EP2550841A1 - Kochmuldenvorrichtung - Google Patents

Kochmuldenvorrichtung

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Publication number
EP2550841A1
EP2550841A1 EP11704632A EP11704632A EP2550841A1 EP 2550841 A1 EP2550841 A1 EP 2550841A1 EP 11704632 A EP11704632 A EP 11704632A EP 11704632 A EP11704632 A EP 11704632A EP 2550841 A1 EP2550841 A1 EP 2550841A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching element
time
period
contact
switching
Prior art date
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Granted
Application number
EP11704632A
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English (en)
French (fr)
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EP2550841B1 (de
Inventor
Daniel Palacios Tomas
José Miguel Burdio Pinilla
Ignacio Garde Aranda
Sergio Llorente Gil
Oscar Lucia Gil
Ignacio Millan Serrano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP2550841A1 publication Critical patent/EP2550841A1/de
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Publication of EP2550841B1 publication Critical patent/EP2550841B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H05B6/065—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like using coordinated control of multiple induction coils

Definitions

  • the invention is based on a hob device according to the preamble of claim 1.
  • a cooktop device which comprises a resonant circuit, a control unit and a switching element which has a first and a second switching means.
  • a period of oscillation of the resonant circuit is divided into first time intervals, in which voltage is applied to the resonant circuit, and in second time intervals, in which no voltage is applied.
  • the control unit causes the switching element in at least one operating operation to periodically establish a certain electrical contact and interrupt.
  • a cooktop device in which a coil is operated alternately at different frequencies during an operating process.
  • the object of the invention is in particular to provide a generic device with improved properties in terms of an effective design.
  • the object is achieved by the features of claim 1, while advantageous embodiments and modifications of the invention can be taken from the dependent claims.
  • the invention is based on a cooktop device, in particular an induction cooktop device, with at least one switching element and at least one control unit which, in at least one operating operation, causes the switching element to periodically produce and interrupt a specific electrical contact substantially periodically.
  • control unit causes the switching element in the operating process to be operated in a primitive period of the substantially temporally peri odischen making and breaking the particular electrical contact at least twice to establish the specific electrical contact.
  • a "control unit” is to be understood as meaning, in particular, an electronic unit which controls an operation in at least one operating procedure, wherein the electronic unit preferably has at least one memory unit and / or one arithmetic unit and / or one operating program which is stored in the memory unit
  • An "electrical contact” is to be understood as meaning, in particular, an electrically conductive connection, which may be formed in particular by metal components.
  • a "time-periodic" establishment and interruption of an electrical contact in an operating process is to be understood in particular as establishing and interrupting an electrical contact, which causes a switching function to be periodic for a total time during which the operating process takes place distinguishes the function from a periodic pulse function with a primitive period consisting of a first time period in which the pulse function is periodic and a second time period in which the pulse function is zero.
  • Function "should be understood in particular a function which is defined by having the function value 1 for all points in time in which the contact exists, and has the function value zero for all points in time at which the contact is interrupted.
  • An "operating process” is to be understood as meaning, in particular, a part of a heating process of a cookware, the part preferably lasting at least 0.01 seconds, preferably at least one second and particularly preferably at least ten seconds
  • Electrical contact is to be understood in particular a making and breaking an electrical contact, which takes place in a time interval consisting of at least two and in particular more than two periods, wherein for all pairs of periods of time periods for which a first period of the pair immediately A time period precedes a second time period of the pair, it holds that the two time periods of the pair with respect to their length by at most twenty percent, preferably by at most five percent, preferably by at most one percent and more preferably by at most 0.0 1 percent differ from each other and an integral difference characteristic of the two time segments of the pair is at most 0.3, preferably at most 0, 1 preferably at most 0.01 and particularly preferably zero, wherein the time interval is subdividable in periods corresponding to the above for the time segments meet the applicable conditions and which timescales zer than the
  • a "primitive period" of the essentially time-periodic production and interruption of the electrical contact should be understood as meaning in particular one of the time segments, wherein in the case in which the switching function is periodic, the period is a primitive period of the switching function
  • the integral difference parameter is for the case in which the temporal elapse of the two time periods of the
  • the duration of a pair of times or the same duration lasts as the other of the two periods of time
  • t 2 is an end of the other time segment
  • T t 2 -t ⁇
  • f is the switching function.
  • the integral difference parameter is given for the case in which the temporally earlier passing of the two time periods of the pair is shorter in time than the time lapse of the two time periods of the pair, given by f (t) -f (t + T) t- ⁇ has a starting time of shorter duration.
  • an effective construction can be achieved.
  • a low noise level during operation of the hob unit can be achieved.
  • a large interval of possible output powers can be achieved for a particular period duration.
  • a flexible switching of the switching element can be achieved.
  • At least two total turn-on times, during which the contact is made continuously during the period differ.
  • a “total switch-on time” is to be understood as meaning, in particular, a total duration of a time span during which the contact is continuously selected. the period is established with the establishment of the contact and the time period ends with a break in the contact and wherein the period has at least two total turn-on.
  • the control unit causes the switching element to make contact in at least two different time intervals.
  • making the contact at least two different time intervals is meant in particular that the contact is made at a first time, then interrupted, thereafter made at a second time, the contact is interrupted after the second time, and the Contact is subsequently restored at a third time, wherein a time difference between the second time and the first time and a time difference between the third time and the second time differ, whereby a particularly flexible switching can be achieved ,
  • control unit causes the switching element in at least one operating mode to produce the contact substantially periodically and exactly once during a period of time. In this way, a versatile switching behavior can be achieved.
  • control unit is provided to cause the switching element to interrupt the contact while the switching element is de-energized.
  • currentless is understood to mean that a current flowing between two main contacts of the switching element has the current value of zero amperes.
  • a "main contact" of a switching element is understood to mean, in particular, a contact of the switching element which is used to conduct a Power is provided to a consumer unit, which is formed separately from the switching element.
  • a consumer unit which is formed separately from the switching element.
  • only the emitter and the collector are main contacts. As a result, a gentle switching and in particular a low energy loss can be achieved.
  • the cooker device comprises at least one control device which is arranged to cause the switching element to make or break the contact at least once while a heating element is de-energized and to cause another switching element to make another contact at least once while the heating element carries current.
  • a gentle and comfortable operation can be achieved.
  • it can be achieved that, during operation of the switching element, a low energy loss occurs and a large interval of heating powers, with which the heating element can be operated, is available.
  • low-noise operation of the cooker device can be achieved.
  • the cooktop device has at least one control device which is provided for a period-related time interval which exists between one transmission period of the switching element and one transmission period of a further switching element and which exists within the primitive period and another period-related one Time interval that exists between the passage period of the switching element and another passage time period of the other switching element and within the same primitive period expires, to change the heating power of a heating element to change.
