EP2369896A1 - Verfahren zur Regelung der Leistungszufuhr für eine Induktions- Kochstelle und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Regelung der Leistungszufuhr für eine Induktions- Kochstelle und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP2369896A1
EP2369896A1 EP11401039A EP11401039A EP2369896A1 EP 2369896 A1 EP2369896 A1 EP 2369896A1 EP 11401039 A EP11401039 A EP 11401039A EP 11401039 A EP11401039 A EP 11401039A EP 2369896 A1 EP2369896 A1 EP 2369896A1
Authority
EP
European Patent Office
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temperature
control means
exciter
power
change
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11401039A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Vollgraf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miele und Cie KG
Original Assignee
Miele und Cie KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miele und Cie KG filed Critical Miele und Cie KG
Publication of EP2369896A1 publication Critical patent/EP2369896A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/07—Heating plates with temperature control means

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for regulating the power supply for an induction hob to protect cookware from overheating.
  • an electromagnetic alternating field is generated during induction cooking, wherein a power of the exciter is selected by a user.
  • a temperature sensor With at least one temperature sensor, the temperature of the cooking area is detected and converted into a temperature signal.
  • the invention thus provides the problem of a method for induction cooking and a device for protecting an induction cooking so educate that on the one hand always given sufficient security against overheating and on the other hand effective heating of cookware and food in the cookware is possible.
  • the achievable with the present invention consist in particular in a sufficient protection of the cookware from overheating and the ability to heat large amounts of water quickly.
  • control means determines from the temperature signal the temporal change of the temperature signal. With the control means, the power of the exciter is then limited depending on the temperature signal and the time change of the temperature signal.
  • the method may be configured to set temperature ranges in which the temperature signal may be present. Any plausible temperature that can be reached is therefore assigned to a temperature range. For each of these temperature ranges, a maximum permissible change in the temperature signal can then be defined. In each of the temperature ranges, a maximum change in temperature must not be exceeded. In low temperature temperature ranges, for example, higher changes can be allowed than in high temperature temperature ranges. Thus, at low temperatures, a higher power can be allowed, for example, to quickly heat a pot filled with water. At high temperatures, however, only a small or limited power is allowed, depending on the time change of the temperature, to counteract the risk of overheating of the cookware.
  • the exciter's performance could be limited by the regulatory means according to the table below.
  • the corresponding temperature range is given instead of the value range of the usually electrical temperature signal.
  • temperature range Max. permissible change Max. power 30 ° C to 80 ° C 1 ° C / sec 2500 W 80 ° C to 120 ° C 0.6 ° C / sec 1500 W 120 ° C to 150 ° C 0.4 ° C / sec 600W 150 ° C to 200 ° C 0.2 ° C / sec 300w > 200 ° C 0 ° C / sec 0 W
  • control means detects the frequency of a change from operation with a limited power of the exciter to operate with user-selected power during a fixed period of time. The more frequently a change from limited power operation to operation with the power selected by the user occurs within the period of time, the more likely it is that the power has been limited without the actual danger of overheating.
  • the control means may increase the maximum allowable change in the temperature signal, as determined by the temperature ranges. To do so, the frequency of changes from limited power operation to operation with user-selected power had to exceed a set value. Such a case may occur in particular when heating a pot filled with water.
  • the control means may then evaluate the second temperature signal within fixed-length measurement cycles during limited-power exciter operation or during lower-power operation of the exciter. For this purpose, a first difference from the second temperature signal is determined at the beginning and at the end of a measurement cycle. In addition, a second difference from the second temperature signal at the beginning of the following measurement cycle and at the beginning of the aforementioned measurement cycle is determined. If both differences are present, a quotient of the first difference divided by the second difference is formed.
  • the control means may increase the maximum allowable changes associated with the regions of the temperature signal if the determined quotient exceeds a predetermined value.
  • PT 1000 temperature sensors are typically used to detect the temperature on the underside of the glass ceramic hob plate. Although the temperature detection is very accurate but, as shown for example during heating, clearly too slow to rapid temperature changes to detect and also to capture the actual temperature of the arranged on the cooking plate cookware.
  • a total of six temperature sensors are arranged at different distances from the center of the cooking zone, ie with different radius.
  • FIG. 7 shows an arrangement of the temperature sensors 1 to 6 on the induction coil, which is arranged below the glass ceramic cooking surface. The size of the induction coil defines the area of the cooking zone.
