochvorrichtung 10 weist somit eine Anzahl von verschiedenen Leiterplatten 36 auf, die der Anzahl der Heizmodule 30 entspricht. Der Übersichtlichkeit halber wurden in der Figur lediglich zwei Heizmodule 30.1, 30.2 mit den entsprechenden Leiterplatten 36.1 bzw. 36.2 dargestellt. Auf die Anordnung von weiteren Heizmodulen 30.3 bis 30.8 bzw. Leiterplatten 36.3 bis 36.8 weisen gestrichelt dargestellte Stromleitungen hin. Die Kochvorrichtungsschaltung 28 ist ferner mit einer Taktgebungseinheit 38 versehen, deren Funktionsweise weiter unten näher beschrieben wird. Die Taktgebungseinheit 38 weist ein Taktgebungsmittel 39 auf, das von den Heizmodulsteuereinheiten 34 unterschiedlich ist. Es ist mit einer Netzstromversorgung 40 einerseits und mit jedem der Heizmodule 30 andererseits verbunden. Ferner weist die Taktgebungseinheit 38 eine Taktgebungsleitung 42 auf, auf welcher das Taktgebungsmittel 39 ein Taktgebungssignal S bereitstellt und von der Zufuhrleitungen 44 zu jeweils einer der Heizmodulsteuereinheiten 34 abgezweigt sind. Die Taktgebungseinheit 38 mit dem Taktgebungsmittel 39 und der Taktgebungsleitung 42 ist von den Heizmodulen 30 unterschiedlich ausgebildet und das Taktgebungssignal S wird mittels der Taktgebungseinheit 38 auf die Heizmodule 30 parallel verteilt.
Die Leistungseinheiten 26 sind jeweils als Wechselrichter ausgebildet. Eine Leistungseinheit 26 umfasst vorzugsweise zumindest ein Paar von Schaltmitteln 48, die als Halbleiterbauelemente ausgebildet sind. Auf die Schaltmittel 48 der Leistungseinheiten 26 wird unabhängig von der Topologie der Leistungseinheit 26 schematisch mit Hilfe eines Transistorsymbols hingewiesen. In diesem Beispiel sind die Schaltmittel 48 als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor oder Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode) ausgebildet. Eine alternative Ausführung der Schaltmittel 48, wie z.B. als Mosfet (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor oder Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), oder weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Schaltmittel sind denkbar. Zur Erzeugung eines Wechselstroms, mittels dessen die Heizkörper 24 das als magnetisches Wechselfeld ausgebildete Heizsignal H erzeugen (siehe Figuren 5 und 6), sind die Leistungseinheiten 26 mit einem elektrischen Signal 50 gespeist, das eine Gleichspannung V aufweist. Die Leistungseinheiten 26 erzeugen den Wechselstrom anhand dieses elektrischen Signals 50 mittels Schaltvorgängen der Schaltmittel 48, die von der Heizmodulsteuereinheit 34 des entsprechenden Heizmoduls 30 gesteuert werden. Dieses Prinzip ist bekannt und wird im Rahmen dieser Beschreibung nicht näher erläutert. Das elektrische Signal 50 wird mittels eines Gleichrichtens eines Netzstromversorgungssignals 52 erzeugt. Hierzu ist die Kochvorrichtungsschaltung 28 mit einem Gleichrichter 54 versehen, welcher mit Hilfe eines Diodensymbols schematisch dargestellt ist. Der Gleichrichter 54 ist über eine Gleichstromschiene 56 mit den Leiterplatten 36 verbunden. Von dieser Gleichstromschiene 56 werden jeweils Zufuhrleitungen 58 zum Zuführen des elektrischen Signals 50 zu einer der Leiterplatten 36 bzw. zu den auf dieser Leiterplatte 36 angeordneten Leistungseinheiten 26 abgezweigt. Die Heizmodulsteuereinheiten 34 sind mittels einer Leitung 60 miteinander verbunden, über welche ein Datenverkehr zwischen den Heizmodulsteuereinheiten 34 hergestellt werden kann.