  • a "period-related" time interval is to be understood as meaning, in particular, a duration of the time interval in seconds divided by a duration of the primitive period in seconds Main contact of the switching element are electrically connected. This allows a high degree of flexibility and in particular a flexible change in the heating power can be achieved.
  • control unit be provided for a total number of times the contact is made during the primitive period change. In this way, a heating power can be flexibly changed, in particular with a temporally constant primitive period.
  • the Kochmuldenvorraum has a control device, which switches the switching element and another switching element in such a way that the primitive period consists of at least three time intervals in which the switching element makes the contact exactly once and the other switching element exactly one more contact Times and each of the time intervals ends at a time at which the other switching element interrupts the further contact.
  • the primitive period consists of at least three time intervals in which the switching element makes the contact exactly once and the other switching element exactly one more contact Times and each of the time intervals ends at a time at which the other switching element interrupts the further contact.
  • a switching behavior of the two switching elements in the respective time interval differs from a switching behavior of the two switching elements in a majority of the time intervals.
  • a "large part" of the time intervals is to be understood in particular as meaning a number of time intervals which corresponds to at least fifty percent and preferably at least seventy percent of a total number of time intervals It should be understood, in particular, that the two time intervals are of different lengths or, if the time intervals are the same length, that at least one of the switching elements switches at a first time in the one time interval and this switching element at a second time is inactive in the other time interval, wherein the second time in the other time interval is arranged the same as the first time in the one time interval.
  • a heating power can be set flexibly, in particular with a time-constant primitive period duration.
  • the control device is provided to change a period-related time duration of at least one of the time intervals.
  • a "period-related time duration” should be understood to mean, in particular, a time duration of the relevant time interval divided by the primitive period duration, whereby a flexible power supply of the heating element can be achieved.
  • the switching element is a bipolar transistor with insulated gate electrode. As a result, efficient usability can be achieved.
  • the cooktop device has at least one circuit, which rather has the switching element and at least one further switching element.
  • the switching element has the switching element and at least one further switching element.
  • the circuit has at least a third switching element. This allows a high degree of flexibility can be achieved.
  • the cooktop device has at least one first induction heating circuit, which has the switching element. This allows a user-friendly heating can be achieved.
  • the cooktop device has at least one second induction heating circuit and at least one further control unit, which causes at least one switching element of the second induction heating circuit to produce and interrupt an electrical contact substantially periodically with the period duration during the operating process.
  • This allows a low-noise and effective cooking can be achieved.
  • noises can be avoided which occur when making and breaking the contacts of the first and second induction heating circuits with frequencies that differ and whose difference is smaller than 17 kHZ.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of an induction heating circuit of the induction cooker apparatus
  • FIG. 3 is a schematic representation of periods of two voltages applied by two control units of the induction cooker apparatus, a voltage between two specific points of the induction heating circuit and a current through a coil of the induction heating circuit.
  • Fig. 3a shows an alternative time course of the voltages, which of the
  • Fig. 4 shows a further alternative time course of the voltages, which
  • FIG. 6 shows performance curves for an operating procedure, a specific operating mode and a further operating mode
  • Fig. 7 shows an alternative induction heating circuit.
  • FIG. 1 shows a plan view of an induction hob with an induction hob according to the invention, which coils 38 and a cookware carrier surface 40 has.
  • the coils 38 are heating elements 38 'and are intended to generate eddy currents in cooking utensils (not shown) during cooking operations, which heat the cookware, thereby heating food in the cookware.
  • the induction hob assembly has a circuit 26 formed as an induction heating circuit 26 '(FIG. 2) having one of the coils 38.
  • the induction cooker device has further induction heating circuits, which are identical to the induction heating circuit 26 'and also have one of the coils 38.
  • the induction heating circuit 26 ' comprises two switching elements 10, 28 each formed as an insulated gate bipolar transistor. Further, the induction heating circuit 26' includes two control units 12, 13 provided for controlling the switching elements 10, 28.
  • the control unit 12 causes the switching element 10 in an operation to time periodically an electrical contact, namely an electrical contact between see a collector 44 and an emitter 46 of the formed as a bipolar transistor with insulated gate switching element 10 to produce and interrupt.
  • the control unit 12 applies a voltage 42 (FIG. 3) between a gate 48 of the switching element 10 and the emitter 46, which is a periodic function with respect to time.
  • the control unit 12 causes the switching element 10 to make contact twice during a primitive period 14 of time-periodic making and breaking of the electrical contact.
  • the period 14 is identical to a period of the voltage 42, which is a periodic function.
  • the period 14 is composed of four directly successive time intervals.
  • Two of the time intervals are total turn-on times 16, 18 during which the voltage 42 causes the contact to be made uninterrupted.
  • Two of the time intervals are total off times 50, 52 during which the voltage 42 causes the contact to be broken.
  • the two total switch-on times 16, 18 have different lengths.
  • the control unit 12 causes the switching element 10 in the operating process to make the contact in two different time intervals 20, 22.
  • the time interval 20 is the time interval between establishing the contact that occurs at the beginning of the total turn-on time 16 and establishing the contact that occurs at the beginning of the total turn-on time 18.
  • the time interval 22 is the time interval between the establishment of the contact, which takes place at the beginning of the total turn-on time 18, and the making of the contact, which adjoins the total turn-off time 52 in terms of time.
  • the total switch-off time 52 follows directly on the total turn-on time 18, the total turn-off time 50 follows directly on the total turn-on time 16.
  • a diode 54 is connected.
  • the switching element 28 is also an insulated gate bipolar transistor. Further, the emitter 46 is conductively connected to a collector 56 of the switching element 28.
  • the control unit 13 applies a voltage 58 between a gate 64 of the switching element 28 and an emitter 60 of the switching element 28 during the operation (FIGS. 2 and 3).
  • a diode 62 is connected.
  • the voltage 58 is designed such that it causes a conductive contact between the collector 56 and the emitter 60 whenever the contact between the emitter 46 and the collector 44 is interrupted.
  • the voltage 58 is formed so that the contact between the collector 56 and the emitter 60 is interrupted whenever the conductive contact between the emitter 46 and the collector 44 is present.
  • the collector 44 is conductively connected to a positive pole of a voltage source 66. Furthermore, the emitter 46 is conductively connected to a minus pole of the voltage source 66.
  • the voltage source 66 supplies DC during operation. In principle, it is conceivable that the voltage source 66 outputs a rectified alternating current.
  • a resistor 68 incorporating a resistor of a cookware to be heated, one of the coils 38 having an inductance of twenty-five microhenries, and a cooktop condenser 70 are connected in series and connected in parallel with the diode 62 in total.
  • the capacitor 70 has a capacitance of 1440 nanofarads.
  • FIG. 3 shows a time profile of a current 80 which flows through the coil 38 of the circuit 26 during the operation. Furthermore, a time profile of a voltage 86, which is applied between two points 82, 84 in the course of operation, is shown. A straight line 88 forms a zero line for the current 80 and the voltage 86.