  • FIGS. 1 and 2 show the course of recorded in a trial temperatures at the bottom of a pot and at the measuring points of a cooking zone according to FIG. 7 , It can be clearly seen that the temperature sensors on the underside of the glass ceramic cooking surface in the region of the cooking zone at the beginning of a heating process, always lower temperatures than prevail in the pot bottom. The change in the temperature of the pot bottom is too fast for it to be detected by the sensors on the underside of the glass ceramic plate of the cooking surface.
  • FIG. 1 The temperature profiles shown were recorded during a heating process of the pot filled with water, in which the exciter of the induction cooker was operated at a constant power. Despite the continuous power supply, the temperature in the pot bottom does not rise above 140 ° C. The change in the temperature of the bottom of the pot is initially very high, but over time becomes smaller and smaller.
  • the situation is different when heating the empty pot.
  • the temperatures ( FIG. 2 ) in both the bottom of the pot and on the bottom of the glass ceramic plate rise quickly.
  • the temperature in the bottom of the pot rises in the experiment up to about 270 ° C.
  • the exciter of the induction cooker is switched off for safety reasons.
  • the temperature of the bottom of the pot drops due to heat transport. Part of the heat is transported into the glass ceramic plate, which is why there is a delay in an increase in the temperatures on the underside of the glass ceramic plate.
  • the temperature rise on the underside of the glass ceramic plate is much faster despite the switching off of the exciter than when heating a pot filled with water, as in FIG. 1 is shown.
  • FIG. 5 show the temperature and performance curves for heating an empty or filled with water pot, in which an inventive limitation of the power takes place. It can be clearly seen, as with the empty pot (see FIG. 5 ) the initially high power is gradually reduced to zero and the increase in temperature in the bottom of the pot is reduced from stage to stage.
  • FIG. 8 shows a possible alternative arrangement of temperature sensors on the induction coil.
  • the blackened fields show the preferred arrangement of three sensors on the induction coil.
  • the other fields (not blackened) can be provided arbitrarily for the arrangement of further sensors.
  • the method according to the invention for regulating the power supply for an induction cooking station is designed in such a way that an alternating electromagnetic field is generated by a user whose power is selected by a user, with at least one first temperature sensor detecting the temperature of the cooking point in the region of a first measuring point and the temperature is converted into a temperature signal. With at least one further temperature sensor, the temperature of the cooking area is detected in the range of another measuring point and converted into a temperature signal, wherein the time change of the temperature signals is determined by a control means from the temperature signals and the power in dependence on the temperature signals and the temporal change of the temperature signals of the pathogen is limited.
  • the temperature ranges in which the temperature signals can be, are fixed, with a maximum allowable change in the temperature signals is set for each temperature range.
  • the power of the exciter is limited by the control means according to the table below, where the temperature is given in the table instead of the temperature signal: temperature range Max. permissible change Max. power 30 ° C to 80 ° C 1% ° C sec 2500 W 80 ° C to 120 ° C 0.6 ° C / sec 1500 W 120 ° C to 150 ° C 0.4 ° C / sec 600W 150 ° C to 200 ° C 0.2 ° C / sec 300w > 200 ° C 0 ° C / sec 0 W
  • the control means detects the frequency of a change from operation with a limited power of the exciter to operate with user-selected power during a predetermined period of time.
  • the control means increases the maximum permissible changes in the temperature ranges if the frequency of the changes exceeds a specified value.
  • a sensor senses an electrical quantity in the exciter or device of the exciter to supply electrical energy that correlates to the temperature of the bottom of the cookware, and converts it into a second temperature signal.
  • the control means evaluates the second temperature signal within fixed length measurement cycles during operation of the limited power exciter or during low impulse energizer operation by determining a first difference from the second temperature signal at the beginning and end of a measurement cycle , determines a second difference of the second temperature signal at the beginning of the following measurement cycle and at the beginning of the first measurement cycle and forms a quotient of the first difference divided by the second difference.
  • the rule means increases the maximum permissible changes if the determined quotient exceeds a specified value. For example, the maximum permissible changes are increased by a factor of approximately 1.5.
  • the device for carrying out the method according to the invention has a first and at least one further temperature sensor in the region of the cooking zone for detecting the temperature of the cooking point and for converting the temperature into a temperature signal.
  • the device comprises a control means for determining the temporal change of the temperature signals from the temperature signals and for limiting the power of the exciter in response to the temperature signals and the temporal change of the temperature signals.
  • the first and at least one further temperature sensor are arranged in the region of the cooking zone below the glass ceramic cooking surface.
  • the temperature sensors are preferably arranged on the induction coil.
  • the temperature sensors are each arranged at different radii relative to the center of the induction coil.