Die Kochvorrichtung 10 ist zur Erwärmung der Zubereitungsgeschirre 18, 20 mittels eines Gruppenbetriebs der Heizeinheiten 22 vorgesehen. Dies ist anhand von Figur 3 näher erläutert. In der Figur ist die Anordnung der Heizeinheiten 22 dargestellt, wobei die Verteilung der Heizeinheiten 22 in den unterschiedlichen Heizmodulgruppen 32.1 bis 32.8 mittels durchgezogener Linien schematisch dargestellt ist. Es sind ferner die Heizmodulsteuereinheiten 34.1 bis 34.8 zu erkennen, die jeweils zur Steuerung einer der Heizmodulgruppen 32.1 bis 32.8 vorgesehen sind und miteinander zu einem Datenaustausch mittels der Leitung 60 verbunden sind. In einem Gruppierungsprozess wird zuerst mittels der Sensormittel 35 (siehe Figur 2) untersucht, ob der dem jeweiligen Sensormittel 35 entsprechende Heizkörper 24 von einem der Zubereitungsgeschirre 18, 20 zumindest teilweise bedeckt ist. Hierbei werden auf bekannte Weise die Heizkörper 24 mit einem Untersuchungsstrom gespeist, welcher mittels der Sensormittel 35 ausgewertet wird. Nach Erkennen des jeweiligen Bedeckungszustands der Heizkörper 24 werden mittels einer Heizgruppenbildungseinheit 62 (siehe Figur 2) Heizgruppen 64, 66 gebildet, die an die mittels strichpunktierter Kreislinien dargestellten Wahlpositionen der Zubereitungsgeschirre 18, 20 angepasst sind. Startet ein Bediener einen Kochbetrieb der Kochvorrichtung 10 mittels der Bedienerschnittstelle 16, wird dieser Kochbetrieb mittels der Heizeinheiten 22 beider Heizgruppen 64, 66 durchgeführt, während die weiteren Heizeinheiten 22, die zu keiner der gebildeten Heizgruppen 64, 66 gehören, unbetrieben verbleiben. Verstellt der Bediener eines der Zubereitungsgeschirre 18, 20 auf der Kochplatte 14 oder stellt er ein weiteres Zubereitungsgeschirr auf die Kochplatte 14 auf, werden anhand der neuen Anordnung von zu heizenden Zubereitungsgeschirren relativ zu den Heizkörpern 24 entsprechende Heizgruppen von Heizeinheiten 22 angepasst bzw. neu gebildet. Innerhalb einer Heizgruppe 64 bzw. 66 werden die diese Heizgruppe 64 bzw. 66 bildenden Heizeinheiten 22 vorzugsweise mit einer gleichen Heizfrequenz f_H betrieben. Die Heizfrequenz f_H der Heizgruppe 64 kann von der Heizfrequenz f_H der Heizgruppe 66 verschieden sein.