  • the period duration 14 is composed of individual time intervals Ti, T 2 ,..., T n , where n can be any natural number, which greater than one ( Figure 3a).
  • n 3.
  • the voltage 42 at certain contact times Du, D 12 , D 1n which are time intervals and which parts of the time intervals Ti, T 2 , ..., T n , the contact between the collector 44 and the emitter 46 ago.
  • the voltage 58 at specific contact times D 2 i, D 2 2, D 2n which are time intervals and which parts of the time intervals T 1; T 2 , ..., T n are, the contact between the collector 56 and the emitter 60 ago.
  • the contact between the collector 44 and the emitter 46 is in each of the time intervals T 1; T 2 , ..., T n produced exactly once. Further, the contact between the collector 56 and the emitter 60 in each of the time intervals T 1; T 2 , ..., T n produced exactly once. Between the individual contact times Du, D 12 , D 1n and D 21 , D 22 , D 2n there can be non-disappearing blocking times du, d 12 , ..., d 1n and d 21 , d 22 , ..., d 2n in which neither the contact between the collector 56 and the emitter 60 nor the contact between the collector 44 and the emitter 46 is.
  • the condition that at least one of the time intervals T 1; T 2 , ..., T n is constructed differently and / or has a different length than at least one other of the time intervals T 1; T 2 , ..., T n .
  • the blocking times du, d 12 , ..., d 1n and the blocking times d 21 , d 22 , ..., d 2n are equal to zero and / or the contact times Du, D 12 , D 1n and Contact times D 21 , D 22 , D 2n each one half of the time interval of which they are part, or the contact times Du, D 12 , D 1n and the contact times D 21 , D 22 , D 2n each of a half of that time interval whose Part they are different.
  • the control device 1 1 turns on a first one of the switching elements 10, 28, thus providing a conductive connection between the emitter 46, 60 and the collector 44, 56 of the relevant switching element 10, 28, while the heating element 38 'Electricity leads. Further, the control device 1 1 switches a second one of the switching elements 10, 28 to Mandarin, while the heating element 38 'de-energized is. Furthermore, the control device 1 1 switches both switching elements 10, 28 into a blocking state, ie interrupts conductive connections which exist within both switching elements 10, 28 between the respective emitters 46, 60 and collectors 44, 56, while the heating element 38 'carries current.
  • One of the blocking periods d 12 , d 2 2 may be a dead time of one of the switching elements 10, 28.
  • a second time interval switching mode differs from the first time interval switching type only in that one of the switching elements 10, 28 is switched to the blocking state, while a conductive connection between the emitter 46, 60 and the collector 44, 56 of the relevant switching element 10, 28 is de-energized.
  • the control device 1 1 a first and / or a second period-related time interval p 12 , P22 change during an operation for changing a heating power of Schuelemetns 38 '.
  • the first period-related time interval p 12 is the blocking time d 12 divided by the primitive period length 14.
  • the second period-related time interval p 22 is the blocking time d 22 divided by the primitive period length 14.
  • a fourth time interval switch type differs from the first time interval switch type only in that d 12 + D 12 is not equal to 0.5.
  • a fifth time interval switching type differs from the second time interval switching type only in that one of the switching elements 10, 28 is switched to the blocking state, while a conductive connection between the emitter 46, 60 and the collector 44, 56 of the relevant switching element 10, 28 is de-energized.
  • the control device 1 1 can control the switching elements 10, 28 such that the switching elements 10, 28 in each of the time intervals ⁇ 1; T 2 , ..., T n is switched in one of the five described time interval switching modes, wherein the time interval switching modes of the individual time intervals Ti, T 2 ,..., T n may differ.
  • the control device 1 1 can change the total number n of the time intervals Ti, T 2 ,..., T n of which the period duration 14 exists to change a heating capacity of the heating element 38 '. Furthermore, during operation of the cooktop device, the control device 1 1 can change a quotient between one of the time intervals Ti, T 2 ,..., T n and the period 14 for changing a heating power of the heating element 38 '.
  • the control unit 12 causes the switching element 10 to periodically establish contact between the collector 44 and the emitter 46, the switching element 10 making the contact once in a period 24 once and interrupting once (FIGS. 2 and 4).
  • the control unit 13 causes the switching element 28 to periodically establish the contact between the collector 56 and the emitter 60, wherein the switching element 28 makes the contact in the period 24 exactly once and interrupts once.
  • the contact between the collector 44 and the emitter 46 is established during the period 24 continuously during a time interval 71 which starts at the beginning of the period 24 and is less than one half of the period 24. During the time interval 71 is the contact between the collector 56 and the emitter 60 is interrupted.
  • the period 24 consists of the time interval 71 and a time interval 72.
  • the contact between the collector 44 and the emitter 46 is interrupted and the contact between the collector 56 and the emitter 60 is established.
  • the time intervals 71, 72 each form one half of the period 24.
  • Figure 6 shows a power curve 90 of the induction heating circuit 26 'in operation, a power curve 91 of the induction heating circuit 26' in the particular mode of operation, and a power curve 92 of the induction heating circuit 26 'in the further mode of operation.
  • the power curves 90 to 92 are each closed. Further, the power curves 90, 91 each define an area.
  • abscissa 94 is a frequency, which for the power curve 90, the inverse of the period 14, that is one divided by the period 14 and which for the power curves 91, 92 is the inverse of the period 24 plotted.
  • a heating power dissipated by the coil 38 of the induction heating circuit 26 ' is removed.
  • the time intervals 20, 22, the total turn-on times 16, 18 and the total turn-off times 50, 52 and of blocking times, which can be inserted between the total turn-on times 16, 18 and the total turn-off times 50, 52 and which in FIG 2 i, d 2 2 and du, d 12 are mentioned and in which both switching elements 10, 28 make no contact it is achievable that the coil 38 of the induction heating circuit 26 'in a by a point of the surface, which is bordered by the power curve 90 is operating, described manner, namely at a defined by the point of the surface value of the period 14 yields a certain power through the point of the surface.
  • An analogous meaning has that surface, which is bordered by the power curve 91, wherein the surface is formed by a variation of the time interval 71 and the frequency.
  • the power which the coil 38 provides in the operation is different from those provided by the coil 38 in the particular mode of operation and in the further mode of operation.
  • a so-called power factor is 0.5, with the power factor passing through
  • R is a value of the resistor 68
  • L is the inductance
  • the other induction heating circuits are identical to the induction heating circuit 26 '.
  • One of the further induction heating circuits 32 (FIGS. 1 and 5) has control units 34, 35 and switching elements 36, 37, which are caused by the control units 34, 35 during the operating process to periodically establish and interrupt electrical contacts 14 periodically with the period 14.