  • a hob for carrying out the method according to the invention has one or more induction cookers, of which at least one cooking point has such a device.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Leistungszufuhr für eine Induktions-Kochstelle, - wobei mit einem Erreger ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird, dessen Leistung von einem Benutzer gewählt wird, - wobei mit wenigstens einem ersten Temperatursensor die Temperatur der Kochstelle im Bereich einer ersten Messstelle erfasst wird und die Temperatur in ein Temperatursignal gewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einem weiteren Temperatursensor die Temperatur der Kochstelle im Bereich einer weiteren Messstelle erfasst wird und die Temperatur in ein Temperatursignal gewandelt wird - wobei mit einem Regelmittel aus den Temperatursignalen die zeitliche Änderung der Temperatursignale ermittelt wird, - wobei mit dem Regelmittel in Abhängigkeit von den Temperatursignalen und der zeitlichen Änderung der Temperatursignale die Leistung des Erregers begrenzt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Leistungszufuhr für eine Induktions-Kochstelle zum Schutz von Kochgeschirr vor Überhitzung.
  • Mit einem Erreger wird beim Induktionskochen ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, wobei eine Leistung des Erregers von einem Benutzer gewählt wird. Mit wenigstens einem Temperatursensor wird die Temperatur der Kochstelle erfasst und in ein Temperatursignal gewandelt.
  • Aus den Druckschriften mit den Veröffentlichungsnummern DE 10 2007 012 379 A1 und DE 10 2006 057 885 A1 sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen die Temperatur des Kochfeldes mittels des Temperatursensors überwacht wird. In Abhängigkeit von der Temperatur des Kochfeldes wird der Erreger der Induktionskochstelle gesteuert oder geregelt. Wird eine vorgegebene Temperaturgrenze überschritten, erfolgt eine Abschaltung der Kochstelle, um ein Überhitzen des Kochgeschirrs aber auch der Kochstelle zu vermeiden.
  • Viele Kochgeschirre haben einen konkav gewölbten Boden, mit dem sie auf der Kochstelle ruhen. Mit zunehmender Erhitzung des Kochgeschirrs wird der Boden annähernd plan und liegt erst nach einer Erwärmung annähernd vollflächig an der Kochstelle an. Nur wenn der Boden annähernd vollflächig an der Kochstelle anliegt, ist ein guter Wärmeübergang zwischen dem Kochgeschirr und der Kochstelle gegeben. Erst dann kann sich ein Temperaturgleichgewicht zwischen dem Boden eines Kochgeschirrs und der Kochstelle einstellen. Ein solches Temperaturgleichgewicht zwischen dem Boden und der Kochstelle ist jedoch notwendig, damit ein an der Kochstelle angebrachter Temperatursensor die Temperatur des Bodens des Kochgeschirrs erfassen kann. Liegt ein optimaler Wärmeübergang nicht vor, erfasst der Temperatursensor der Kochstelle im Regelfall eine Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur des Bodens des Kochgeschirrs. Das ist eine Besonderheit des Induktionskochens, bei dem die Wärme im Topfboden und nicht in der Kochstelle erzeugt wird, wie zum Beispiel bei Strahlungskochstellen.
  • Bei schnellen Temperaturänderungen reagieren Sensoren, die in der Kochstelle angeordnet sind, häufig zu träge um rechtzeitig die schnell erreichten, hohen Temperaturen zu erfassen, so dass ein Schutz des Kochgeschirrs vor Überhitzung nur bei Kochgeschirren mit annähernd planen Böden gegeben ist. Nur bei Kochgeschirren mit annähernd planen Böden ist ein ausreichender Schutz vor Brand oder Beschädigung des Kochgeschirrs gegeben, es sei denn die Temperaturgrenze bei deren Erreichen die Kochstelle abgeschaltet wird liegt so niedrig, dass gewährleistet ist, dass trotz der Trägheit eines in der Kochstelle angeordneten Sensors eine Überhitzung des Kochgeschirrs verhindert ist.
  • Bei einer solchen Auslegung der Kochstelle wäre allerdings ein effektives Ankochen mit der Kochstelle nicht mehr möglich. Insbesondere könnten größere Mengen Wasser nicht mit großen Leistungen erhitzt werden. Die Temperatur der Kochstelle würde die niedrige Temperaturgrenze schnell erreichen, obwohl der Boden des mit Wasser gefüllten Kochgeschirrs nicht überhitzt.