Die Heizeinheiten 22, welche eine Heizgruppe 64 oder 66 bilden, gehören typischerweise zu verschiedenen Heizmodulen 30. Es ist bei einer Heizgruppe 64 und/oder 66 daher vorteilhaft, wenn eine zur zentralen Steuerung der Heizgruppe 64 bzw. 66 dienende Heizgruppenleitungseinheit vorgesehen ist. Im betrachteten Ausführungsbeispiel übernimmt eine der Heizmodulsteuereinheiten 34 die Rolle einer solchen zentralen Steuereinheit für die Heizgruppe 64 bzw. 66. Hierzu ist die Kochvorrichtungsschaltung 28 mit einer in Figur 2 gezeigten Einheit 68 versehen, die dazu vorgesehen ist, unter den Heizmodulsteuereinheiten 34 eine Heizgruppenleitungseinheit zu wählen, die zur Steuerung der Heizgruppe 64 bzw. 66 dient. Beispielsweise kann unter den Heizmodulsteuereinheiten 34, die zu Heizmodulen 30 gehören, welche Heizeinheiten 22 einer Heizgruppe 64 bzw. 66 aufweisen, eine Heizmodulsteuereinheit 34 gewählt werden, die einer geringsten Anzahl an bedeckten Heizeinheiten 22 zugeordnet ist. Beispielsweise kann im betrachteten Fall der Figur 3 die Heizmodulsteuereinheit 34.6 des Heizmoduls 30.6 als Heizgruppenleitungseinheit zur Steuerung der Heizgruppe 64 gewählt werden. Zur Steuerung der Heizgruppe 64 sind Steuerverbindungen zwischen der Heizgruppenleitungseinheit und den die Heizgruppe 64 bildenden Heizeinheiten 22 hergestellt. Insbesondere ist die Heizgruppenleitungseinheit indirekt über die Leitung 60 und eine oder mehrere weitere Heizmodulsteuereinheiten 34, die der Heizgruppe 64 zugeordnet sind, mit Heizkörpern 24 unterschiedlicher Heizmodule 30 verbunden. Diese Heizmodulsteuereinheiten 34 sind dabei der Heizgruppenleitungseinheit untergeordnet. Durch die Heizgruppenleitungseinheit erfolgt ein Beschluss über die Betriebsstrategie zur Steuerung der Heizgruppe 64.
Bei einem Heizbetrieb mittels der Heizgruppe 64 und/oder 66 erzeugen, wie oben beschrieben, die die Heizgruppe 64 bzw. 66 bildenden Heizkörper 24 ein als magnetisches Wechselfeld ausgebildetes Heizsignal H, welches mit der Heizfrequenz f_H oszilliert. Hierzu werden in den Heizmodulen 30 die Heizeinheiten 22 mit einem Wechselstrom mittels Schaltvorgängen der Leistungseinheiten 26 gespeist. Zu einer synchronen Steuerung dieser Schaltvorgänge von verschiedenen Leistungseinheiten 26 sind die Heizmodule jeweils mit einer Heizmodultaktgebungseinheit 70.1, 70.2 usw. versehen (siehe Figur 2). Im betrachteten Ausführungsbeispiel entsprechen die Heizmodultaktgebungseinheiten 70 jeweils einer internen Uhr einer Heizmodulsteuereinheit 34. Durch eine Heizmodultaktgebungseinheit 70 eines Heizmoduls 30 können Heizeinheiten 22 dieses Heizmoduls 30 mittels eines dem jeweiligen Heizmodul 30 internen Heizmodultaktgebungssignals miteinander synchronisiert werden, so dass die durch die Heizkörper 24 der entsprechenden Heizmodulgruppe 32 erzeugten Heizsignale H in deren Phasenlage synchronisiert sind.
Wie oben beschrieben, sind typischerweise Heizeinheiten 22 verschiedener Heizmodule 30 an der Bildung einer Heizgruppe, wie z.B. bei den Heizgruppen 64, 66, beteiligt. Es ist daher von Vorteil, wenn Heizeinheiten 22, die zu unterschiedlichen Heizmodulen 30 gehören bzw. unterschiedlichen Heizmodultaktgebungseinheiten 70 zugeordnet sind, miteinander synchronisiert werden. Hierzu weist die Kochvorrichtungsschaltung 28 die Taktgebungseinheit 38 auf. Diese ist von den Heizmodulsteuereinheiten 34, insbesondere von den Heizmodultaktgebungseinheiten 70, getrennt ausgebildet und ist dazu vorgesehen, das Taktgebungssignal S für die Heizmodule 30 zur Verfügung zu stellen. Im betrachteten Ausführungsbeispiel steht die Taktgebungseinheit 38 in Wirkverbindung mit jeder der Heizmodultaktgebungseinheiten 70 und sie ist dazu vorgesehen, mittels des Taktgebungssignals S die Heizmodultaktgebungseinheiten 70 miteinander zu synchronisieren. Die Taktgebungseinheit 38 mit dem Taktgebungsmittel 39 und die Heizmodulsteuereinheiten 34, insbesondere die Heizmodultaktgebungseinheiten 70, bilden im Zusammenwirken somit eine Synchronisationseinheit 72, die dazu dient, mittels des durch die Taktgebungseinheit 38 zur Verfügung gestellten Taktgebungssignals S Heizeinheiten 22 unterschiedlicher Heizmodule 30 miteinander zu synchronisieren. Insbesondere kann durch die Synchronisationseinheit 72 erreicht werden, dass die Heizeinheiten 22, die die Heizgruppe 64 bzw. 66 bilden, bei einem Betrieb der Heizgruppe 64 bzw. 66 miteinander synchronisiert werden. Ein Synchronisiervorgang der die Heizgruppe 64 bzw. 66 bildenden Heizeinheiten 22 mittels der Synchronisationseinheit 72 wird anhand von den Figuren 4 bis 6 näher beschrieben.