  • the induction heating circuit 32 and the induction heating circuit 26 ' are part of an electronic assembly consisting of the induction heating circuits 32, 26'.
  • the Indu Vietnamesesweschalt Vietnamese 32 works in the particular or in the other operating mode, which is achieved by the coils 38 of the IndutechnischsSystemschaltge 26 ', 32 can be operated with different output powers and the cooktop device works very quietly. It can be advantageously avoided that the Induction heating circuits 26 'and 32 are operated with different periods. Different output powers are z. B. advantageous if the Indutechnischsdorfschalt Vietnameseen 32, 26 'different cookware to be heated differently.
  • FIG. 7 shows an alternative embodiment. Substantially identical components, features and functions are basically numbered by the same reference numerals. In order to distinguish the exemplary embodiments, however, the letter "a" is added to the reference symbol of the exemplary embodiment in Figure 7. The following description is essentially limited to the differences from the exemplary embodiment in Figures 1 to 6, with respect to components that remain the same and functions can be referred to the description of the embodiment in Figures 1 to 6.
  • Figure 7 shows an alternative embodiment of a circuit 26a, namely an induction heating circuit 26'a.
  • the induction heating circuit 26'a comprises control units 12a, 13a and further comprises two further control units 74a, 76a.
  • the induction heating circuit 26'a comprises two additional switching elements 30a , 31 a, which as Bipolartra Insulated gate electrodes are formed, and two further diodes 78a.
  • the control units 12a and 76a output the voltage 42 (FIG. 3), respectively.
  • the control units 13a and 74a output the voltage 58.
  • the switching elements 10a, 28a, 30a, 31a are identical.
  • control unit 52 total switch-off time

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Abstract

Description

Kochmuldenvorrichtung
Die Erfindung geht aus von einer Kochmuldenvorrichtung nach dem Oberbegriff des An- Spruchs 1.
Aus der DE 197 08 335 A1 ist eine Kochmuldenvorrichtung bekannt, welche einen Schwingkreis, eine Steuereinheit und ein Schaltelement, welches ein erstes und ein zweites Schaltmittel aufweist, umfasst. Durch die Zustände des Schaltelementes wird eine Schwingungsperiode des Schwingkreises unterteilt in erste Zeitintervalle, in denen Spannung am Schwingkreis angelegt ist, und in zweite Zeitintervalle, in denen keine Spannung angelegt ist. Die Steuereinheit veranlasst das Schaltelement bei wenigstens einem Betriebsvorgang dazu, zeitlich periodisch einen bestimmten elektrischen Kontakt herzustellen und zu unterbrechen.
Aus der Druckschrift DE 10 2005 021 888 A1 ist eine Kochmuldenvorrichtung bekannt, bei welcher eine Spule bei einem Betriebsvorgang abwechselnd mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer effektiven Bauweise 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 Kochmuldenvorrichtung, insbesondere Induktions- kochmuldenvorrichtung, mit wenigstens einem Schaltelement und zumindest einer Steuereinheit, welche das Schaltelement bei wenigstens einem Betriebsvorgang dazu veranlasst, im Wesentlichen zeitlich periodisch einen bestimmten elektrischen Kontakt herzu- stellen und zu unterbrechen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit das Schaltelement bei dem Betriebsvorgang dazu veranlasst, in einer primitiven Periodendauer des im Wesentlichen zeitlich peri- odischen Herstellens und Unterbrechens des bestimmten elektrischen Kontakts wenigstens zwei Mal den bestimmten elektrischen Kontakt herzustellen. Unter einer„Steuereinheit" soll insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, welche bei wenigstens einem Betriebsvorgang einen Vorgang steuert, wobei die elektronische Einheit vor- zugsweise wenigstens eine Speichereinheit und/oder eine Recheneinheit und/oder ein Betriebsprogramm aufweist, welches in der Speichereinheit gespeichert ist. Unter einem „elektrischen Kontakt" soll insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung, welche insbesondere durch Metallbauteile gebildet sein kann, verstanden werden. Unter einem„zeitlich periodischen" Herstellen und Unterbrechen eines elektrischen Kontakts bei einem Betriebsvorgang soll insbesondere ein Herstellen und Unterbrechen eines elektrischen Kontakts verstanden werden, welches bewirkt, dass eine Schalt-Funktion für eine Gesamtzeit, während welcher der Betriebsvorgang stattfindet, periodisch ist, wobei sich die Funktion von einer periodischen Puls-Funktion mit einer primitiven Periode unterscheidet, welche aus einer ersten Zeitspanne, in welcher die Puls-Funktion periodisch ist, und einer zweiten Zeitspanne, in welcher die Puls-Funktion Null ist, besteht. Unter einer„Schalt- Funktion" soll insbesondere eine Funktion verstanden werden, welche dadurch definiert ist, dass sie für alle Zeitpunkte, in denen der Kontakt besteht, den Funktionswert 1 hat, und für alle Zeitpunkte, in denen der Kontakt unterbrochen ist, den Funktionswert Null hat. Unter einem„Betriebsvorgang" soll insbesondere ein Teil eines Erhitzungsvorgangs eines Kochgeschirrs verstanden werden, wobei der Teil vorzugsweise wenigstens 0,01 Sekunden, bevorzugt wenigstens eine Sekunde und besonders bevorzugt wenigstens zehn Sekunden dauert. Unter einem„im Wesentlichen zeitlich periodischen" Herstellen und Unterbrechen eines elektrischen Kontakts soll insbesondere ein Herstellen und Unterbrechen eines elektrischen Kontakts verstanden werden, welches in einem Zeitintervall, das aus wenigstens zwei und insbesondere mehr als zwei Zeitabschnitten besteht, stattfindet, wobei für alle Paare von Zeitabschnitten der Zeitabschnitte, für welche ein erster Zeitabschnitt des Paars unmittelbar einem zweiten Zeitabschnitt des Paars zeitlich vorangeht, gilt, dass die beiden Zeitabschnitte des Paars bezüglich ihrer Länge um höchstens zwanzig Prozent, vorzugsweise um höchstens fünf Prozent, bevorzugt um höchstens ein Pro- zent und besonders bevorzugt um höchstens 0,01 Prozent voneinander abweichen und eine Integral-Unterschiedskenngröße der beiden Zeitabschnitte des Paars höchstens 0,3, vorzugsweise höchstens 0, 1 bevorzugt höchstens 0,01 und besonders bevorzugt Null beträgt, wobei das Zeitintervall ununterteilbar in Zeitspannen ist, welche die voranstehend genannten für die Zeitabschnitte geltenden Bedingungen erfüllen und welche zeitlich kür- zer dauern als die Zeitabschnitte, und wobei sich die Schalt-Funktion von der Puls- Funktion und von allen periodischen Funktionen, deren primitive Periode aus zwei Zeitabschnitten gebildet ist, in denen die Funktion jeweils periodisch ist aber unterschiedliche Periodendauern aufweist, unterscheidet und die Zeitabschnitte jeweils eine zeitliche Aus- dehnung haben, welche größer ist als Null Sekunden. Unter einer„primitiven Periodendauer" des im Wesentlichen zeitlich periodischen Herstellens und Unterbrechens des e- lektrischen Kontakts soll insbesondere einer der Zeitabschnitte verstanden werden, wobei in demjenigen Fall, in dem die Schalt-Funktion periodisch ist, der Zeitabschnitt eine primitive Periode der Schalt-Funktion ist. Die Integral-Unterschiedskenngröße ist hierbei für den- jenigen Fall, bei dem der zeitlich früher verstreichende der beiden Zeitabschnitte des