  • Der Erfindung stellt sich somit das Problem ein Verfahren zum Induktionskochen und eine Vorrichtung zum Schutz einer Induktionskochstelle so fortzubilden, dass einerseits stets ausreichend Sicherheit vor Überhitzung gegeben und andererseits eine effektive Erhitzung von Kochgeschirren und sich im Kochgeschirr befindlichen Lebensmitteln möglich ist.
  • Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung des Problems ist in Patentanspruch 12 angegeben.
  • Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere in einem ausreichenden Schutz des Kochgeschirrs vor Überhitzung und der Möglichkeit große Mengen Wasser schnell zu erhitzen.
  • Erfindungsgemäß ermittelt das Regelmittel aus dem Temperatursignal die zeitliche Änderung des Temperatursignals. Mit dem Regelmittel wird dann in Abhängigkeit vom Temperatursignal und der zeitlichen Änderung des Temperatursignals die Leistung des Erregers begrenzt.
  • Das Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass Temperaturbereiche festgelegt sind, in denen das Temperatursignal liegen kann. Jede plausible Temperatur, die erreicht werden kann, ist also einem Temperaturbereich zugeordnet. Für jeden dieser Temperaturbereiche kann dann eine maximal zulässige Änderung des Temperatursignals festgelegt sein. In jedem der Temperaturbereiche darf also eine maximale Änderung der Temperatur nicht überschritten werden. In Temperaturbereichen für niedrige Temperaturen können beispielsweise höhere Änderungen zugelassen werden als in Temperaturbereichen für hohe Temperaturen. Damit kann bei niedrigen Temperaturen eine höhere Leistung zugelassen werden, um beispielsweise einen mit Wasser gefüllten Topf schnell zu erwärmen. Bei hohen Temperaturen wird dagegen je nach zeitlicher Änderung der Temperatur nur eine geringe oder begrenzte Leistung zugelassen, um der Gefahr einer Überhitzung des Kochgeschirrs entgegenzuwirken.
  • Dieser Gedanke wird umgesetzt in dem vom Regelmittel zur Durchführung des Verfahrens folgende Schritte in einer Schleife wiederholt durchgeführt werden:
    • In einem ersten Schritt stellt das Regelmittel fest, in welchem Temperaturbereich das Temperatursignal liegt. Daraufhin prüft das Regelmittel in einem nächsten Schritt, ob für den festgestellten Temperaturbereich die maximal zulässige zeitlicher Änderung des Temperatursignals überschritten worden ist oder nicht. In Abhängigkeit davon wird in einem weiteren Schritt entweder in den Fällen des Überschreitens der maximal zulässigen Änderung des Temperatursignals die Leistung des Erregers auf einen im Regelmittel festgelegten Betrag begrenzt oder in den Fällen, in denen für den festgestellten Temperaturbereich die maximal zulässige Änderung des Temperatursignals nicht überschritten wird, durch das Regelmittel die Leistung des Erregers auf den vom Benutzer gewählten Betrag eingestellt.
  • Die Leistung des Erregers könnten beispielsweise gemäß der nachstehenden Tabelle durch das Regelmittel begrenzt werden. In der nachstehenden Tabelle ist anstelle des Wertebereichs des in der Regel elektrischen Temperatursignals der entsprechende Temperaturbereich angegeben.
    Temperaturbereich max. zulässige Änderung max. Leistung
    30°C bis 80°C 1 °C/sec 2500 W
    80°C bis 120°C 0,6°C/sec 1500 W
    120°C bis 150°C 0,4°C/sec 600 W
    150°C bis 200°C 0,2°C/sec 300 W
    > 200°C 0°C/sec 0 W
  • Eine Weiterentwicklung des Verfahrens sieht vor, dass das Regelmittel die Häufigkeit eines Wechsels vom Betrieb mit einer begrenzten Leistung des Erregers zum Betrieb mit durch den Benutzer gewählter Leistung während einer festgelegten Zeitdauer erfasst. Je häufiger innerhalb der Zeitdauer ein Wechsel vom Betrieb mit begrenzter Leistung zum Betrieb mit der durch den Benutzer gewählten Leistung erfolgt, umso eher kann davon ausgegangen werden, dass die Begrenzung der Leistung ohne das Bestehen einer tatsächlichen Gefahr einer Überhitzung erfolgt ist. In diesen Fällen kann das Regelmittel die zu den Temperaturbereichen festgelegte maximal zulässige Änderung des Temperatursignals erhöhen. Dazu musste die Häufigkeit der Wechsel vom Betrieb mit begrenzter Leistung zum Betrieb mit vom Benutzer gewählter Leistung einen festgelegten Wert überschreiten. Ein solcher Fall kann insbesondere bei dem Erhitzen eines mit Wasser gefüllten Topfes eintreten.