In Figur 4 wird das Erzeugen des Taktgebungssignals S in Abhängigkeit eines Netzstromversorgungssignals gezeigt. Im oberen Teil des in Figur 4 dargestellten Kurvendiagramms wird der Verlauf einer als Netzstromversorgungsspannung ausgebildeten Netzstromversorgungskenngröße V_N der Netzstromversorgung 40 als Funktion der Zeit t gezeigt. Im unteren Teil wird der Verlauf des Taktgebungssignals S, welches insbesondere unter der Form einer elektrischen Spannung ausgebildet ist, als Funktion der Zeit t gezeigt. Wie einer Zusammenschau der beiden Teildiagramme zu entnehmen ist, erzeugt die Taktgebungseinheit 38 einen Impuls 74 bei einer Nullstelle der Netzstromversorgungskenngröße V_N. Hiermit entspricht das Taktgebungssignal S einer Folge von Impulsen 74. Diese Impulse 74 werden mit einer Taktgebungsfrequenz f_T erzeugt, die in diesem Beispiel der doppelten Frequenz der Netzstromversorgung 40 entspricht, und zwar insbesondere 110 Hz.
Figur 5 zeigt einen Synchronisationsvorgang von Heizeinheiten 22, die zu unterschiedlichen Heizmodulen 30 gehören, welche an der Bildung der Heizgruppe 64 beteiligt sind. Wie der Figur 3 zu entnehmen ist, sind die Heizmodule 30.1, 30.2, 30.5 und 30.6 an der Bildung der Heizgruppe 64 beteiligt. Die obersten Teile des in Figur 5 gezeigten Kurvendiagramms stellen den Verlauf des Wechselstroms, welcher jeweils in einen Heizkörper 24 eines unterschiedlichen Heizmoduls 30 eingespeist ist, als Funktion der Zeit t dar. Beispielhaft wird der Wechselstrom in einem Heizkörper 24 des Heizmoduls 30.1, des Heizmoduls 30.2 und des Heizmoduls 30.5 gezeigt. Diese Wechselströme sind jeweils mittels einer Leistungseinheit 26 der unterschiedlichen Heizmodule 30.1, 30.2, 30.5 erzeugt, und die Schaltvorgänge einer Leistungseinheit 26 werden mit der entsprechenden Heizmodulsteuereinheit 34.1, 34.2 bzw. 34.5 gesteuert. Diese Schaltvorgänge erzeugen eine Heizfrequenz f_H, die für die an der Heizgruppe 64 beteiligten Heizmodule 30.1, 30.2, 30.5 und 30.6 identisch ist und z.B. 25 kHz beträgt. Die Heizgruppe 66, bei welcher die Synchronisation der Heizeinheiten analog zur Heizgruppe 64 erfolgt, kann mit diesem Wert der Heizfrequenz f_H oder mit einem anderen Wert der Heizfrequenz f_H betrieben werden. Vorteilhafterweise entspricht die Periode des Taktgebungssignals S zumindest einem Mehrfachen, wie z.B. zumindest einem Zehnfachen, insbesondere zumindest einem Hundertfachen der Periode der Heizsignals H.