Paars zeitlich län er oder gleich lang dauert als der andere der beiden Zeitabschnitte des
Paars, \ f(t) - f(t - T) \ dt gegeben, wobei eine Anfangfangszeit des ande
ren Zeitabschnitts ist und t2 ein Ende des anderen Zeitabschnitts ist, T = t2 - t{ ist und„f die Schaltfunktion ist. Die Integral-Unterschiedskenngröße ist für denjenigen Fall, dass der zeitlich früher verstreichende der beiden Zeitabschnitte des Paars zeitlich kürzer dauert als der zeitlich später verstreichende der beiden Zeitabschnitte des Paars, durch f(t) - f(t + T) \ dt gegeben, wobei t-ι eine Anfangfangszeit des zeitlich kürzer dau-
ernden Zeitabschnitts ist und t2 ein Ende des zeitlich kürzer dauernden Zeitabschnitts ist und T = t2 - tl ist. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine effektive Bau- weise erreicht werden. Insbesondere kann eine geringe Geräuschbelastung bei Betriebsvorgängen der Kochmuldenvorrichtung erreicht werden. Insbesondere kann für jeweils eine bestimmte Periodendauer ein großes Intervall von möglichen Ausgangsleistungen erreicht werden. Im Besonderen kann ein flexibles Schalten des Schaltelements erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass zwei Schaltelemente, welche verschie- denen Schaltkreisen angehören, mit identischer Periodendauer betrieben werden können und die Schaltkreise voneinander verschiedene Ausgangsleistungen erbringen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass wenigstens zwei Gesamteinschaltzeiten, während welchen der Kontakt ununterbrochen während der Periodendauer hergestellt ist, sich unterscheiden. Unter einer„Gesamteinschaltzeit" soll insbesondere eine gesamte Dauer einer Zeitspanne verstanden werden, während welcher der Kontakt ununterbrochen wäh- rend der Periodendauer hergestellt ist, wobei die Zeitspanne mit einem Herstellen des Kontakts beginnt und die Zeitspanne mit einem Unterbrechen des Kontakts endet und wobei die Periodendauer wenigstens zwei Gesamteinschaltzeiten aufweist. Hierdurch kann ein flexibles Schalten erreicht werden. Insbesondere können verschiedene Aus- gangsleistungen erzielt werden.
Vorzugsweise veranlasst die Steuereinheit das Schaltelement bei dem Betriebsvorgang dazu, den Kontakt in wenigstens zwei verschiedenen Zeitabständen herzustellen. Unter einem„Herstellen des Kontakts in wenigstens zwei verschiedenen Zeitabständen" soll insbesondere verstanden werden, dass der Kontakt zu einem ersten Zeitpunkt hergestellt wird, danach unterbrochen wird, danach zu einem zweiten Zeitpunkt hergestellt wird, der Kontakt nach dem zweiten Zeitpunkt unterbrochen wird, und der Kontakt nachfolgend zu einem dritten Zeitpunkt wieder hergestellt wird, wobei eine Zeitdifferenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem ersten Zeitpunkt und eine Zeitdifferenz zwischen dem dritten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt sich unterscheiden. Dadurch kann ein besonders flexibles Schalten erreicht werden. Insbesondere können verschiedene Ausgangsleistungen erzielt werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit das Schaltelement in wenigstens einem Betriebsmodus dazu veranlasst, den Kontakt im Wesentlichen periodisch und zwar genau einmal während einer Periodendauer herzustellen. Auf diese Weise kann ein vielseitiges Schaltverhalten erreicht werden.
Mit Vorteil ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, das Schaltelement dazu zu veranlas- sen, den Kontakt zu unterbrechen, während das Schaltelement stromlos ist. Darunter, dass das Schaltelement„stromlos" ist, soll insbesondere verstanden werden, dass ein zwischen zwei Hauptkontakten des Schaltelements fließender Strom die Stromstärke Null Ampere aufweist. Unter einem„Hauptkontakt" eines Schaltelements soll insbesondere ein Kontakt des Schaltelements verstanden werden, welcher zur Leitung eines Stroms zu einer Verbrauchereinheit, die separat von dem Schaltelement ausgebildet ist, vorgesehen ist. Insbesondere sind bei einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode nur der Emitter und der Kollektor Hauptkontakte. Dadurch kann ein schonendes Schalten und insbesondere ein geringer Energieverlust erreicht werden. Vorzugsweise weist die Kochmuldenvorrichtung wenigstens eine Steuervorrichtung auf, welche dazu vorgesehen ist, das Schaltelement dazu zu veranlassen, den Kontakt zumindest ein Mal herzustellen oder zu unterbrechen, während ein Heizelement stromlos ist, und ein weiteres Schaltelement dazu zu veranlassen, einen weiteren Kontakt zumindest ein Mal herzustellen, während das Heizelement Strom führt. Hierdurch kann eine schonende und zugleich komfortable Betriebsweise erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass bei einem Betrieb des Schaltelements ein geringer Energieverlust auftritt und ein großes Intervall an Heizleistungen, mit welchen das Heizelement betreibbar ist, zur Verfügung steht. Im Besonderen kann ein geräuscharmer Betrieb der Koch- muldenvorrichtung erreicht werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Kochmuldenvorrichtung wenigstens eine Steuervorrichtung aufweist, welche dazu vorgesehen ist, einen zwischen einer Durchlass- Zeitspanne des Schaltelements und einer Durchlass-Zeitspanne eines weiteren Schalt- elements bestehenden periodenbezogenen Zeitabstand, welcher innerhalb der primitiven Periodendauer besteht, und einen weiteren periodenbezogenen Zeitabstand, der zwischen der Durchlass-Zeitspanne des Schaltelements und einer weiteren Durchlass- Zeitspanne des weiteren Schaltelements besteht und innerhalb derselben primitiven Periodendauer verstreicht, zur Veränderung einer Heizleistung eines Heizelements zu verän- dem. Unter einem„periodenbezogenen" Zeitabstand soll insbesondere eine Dauer des Zeitabstands in Sekunden, geteilt durch eine Dauer der primitiven Periodendauer in Sekunden verstanden werden. Unter einer„Durchlass-Zeitspanne" eines Schaltelements soll insbesondere eine Zeitspanne verstanden werden, während welcher ein erster und ein zweiter Hauptkontakt des Schaltelements elektrisch leitend verbunden sind. Dadurch kann eine hohe Flexibilität und insbesondere eine flexible Veränderung der Heizleistung erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass bei einem Konstantbleiben der Periodendauer ein großes Intervall an Heizleistungen des Heizelements, mit welchen das Heizelement betreibbar ist, zur Verfügung steht. Im Besonderen kann erreicht werden, dass zwei Schaltelemente, welche zur Beeinflussung unterschiedlicher Heizelemente vor- gesehen sind, mit gleichen Schaltperiodendauern aber bei stark unterschiedlichen Heizleistungen der Heizelemente betrieben werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, eine Gesamtanzahl davon, wie oft der Kontakt während der primitiven Periodendauer hergestellt wird, zu verändern. Hierdurch kann eine Heizleistung insbesondere bei zeitlich konstanter primitiver Periodendauer flexibel verändert werden.