  • Aus der US-amerikanischen Patentschrift mit der Nummer US 3,781,506 ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels der Beobachtung einer elektrischen Größe auf die Temperaturen des Bodens des Kochgeschirrs geschlossen werden kann. Die elektrische Größe korreliert mit der Temperatur des Bodens des Kochgeschirrs. Dieses Verfahren kann für eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden. Dazu wird die mit der Temperatur korrelierende elektrische Größe als weiteres Temperatursignal verwendet oder in ein zweites Temperaturensignal gewandelt.
  • Das Regelmittel kann dann innerhalb von Messzyklen festgelegter Länge während des Betriebs des Erregers mit begrenzter Leistung oder während eines Betriebs des Erregers mit einer festgesetzten niedrigeren Leistung das zweite Temperatursignal auswerten. Dazu wird eine erste Differenz aus dem zweiten Temperatursignal zum Beginn und zum Ende eines Messzyklus ermittelt. Außerdem wird eine zweite Differenz aus dem zweiten Temperatursignal zum Beginn des folgenden Messzyklus und zum Beginn des vorgenannten Messzyklus ermittelt. Liegen beide Differenzen vor, wird ein Quotient aus der ersten Differenz geteilt durch die zweite Differenz gebildet.
  • Das Regelmittel kann die maximal zulässigen Änderungen, die den Bereichen des Temperatursignals zugeordnet sind, erhöhen, wenn der ermittelte Quotient einen festgelegten Wert überschreitet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
    • Figur 1
    den Verlauf der Temperatur des Bodens eines mit Wasser gefüllten Topfes sowie an Messpunkten unterhalb einer Glaskeramikplatte eines Kochfeldes während eines Aufheizvorgangs,
    Figur 2
    den Verlauf der Temperatur des Bodens eines leeren Topfes sowie an den Messpunkten unterhalb einer Glaskeramikplatte eines Kochfeldes während eines Aufheizvorgangs,
    Figur 3
    den Verlauf der zeitlichen Änderung der in Fig. 1 dargestellten Temperaturen,
    Figur 4
    den Verlauf der zeitlichen Änderung der in Fig. 2 dargestellten Temperaturen,
    Figur 5
    den Verlauf der Leistung des Erregers und der Temperatur des Topfbodens bei mit erfindungsgemäß begrenzter Leistung beim Aufheizen eines leeren Topfes,
    Figur 6
    den Verlauf der Leistung des Erregers, der Temperatur des Topfbodens und der Wassertemperatur bei mit erfindungsgemäß begrenzter Leistung beim Aufheizen eines mit Wasser gefüllten Topfes,
    Figur 7
    die Anordnung der Temperatursensoren 1 bis 6 auf der Induktionsspule entsprechend dem beschriebenen Ausführungsbeispiel,
    Figur 8
    mögliche alternative Anordnungen von Temperatursensoren.
  • Bei Induktionskochstellen nach dem Stand der Technik werden üblicherweise PT 1000-Temperatursensoren verwendet, mit denen die Temperatur auf der Unterseite der Glaskeramikplatte der Kochstelle erfasst wird. Die Temperaturerfassung ist zwar sehr genau aber, wie sich z.B. beim Aufheizen zeigt, deutlich zu träge um schnelle Temperaturänderungen zu erfassen und auch die tatsächliche Temperatur des auf der Kochstelle angeordneten Kochgeschirrs zu erfassen.
  • In einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind insgesamt sechs Temperatursensoren mit unterschiedlicher Entfernung zum Mittelpunkt der Kochzone, d. h. mit unterschiedlichem Radius angeordnet. Figur 7 zeigt eine Anordnung der Temperatursensoren 1 bis 6 auf der Induktionsspule, die unterhalb der Glaskeramikkochfläche angeordnet ist. Durch die Größe der Induktionsspule ist die Fläche der Kochzone definiert.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen den Verlauf der in einem Versuch aufgenommenen Temperaturen am Boden eines Topfes und an den Messstellen einer Kochzone gemäß Figur 7. Es lässt sich deutlich erkennen, dass die Temperatursensoren auf der Unterseite der Glaskeramikkochfläche im Bereich der Kochzone zum Beginn eines Aufheizvorganges stets, niedrigere Temperaturen erfassen als sie im Topfboden herrscht. Die Änderung der Temperatur des Topfbodens ist zu schnell, als dass sie von den Sensoren auf der Unterseite der Glaskeramikplatte der Kochstelle erfasst werden könnte.