Der unterste Teil des Diagramms in Figur 5 zeigt den Verlauf des Taktgebungssignals S als Funktion der Zeit t. Es wird an einem Zeitpunkt t_S ein Impuls 74 mittels der Taktgebungseinheit 38 erzeugt. Wie einer Zusammenschau der obersten Diagrammteile zu entnehmen ist, weisen die Wechselströme in unterschiedlichen Heizmodulen 30 leichte Phasenverschiebungen Δφ relativ zueinander auf. Zum Zeitpunkt t_S werden die unterschiedlichen Heizmodultaktgebungseinheiten 70.1, 70.2, 70.5 und 70.6 miteinander synchronisiert. Diese Synchronisation der verschiedenen Heizmodultaktgebungseinheiten 70 bewirkt, dass in den Heizmodulen 30.1, 30.2, 30.5 und 30.6 neue Zyklen von Schaltvorgängen von Leistungseinheiten 26 gleichzeitig zum Zeitpunkt des Impulses 74 initialisiert werden. Dies bewirkt wiederum, dass die Wechselströme und daher die von den verschiedenen Heizmodulen 30.1, 30.2, 30.5 und 30.6 erzeugten Heizsignale H miteinander synchronisiert sind. Hierbei werden die relativen Phasenlagen zwischen den drei Wechselströmen auf null gesetzt. Mittels des Taktgebungssignals S weisen die Wechselströme und daher die Heizsignale H unterschiedlicher Heizmodule 30 die gleiche Phasenlage auf.
In Figur 6 ist eine alternative Ausführung eines Synchronisationsvorgangs von drei Heizeinheiten 22 von drei unterschiedlichen Heizmodulen 30.1, 30.2 und 30.5 gezeigt. In diesem alternativen Synchronisiermodus, der mittels der Synchronisationseinheit 72 durchführbar ist, werden die Heizeinheiten 22 während einer Synchronisationszeitspanne Δt miteinander synchronisiert. Hierbei wird von der Taktgebungseinheit 38 ein Taktgebungssignal S' erzeugt, bei welchem eine elektrische Spannung bei einer Nullstelle der Netzstromversorgungskenngröße V_N von null auf einen Wert übergeht, der während einer Zeitspanne, die der Synchronisationszeitspanne Δt entspricht, aufrechterhalten wird. Während der Synchronisationszeitspanne Δt werden mittels der Synchronisationseinheit 72 die jeweiligen Heizfrequenzen f_H der von den verschiedenen Heizeinheiten 22 erzeugten Heizsignale H derart geändert, dass zum Ende der Synchronisationszeitspanne Δt die Heizsignale H in Phase zueinander sind. Diese Änderung der Heizfrequenz f_H bei einer Heizeinheit erfolgt mittels einer entsprechenden Steuerung der Schaltvorgänge der Leistungseinheiten 26 durch die jeweiligen Heizmodulsteuereinheiten 34.1, 34.2, 34.5.

Bezugszeichen

10: Kochvorrichtung
12: Befestigungsrahmen
14: Kochplatte
16: Bedienerschnittstelle
18: Zubereitungsgeschirr
20: Zubereitungsgeschirr
22: Heizeinheit
24: Heizkörper
26: Leistungseinheit
28: Kochvorrichtungsschaltung
30: Heizmodul
32: Heizmodulgruppe
34: Heizmodulsteuereinheit
35: Sensormittel
36: Leiterplatte
38: Taktgebungseinheit
39: Taktgebungsmittel
40: Netzstromversorgung
42: Taktgebungsleitung
44: Zufuhrleitung
48: Schaltmittel
50: Signal
52: Netzstromversorgungssignal
54: Gleichrichter
56: Gleichstromschiene
58: Zufuhrleitung
60: Leitung
62: Heizgruppenbildungseinheit
64: Heizgruppe
66: Heizgruppe
68: Einheit
70: Heizmodultaktgebungseinheit
72: Synchronisationseinheit
74: Impuls
H: Heizsignal
f_H: Heizfrequenz
S, S': Taktgebungssignal
V: Gleichspannung
V_N: Netzstromversorgungskenngröße
t: Zeit
t_S: Zeitpunkt
Δt: Synchronisationszeitspanne
Δφ: Phasenverschiebung

Claims

Kochvorrichtungsschaltung mit einer Mehrzahl von Heizeinheiten (22) und einer Heizgruppenbildungseinheit (62), die dazu vorgesehen ist, eine an eine Wahlposition eines Zubereitungsgeschirrs (18, 20) angepasste Heizgruppe (64, 66) von Heizeinheiten (22) zu bilden, gekennzeichnet durch eine Synchronisationseinheit (72), die dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Heizeinheiten (22) miteinander zu synchronisieren.
Kochvorrichtungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinheit (72) dazu vorgesehen ist, Heizeinheiten (22) einer gebildeten Heizgruppe (64, 66) miteinander zu synchronisieren.
Kochvorrichtungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Heizmodulen (30.1 - 30.8), die jeweils zumindest eine Heizeinheit (22) und jeweils eine unterschiedliche Heizmodulsteuereinheit (34.1 - 34.8) zur Steuerung der Heizeinheit (22) aufweisen.
Kochvorrichtungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmodule (30.1 - 30.8) jeweils eine Heizmodulgruppe (32.1 - 32.8) von Heizeinheiten (22) und jeweils zumindest eine unterschiedliche Heizmodulsteuereinheit (34.1 - 34.8) zur Steuerung der Heizmodulgruppe (32.1 - 32.8) aufweisen.
Kochvorrichtungsschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinheit (72) eine Taktgebungseinheit (38) aufweist, die unterschiedlich von den Heizmodulen (30) ausgebildet ist.
Kochvorrichtungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinheit (72) eine Taktgebungseinheit (38) aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Heizmodule (30) mit einem Taktgebungssignal (S) parallel zu versorgen.
Kochvorrichtungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmodule (30.1 - 30.8) jeweils eine Heizmodultaktgebungseinheit (70.1 - 70.8) zur Erzeugung eines Heizmodultaktgebungssignals für einen Steuerprozess des Heizmoduls (30.1 - 30.8) aufweisen und die Synchronisationseinheit (72) eine Taktgebungseinheit (38) zum Erzeugen eines Taktgebungssignals (S) für zumindest zwei unterschiedliche Heizmodultaktgebungseinheiten (70.1 - 70.8) aufweist.
Kochvorrichtungsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Taktgebungssignal (S) zur Synchronisation von zumindest zwei Heizmodultaktgebungseinheiten (70.1 - 70.8) dient.
Kochvorrichtungsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinheit (72) dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Heizeinheiten (22) unterschiedlicher Heizmodule (30.1 - 30.8) miteinander zu synchronisieren.
Kochvorrichtungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinheit (72) dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Heizeinheiten (22) während einer Synchronisationszeitspanne (Δt) zu synchronisieren.
Kochvorrichtungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebsmodus eine Heizeinheit (22) zur Erzeugung eines Heizsignals (H) mit einer Heizfrequenz (f_H) dient und die Synchronisationseinheit (72) dazu vorgesehen ist, die Heizfrequenz (f_H) während der Synchronisationszeitspanne (Δt) zu ändern.
Kochvorrichtungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinheit (72) eine Taktgebungseinheit (38) aufweist, die dazu vorgesehen ist, ein Taktgebungssignal (S) in Abhängigkeit einer Netzstromversorgungskenngröße (V_N) zu erzeugen.
Kochvorrichtungsschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktgebungseinheit (38) dazu vorgesehen ist, das Taktgebungssignal (S) mittels einer Nullstelle der Netzstromversorgungskenngröße (V_N) zu erzeugen.
Kochvorrichtung mit einer Kochvorrichtungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.