Vorzugsweise weist die Kochmuldenvorrichtung eine Steuervorrichtung auf, welche bei dem Betriebsablauf das Schaltelement und ein weiteres Schaltelement derart schaltet, dass die primitive Periodendauer aus wenigstens drei Zeitintervallen besteht, in welchen das Schaltelement den Kontakt genau ein Mal herstellt und das weitere Schaltelement einen weiteren Kontakt genau ein Mal herstellt und jedes der Zeitintervalle an einem Zeitpunkt endet, an dem das weitere Schaltelement den weiteren Kontakt unterbricht. Auf diese Weise kann eine flexible Einstellbarkeit einer Heizleistung erreicht werden.
Mit Vorteil gilt für jedes Zeitintervall eines Großteils der Zeitintervalle, dass sich ein Schaltverhalten der beiden Schaltelemente in dem betreffenden Zeitintervall sich von einem Schaltverhalten der beiden Schaltelemente in einem Großteil der Zeitintervalle unter- scheidet. Unter einem„Großteil" der Zeitintervalle soll insbesondere eine Anzahl der Zeitintervalle verstanden werden, die wenigstens fünfzig Prozent und vorzugsweise wenigstens siebzig Prozent einer Gesamtanzahl der Zeitintervalle entspricht. Darunter, dass sich ein„Schaltverhalten zweier Schaltelemente in einem Zeitintervall von einem Schaltverhalten der beiden Schaltelemente in einem anderen Zeitintervall unterscheidet", soll insbe- sondere verstanden werden, dass die beiden Zeitintervalle unterschiedlich lang sind oder, falls die Zeitintervalle gleich lang sind, dass wenigstens eines der Schaltelemente in dem einen Zeitintervall zu einem ersten Zeitpunkt schaltet und dieses Schaltelement zu einem zweiten Zeitpunkt in dem anderen Zeitintervall inaktiv ist, wobei der zweite Zeitpunkt in dem anderen Zeitintervall gleich angeordnet ist wie der erste Zeitpunkt in dem einen Zeit- Intervall. Hierdurch kann eine hohe Schaltflexibilität erreicht werden. Insbesondere kann eine Heizleistung insbesondere bei zeitlich konstanter primitiver Periodendauer flexibel eingestellt werden.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung dazu vorgesehen, eine periodenbezogene Zeit- dauer wenigstens eines der Zeitintervalle zu verändern. Unter einer„periodenbezogenen Zeitdauer" soll insbesondere eine Zeitdauer des betreffenden Zeitintervalls, geteilt durch die primitive Periodendauer verstanden werden. Dadurch kann eine flexible Stromversorgung des Heizelements erreicht werden. Mit Vorteil ist das Schaltelement ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode. Hierdurch kann eine effiziente Benutzbarkeit erreicht werden.
Vorzugsweise weist die Kochmuldenvorrichtung wenigstens einen Schaltkreis auf, wel- eher das Schaltelement und zumindest ein weiteres Schaltelement aufweist. Dadurch kann ein effektives Erhitzen und insbesondere ein effektives elektrisches Anregen einer Spule erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Schaltkreis zumindest ein drittes Schaltelement auf. Hierdurch kann eine hohe Flexibilität erreicht werden.
Mit Vorteil weist die Kochmuldenvorrichtung wenigstens einen ersten Induktionsheizschaltkreis auf, welcher das Schaltelement aufweist. Hierdurch kann ein benutzerfreundliches Heizen erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Kochmuldenvorrichtung wenigstens einen zweiten Induktionsheizschaltkreis und zumindest eine weitere Steuereinheit aufweist, welche zumindest ein Schaltelement des zweiten Induktionsheizschaltkreises dazu veranlasst, bei dem Betriebsvorgang im Wesentlichen zeitlich periodisch mit der Periodendauer einen elektrischen Kontakt herzustellen und zu unterbrechen. Hierdurch kann ein geräuscharmes und effektives Kochen erreicht werden. Insbesondere können Geräusche vermieden werden, welche entstehen, wenn das Herstellen und Unterbrechen der Kontakte des ersten und des zweiten Induktionsheizschaltkreises mit Frequenzen vorgenommen werden, die sich unterscheiden und deren Differenz kleiner ist als 17 kHZ.
Ferner wird eine Kochmulde mit einer Kochmuldenvorrichtung vorgeschlagen, wodurch eine effektive Bauweise erreicht werden kann.
Des Weiteren wird ein Kochmuldensteuerungsverfahren, insbesondere zur wenigstens teilweisen Steuerung einer Kochmuldenvorrichtung, vorgeschlagen, bei welchem im Wesentlichen zeitlich periodisch ein elektrischer Kontakt hergestellt und unterbrochen wird und in einer primitiven Periodendauer des im Wesentlichen zeitlich periodischen Herstellens und Unterbrechens des bestimmten elektrischen Kontakts wenigstens zwei Mal der be- stimmte elektrische Kontakt hergestellt wird. Hierdurch kann eine effektive Bauweise erreicht werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeich- nung 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.