  • Die in Figur 1 dargestellten Temperaturverläufe wurden bei einem Aufheizvorgang des mit Wasser gefüllten Topfes aufgenommen, bei denen der Erreger der Induktionskochstelle mit einer konstanten Leistung betrieben wurde. Trotz der kontinuierlichen Leistungszufuhr steigt die Temperatur im Topfboden nicht über 140°C an. Die Änderung der Temperatur des Topfbodens ist zunächst sehr hoch, wird aber im Laufe der Zeit immer geringer.
  • Anders verhält es sich beim Aufheizen des leeren Topfes. Die Temperaturen (Figur 2) sowohl im Topfboden als auch auf der Unterseite der Glaskeramikplatte steigen schnell an. Die Temperatur im Topfboden steigt im Versuch bis auf ca. 270°C an. Dann wird der Erreger der Induktionskochstelle aus Sicherheitsgründen abgeschaltet. Die Temperatur des Topfbodens sinkt aufgrund von Wärmetransporten ab. Ein Teil der Wärme wird in die Glaskeramikplatte transportiert, weshalb es verzögert zu einem Anstieg der Temperaturen auf der Unterseite der Glaskeramikplatte kommt. Der Temperaturanstieg auf der Unterseite der Glaskeramikplatte ist trotz des Abschaltens des Erregers deutlich schneller als beim Aufheizen eines mit Wasser gefüllten Topfes, wie es in Figur 1 dargestellt ist.
  • Weitere Versuche haben bestätigt, dass es beim Aufheizen eines leeren Topfes zu sehr hohen Änderungen der Temperaturen auch auf der Unterseite der Glaskeramikplatte kommen kann.
  • Die Darstellung der Änderung der Temperaturen in den Figuren 3 beziehungsweise 4 bestätigt diesen aus den Figuren 1 und 2 gewonnenen Eindruck.
  • Ausgehend von diesen Erkenntnissen wurde das erfindungsgemäße Verfahren entwickelt, nachdem in Abhängigkeit von der auf der Unterseite der Glaskeramikplatte erfassten
  • Temperatur und der Änderung dieser Temperatur eine Begrenzung der Leistung des Kochfeldes erfolgt.
  • Die Figuren 5 und 6 zeigen die Temperatur und Leistungsverläufe für das Aufheizen eines leeren bzw. mit Wasser gefüllten Topfes, bei dem eine erfindungsgemäße Begrenzung der Leistung erfolgt. Deutlich zu erkennen ist, wie beim leeren Topf (siehe Figur 5) die zunächst hohe Leistung stufenweise auf Null reduziert wird und die Steigerung der Temperatur im Topfboden von Stufe zu Stufe geringer wird.
  • Bei einem mit Wasser gefüllten Topf (siehe Figur 6) erfolgt zwar auch eine Herabsetzung der Leistung. Sobald es allerdings wieder möglich ist, wird die Leistung wieder heraufgesetzt. Die Temperatur des Topfbodens sinkt in den Phasen mit herabgesetzter Leistung zwar ab, auf lange Sicht steigt sie jedoch an. Die Wassertemperatur steigt dagegen fast kontinuierlich an. Der Aufheizvorgang wird also durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise nicht unnötig verzögert.
  • Figur 8 zeigt eine mögliche alternative Anordnung von Temperatursensoren auf der Induktionsspule. Dabei zeigen die geschwärzt dargestellten Felder die bevorzugte Anordnung von drei Sensoren auf der Induktionsspule. Die weiteren Felder (nicht geschwärzt) können beliebig für die Anordnung weiterer Sensoren vorgesehen werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Leistungszufuhr für eine Induktions-Kochstelle ist derart gestaltet, dass mit einem Erreger ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird, dessen Leistung von einem Benutzer gewählt wird, wobei mit wenigstens einem ersten Temperatursensor die Temperatur der Kochstelle im Bereich einer ersten Messstelle erfasst wird und die Temperatur in ein Temperatursignal gewandelt wird. Mit mindestens einem weiteren Temperatursensor wird die Temperatur der Kochstelle im Bereich einer weiteren Messstelle erfasst und in ein Temperatursignal gewandelt, wobei mit einem Regelmittel aus den Temperatursignalen die zeitliche Änderung der Temperatursignale ermittelt wird und in Abhängigkeit von den Temperatursignalen und der zeitlichen Änderung der Temperatursignale die Leistung des Erregers begrenzt wird.
  • Die Temperaturbereiche, in denen die Temperatursignale liegen können, sind festgelegt, wobei für jeden Temperaturbereich eine maximal zulässige Änderung der Temperatursignale festgelegt ist.