Fig. 1 Eine Draufsicht auf eine Induktionskochmulde mit einer erfindungsgemäßen Induktionskochmuldenvornchtung,
Fig. 2 ein Schaltbild eines Induktionsheizschaltkreises der Induktionskochmuldenvornchtung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung von Periodendauern zweier Spannungen, welche von zwei Steuereinheiten der Induktionskochmuldenvornchtung angelegt werden, einer Spannung zwischen zwei bestimmten Punkten des Induktionsheizschaltkreises und eines Stroms durch eine Spule des Induktionsheizschaltkreises,
Fig. 3a ein alternativer zeitlicher Verlauf der Spannungen, welche von den
zwei Steuereinheiten der Induktionskochmuldenvornchtung angelegt werden,
Fig. 4 ein weiterer alternativer zeitlicher Verlauf der Spannungen, welche
von den zwei Steuereinheiten der Induktionskochmuldenvornchtung angelegt werden, wobei jede der Spannungen in der Periodendauer ein Maximum aufweist,
Fig. 5 ein weiterer Induktionsheizschaltkreis der Induktionskochmuldenvornchtung,
Fig. 6 Leistungskurven für einen Betriebsvorgang, einen bestimmten Betriebsmodus und einen weiteren Betriebsmodus und
Fig. 7 einen alternativen Induktionsheizschaltkreis.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Induktionskochmulde mit einer erfindungsgemäßen Induktionskochmuldenvornchtung, welche Spulen 38 und eine Kochgeschirrträgerfläche 40 aufweist. Die Spulen 38 sind Heizelemente 38' und sind dazu vorgesehen, bei Kochvorgängen Wirbelströme in Kochgeschirr (nicht dargestellt) zu erzeugen, welche das Kochgeschirr erhitzen, wodurch ein Erhitzen von in dem Kochgeschirr befindlichem Gargut erfolgt. Die Induktionskochmuldenvorrichtung weist einen als Induktionsheizschaltkreis 26' (Figur 2) ausgebildeten Schaltkreis 26 auf, der eine der Spulen 38 aufweist. Ferner weist die Induktionskochmuldenvorrichtung weitere Induktionsheizschaltkreise auf, welche baugleich mit dem Induktionsheizschaltkreis 26' sind und ebenfalls eine der Spulen 38 aufweisen. Der Induktionsheizschaltkreis 26' umfasst zwei jeweils als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode ausgebildete Schaltelemente 10, 28. Des Weiteren umfasst der Induktionsheizschaltkreis 26' zwei Steuereinheiten 12, 13 welche zu einem Steuern der Schaltelemente 10, 28 vorgesehen sind.
Die Steuereinheit 12 veranlasst das Schaltelement 10 bei einem Betriebsvorgang dazu, zeitlich periodisch einen elektrischen Kontakt, und zwar einen elektrischen Kontakt zwi- sehen einem Kollektor 44 und einem Emitter 46 des als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode ausgebildeten Schaltelements 10, herzustellen und zu unterbrechen. Hierzu legt die Steuereinheit 12 eine Spannung 42 (Figur 3) zwischen einem Gate 48 des Schaltelements 10 und dem Emitter 46 an, welche in Bezug auf die Zeit eine periodische Funktion ist. Bei dem Betriebsvorgang veranlasst die Steuereinheit 12 das Schaltelement 10 dazu, während einer primitiven Periodendauer 14 des zeitlich periodischen Herstellens und Unterbrechens des elektrischen Kontakts zwei Mal den Kontakt herzustellen. Die Periodendauer 14 ist identisch mit einer Periodendauer der Spannung 42, welche eine periodische Funktion ist. Die Periodendauer 14 setzt sich aus vier direkt aufeinanderfolgenden Zeitintervallen zusammen. Zwei der Zeitintervalle sind Gesamteinschaltzeiten 16, 18, während denen die Spannung 42 bewirkt, dass der Kontakt ununterbrochen hergestellt ist. Zwei der Zeitintervalle sind Gesamtausschaltzeiten 50, 52, während denen die Spannung 42 bewirkt, dass der Kontakt unterbrochen ist. Die beiden Gesamteinschaltzeiten 16, 18 sind unterschiedlich lang. Ferner veranlasst die Steuereinheit 12 das Schaltelement 10 bei dem Betriebsvorgang dazu, den Kontakt in zwei verschiedenen Zeitabstän- den 20, 22 herzustellen. Der Zeitabstand 20 ist der zeitliche Abstand zwischen einem Herstellen des Kontakts, das am Anfang der Gesamteinschaltzeit 16 stattfindet, und einem Herstellen des Kontakts, das am Anfang der Gesamteinschaltzeit 18 stattfindet. Der Zeitabstand 22 ist der zeitliche Abstand zwischen dem Herstellen des Kontakts, das am Anfang der Gesamteinschaltzeit 18 stattfindet, und dem Herstellen des Kontakts, das sich zeitlich unmittelbar an die Gesamtausschaltzeit 52 anschließt. Die Gesamtausschaltzeit 52 folgt unmittelbar auf die Gesamteinschaltzeit 18, die Gesamtausschaltzeit 50 folgt unmittelbar auf die Gesamteinschaltzeit 16.
Parallel zu einer zeitweise vorhandenen leitenden Verbindung zwischen dem Kollektor 44 und dem Emitter 46 ist eine Diode 54 geschaltet. Das Schaltelement 28 ist ebenfalls ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode. Ferner ist der Emitter 46 leitend mit einem Kollektor 56 des Schaltelements 28 verbunden. Die Steuereinheit 13 legt bei dem Betriebsvorgang eine Spannung 58 zwischen einem Gate 64 des Schaltelements 28 und einem Emitter 60 des Schaltelements 28 an (Figuren 2 und 3). Parallel zu einer zeitweise vorhandenen leitenden Verbindung zwischen dem Kollektor 56 und dem Emitter 60 ist eine Diode 62 geschaltet. Die Spannung 58 ist derart ausgebildet, dass sie einen leitenden Kontakt zwischen dem Kollektor 56 und dem Emitter 60 immer dann bewirkt, wenn der Kontakt zwischen dem Emitter 46 und dem Kollektor 44 unterbrochen ist. Außerdem ist die Spannung 58 derart ausgebildet, dass der Kontakt zwischen dem Kollektor 56 und dem Emitter 60 immer dann unterbrochen ist, wenn der leitende Kontakt zwischen dem Emitter 46 und dem Kollektor 44 vorhanden ist.
Der Kollektor 44 ist mit einem Plus-Pol einer Spannungsquelle 66 leitend verbunden. Ferner ist der Emitter 46 leitend mit einem Minus-Pol der Spannungsquelle 66 verbunden. Die Spannungsquelle 66 liefert bei dem Betriebsvorgang Gleichstrom. Prinzipiell ist denkbar, dass die Spannungsquelle 66 einen gleichgerichteten Wechselstrom abgibt. Ein Widerstand 68, welcher einen Widerstand eines zu erhitzenden Kochgeschirrs mit einbezieht, eine der Spulen 38, welche eine Induktivität von fünfundzwanzig Mikrohenry aufweist, und ein Kondensator 70 der Kochmuldenvorrichtung sind seriell geschaltet und insgesamt parallel zu der Diode 62 geschaltet. Der Kondensator 70 weist eine Kapazität von 1440 Nanofarad auf.