  • Vom Regelmittel werden folgende Schritte in einer Schleife wiederholt durchgeführt:
    • das Regelmittel stellt zunächst fest, in welchem Temperaturbereich das Temperatursignal liegt,
    • das Regelmittel prüft dann, ob für den festgestellten Temperaturbereich die maximal zulässige Änderung des Temperatursignals überschritten ist und
    • das Regelmittel begrenzt anschließend in den Fällen des Überschreitens der maximal zulässigen Änderung des Temperatursignals die Leistung des Erregers auf einen im Regelmittel festgelegten Betrag und
    das Regelmittel stellt in den Fällen, in denen für den festgestellten Temperaturbereich die maximal zulässige Änderung des Temperatursignals nicht überschritten ist, die Leistung des Erregers auf den vom Benutzer gewählten Betrag ein.
  • Die Leistung des Erregers wird gemäß der nachstehenden Tabelle durch das Regelmittel begrenzt, wobei in der Tabelle anstelle des Temperatursignals die entsprechende Temperatur angegeben ist:
    Temperaturbereich max. zulässige Änderung max. Leistung
    30°C bis 80°C 1°C%sec 2500 W
    80°C bis 120°C 0,6°C/sec 1500 W
    120°C bis 150°C 0,4°C/sec 600 W
    150°C bis 200°C 0,2°C/sec 300 W
    >200°C 0°C/sec 0 W
  • Das Regelmittel erfasst die Häufigkeit eines Wechsels vom Betrieb mit einer begrenzten Leistung des Erregers zum Betrieb mit durch den Benutzer gewählter Leistung während einer festgelegten Zeitdauer.
  • Das Regelmittel erhöht die in den Temperaturbereichen maximal zulässigen Änderungen, wenn die Häufigkeit der Wechsel einen festgelegten Wert überschreitet.
  • Ein Sensor erfasst eine elektrische Größe im Erreger oder in einer Einrichtung des Erregers zur Versorgung mit elektrischer Energie, die mit der Temperatur des Bodens des Kochgeschirrs korreliert, und wandelt diese in ein zweites Temperatursignal.
  • Das Regelmittel wertet das zweite Temperatursignal innerhalb von Messzyklen festgelegter Länge während des Betriebes des Erregers mit begrenzter Leistung oder während eines Betriebs des Erregers mit einer festgesetzten niedrigen Leistung aus, in dem es eine erste Differenz aus dem zweiten Temperatursignal zum Beginn und zum Ende eines Messzyklus ermittelt, eine zweite Differenz des zweiten Temperatursignals zum Beginn des folgenden Messzyklus und zum Beginn des erstgenannten Messzyklus ermittelt und einen Quotienten aus der ersten Differenz geteilt durch die zweite Differenz bildet.
  • Das Regelmittel erhöht die maximal zulässigen Änderungen, wenn der ermittelte Quotient einen festgelegten Wert überschreitet. Die maximal zulässigen Änderungen werden beispielsweise um einen Faktor annähernd mit dem Wert 1,5 erhöht.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen ersten und mindestens einen weiteren Temperatursensor im Bereich der Kochzone zum Erfassen der Temperatur der Kochstelle und zum Wandeln der Temperatur in ein Temperatursignal auf. Außerdem weist die Vorrichtung ein Regelmittel zum Ermitteln der zeitlichen Änderung der Temperatursignale aus den Temperatursignalen und zum Begrenzen der Leistung des Erregers in Abhängigkeit von den Temperatursignalen und der zeitlichen Änderung der Temperatursignale auf.
  • Der erste und mindestens eine weitere Temperatursensor sind im Bereich der Kochzone unterhalb der Glaskeramikkochfläche angeordnet. Die Temperatursensoren sind vorzugsweise auf der Induktionsspule angeordnet. Die Temperatursensoren sind jeweils auf unterschiedlichen Radien bezogen auf den Mittelpunkt der Induktionsspule angeordnet.
  • Ein Kochfeld zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine oder mehrere Induktionskochstellen auf, von denen zumindest eine Kochstelle eine derartige Vorrichtung aufweist.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Regelung der Leistungszufuhr für eine Induktions-Kochstelle,
    - wobei mit einem Erreger ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird, dessen Leistung von einem Benutzer gewählt wird,
    - wobei mit wenigstens einem ersten Temperatursensor die Temperatur der Kochstelle im Bereich einer ersten Messstelle erfasst wird und die Temperatur in ein Temperatursignal gewandelt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass
    mit mindestens einem weiteren Temperatursensor die Temperatur der Kochstelle im Bereich einer weiteren Messstelle erfasst wird und die Temperatur in ein Temperatursignal gewandelt wird
    - wobei mit einem Regelmittel aus den Temperatursignalen die zeitliche Änderung der Temperatursignale ermittelt wird,
    - wobei mit dem Regelmittel in Abhängigkeit von den Temperatursignalen und der zeitlichen Änderung der Temperatursignale die Leistung des Erregers begrenzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Temperaturbereiche festgelegt sind, in denen die Temperatursignale liegen können.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für jeden Temperaturbereich eine maximal zulässige Änderung der Temperatursignale festgelegt ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass vom Regelmittel folgende Schritte in einer Schleife wiederholt durchgeführt werden:
    - das Regelmittel stellt zunächst fest, in welchem Temperaturbereich das Temperatursignal liegt,
    - das Regelmittel prüft dann, ob für den festegestellten Temperaturbereich die maximal zulässige Änderung des Temperatursignals überschritten ist und
    - das Regelmittel begrenzt anschließend in den Fällen des Überschreitens der maximal zulässigen Änderung des Temperatursignals die Leistung des Erregers auf einen im Regelmittel festgelegten Betrag und
    - das Regelmittel stellt in den Fällen, in denen für den festgestellten Temperaturbereich die maximal zulässige Änderung des Temperatursignals nicht überschritten ist, die Leistung des Erregers auf den vom Benutzer gewählten Betrag ein.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Leistung des Erregers gemäß der nachstehenden Tabelle durch das Regelmittel begrenzt wird, wobei in der Tabelle anstelle des Temperatursignals die entsprechende Temperatur angegeben ist: Temperaturbereich max. zulässige Änderung max. Leistung 30°C bis 80°C 1 °C/sec 2500 W 80°C bis 120°C 0,6°C/sec 1500 W 120°C bis 150°C 0,4°C/sec 600 W 150°C bis 200°C 0,2°C/sec 300 W >200°C 0°C/sec 0 W
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Regelmittel die Häufigkeit eines Wechsels vom Betrieb mit einer begrenzten Leistung des Erregers zum Betrieb mit durch den Benutzer gewählter Leistung während einer festgelegten Zeitdauer erfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Regelmittel die in den Temperaturbereichen maximal zulässigen Änderungen erhöht, wenn die Häufigkeit der Wechsel einen festgelegten Wert überschreitet.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Sensor eine elektrische Größe im Erreger oder in einer Einrichtung des Erregers zur Versorgung mit elektrischer Energie erfasst, die mit der Temperatur des Bodens des Kochgeschirrs korreliert, und in ein zweites Temperatursignal wandelt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Regelmittel das zweite Temperatursignal innerhalb von Messzyklen festgelegter Länge während des Betriebes des Erregers mit begrenzter Leistung oder während eines Betriebs des Erregers mit einer festgesetzten niedrigen Leistung auswertet, in dem es eine erste Differenz aus dem zweiten Temperatursignal zum Beginn und zum Ende eines Messzyklus ermittelt, eine zweite Differenz des zweiten Temperatursignals zum Beginn des folgenden Messzyklus und zum Beginn des erstgenannten Messzyklus ermittelt und einen Quotienten aus der ersten Differenz geteilt durch die zweite Differenz bildet.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Regelmittel die maximal zulässigen Änderungen erhöht, wenn der ermittelte Quotient einen festegelegten Wert überschreitet.
  11. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Regelmittel die maximal zulässigen Änderungen um einen Faktor annähernd mit dem Wert 1,5 erhöht.
  12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorrichtung einen ersten und mindestens einen weiteren Temperatursensor im Bereich der Kochzone zum Erfassen der Temperatur der Kochstelle und zum Wandeln der Temperatur in ein Temperatursignal aufweist
    und dass die Vorrichtung ein Regelmittel zum Ermitteln der zeitlichen Änderung der Temperatursignale aus den Temperatursignalen und zum Begrenzen der Leistung des Erregers in Abhängigkeit von den Temperatursignalen und der zeitlichen Änderung der Temperatursignale aufweist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste und mindestens eine weitere Temperatursensor im Bereich der Kochzone unterhalb der Glaskeramikkochfläche angeordnet sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Temperatursensoren auf der Induktionsspule angeordnet sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Temperatursensoren jeweils auf unterschiedlichen Radien bezogen auf den Mittelpunkt der Induktionsspule angeordnet sind.
  16. Kochfeld mit einer oder mehreren Induktionskochstellen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest eine Kochstelle eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15 aufweist.
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