In Figur 3 ist des Weiteren ein zeitlicher Verlauf eines Stroms 80, welcher bei dem Betriebsvorgang durch die Spule 38 des Schaltkreises 26 fließt, dargestellt. Ferner ist ein zeitlicher Verlauf einer Spannung 86, welche zwischen zwei Punkten 82, 84 bei dem Betriebsverlauf anliegt, dargestellt. Eine Gerade 88 bildet eine Nulllinie für den Strom 80 und die Spannung 86.
Prinzipiell ist auch denkbar, dass die Periodendauer 14 aus einzelnen Zeitintervallen T-i , T2, ... , Tn zusammengesetzt ist, wobei n eine beliebige natürliche Zahl sein kann, welche größer als Eins ist (Figur 3a). Insbesondere ist n=3. Hierbei stellt die Spannung 42 zu bestimmten Kontaktzeiten Du, D12, D1n , welche Zeitintervalle sind und welche Teile der Zeitintervalle Ti, T2, ... , Tn sind, den Kontakt zwischen dem Kollektor 44 und dem Emitter 46 her. Ferner stellt die Spannung 58 zu bestimmten Kontaktzeiten D2i, D22, D2n , wel- che Zeitintervalle sind und welche Teile der Zeitintervalle T1 ; T2, ... , Tn sind, den Kontakt zwischen dem Kollektor 56 und dem Emitter 60 her. Der Kontakt zwischen dem Kollektor 44 und dem Emitter 46 wird in jedem der Zeitintervalle T1 ; T2, ... , Tn genau ein Mal hergestellt. Ferner wird der Kontakt zwischen dem Kollektor 56 und dem Emitter 60 in jedem der Zeitintervalle T1 ; T2, ... , Tn genau ein Mal hergestellt. Zwischen den einzelnen Kon- taktzeiten Du, D12, D1n und D21, D22, D2n können nichtverschwindende Sperrzeiten du, d12,..., d1n und d21, d22,..., d2n liegen, in denen weder der Kontakt zwischen dem Kollektor 56 und dem Emitter 60 noch der Kontakt zwischen dem Kollektor 44 und dem Emitter 46 besteht. Die Steuereinheiten 12, 13, welche zusammen eine Steuervorrichtung 1 1 bilden, können die Werte der Zeitintervalle T1 ; T2, ... , Tn, der Kontaktzeiten Du, D12, D1n und der Kontaktzeiten D21, D22, D2n und der Sperrzeiten du, d12,..., d1n und der Sperrzeiten d21, d22,..., d2n variieren. Es gilt jedoch die Bedingung, dass wenigstens eines der Zeitintervalle T1 ; T2, ... , Tn anders aufgebaut ist und/oder eine andere Länge aufweist als wenigstens ein anderes der Zeitintervalle T1 ; T2, ... , Tn. Insbesondere ist denkbar, dass die Sperrzeiten du, d12,..., d1n und die Sperrzeiten d21, d22,..., d2n gleich Null sind und/oder die Kontaktzeiten Du, D12, D1n und die Kontaktzeiten D21, D22, D2n jeweils eine Hälfte desjenigen Zeitintervalls, dessen Teil sie sind, bilden oder die Kontaktzeiten Du, D12, D1n und die Kontaktzeiten D21, D22, D2n jeweils von einer Hälfte desjenigen Zeitintervalls, dessen Teil sie sind, abweichen. Nachfolgend werden mehrere Zeitintervall-Schaltarten, mit welchen die Steuervorrichtung 1 1 die Schaltelemente 10 und 28 schalten kann, anhand des Zeitintervalls T2 beschrieben, d. h. dass jedes bei einer Beschreibung der jeweiligen Zeitintervall-Schaltart beschriebene Schalten eines Schaltelements 10, 28 innerhalb des Zeitintervalls T2 stattfindet.
In einer ersten Zeitintervall-Schaltart schaltet die Steuervorrichtung 1 1 ein erstes der Schaltelemente 10, 28 auf Durchläse, stellt also eine leitende Verbindung zwischen dem Emitter 46, 60 und dem Kollektor 44, 56 des betreffenden Schaltelements 10, 28 her, während das Heizelement 38' Strom führt. Ferner schaltet die Steuervorrichtung 1 1 ein zweites der Schaltelemente 10, 28 auf Durchläse, während das Heizelement 38' stromlos ist. Des Weiteren schaltet die Steuervorrichtung 1 1 beide Schaltelemente 10, 28 in einen Sperrzustand, unterbricht also leitende Verbindungen, welche innerhalb beider Schaltelemente 10, 28 zwischen den jeweiligen Emittern 46, 60 und Kollektoren 44, 56 bestehen, während das Heizelement 38' Strom führt. Eine der Sperrzeiten d12, d22 kann hierbei eine Totzeit eines der Schaltelemente 10, 28 sein.
Eine zweite Zeitintervall-Schaltart unterscheidet sich von der ersten Zeitintervall-Schaltart nur dadurch, dass eines der Schaltelemente 10, 28 in den Sperrzustand geschaltet wird, während eine leitende Verbindung zwischen dem Emitter 46, 60 und dem Kollektor 44, 56 des betreffenden Schaltelements 10, 28 stromlos ist. Insbesondere bei der ersten und der zweiten Zeitintervall-Schaltart kann die Steuervorrichtung 1 1 einen ersten und/oder einen zweiten periodenbezogenen Zeitabstand p12, P22 während eines Betriebsablaufs zur Veränderung einer Heizleistung des Heizelemetns 38' verändern. Der erste periodenbezogene Zeitabstand p12 ist die Sperrzeit d12, geteilt durch die primitive Periodendauer 14. Der zweite periodenbezogene Zeitabstand p22 ist die Sperrzeit d22, geteilt durch die primitive Periodendauer 14.
Eine dritte Zeitintervall-Schaltart unterscheidet sich von der ersten Zeitintervall-Schaltart nur dadurch, dass beide Schaltelemente 10, 28 auf Durchläse geschaltet werden, wäh- rend das Heizelement 38' stromlos ist, und d12+D12=0,5 gilt.
Eine vierte Zeitintervall-Schaltart unterscheidet sich von der ersten Zeitintervall-Schaltart nur dadurch, dass d12+D12 ungleich 0,5 ist. Eine fünfte Zeitintervall-Schaltart unterscheidet sich von der zweiten Zeitintervall-Schaltart nur dadurch, dass eines der Schaltelemente 10, 28 in den Sperrzustand geschaltet wird, während eine leitende Verbindung zwischen dem Emitter 46, 60 und dem Kollektor 44, 56 des betreffenden Schaltelements 10, 28 stromlos ist. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 1 1 bei einem Betrieb der Kochmuldenvorrichtung die Schaltelemente 10, 28 derart steuern, dass die Schaltelemente 10, 28 in jedem der Zeitintervalle Τ1 ; T2, ... , Tn in einer der fünf beschriebenen Zeitintervall-Schaltarten geschaltet wird, wobei sich die Zeitintervall-Schaltarten der einzelnen Zeitintervalle T-i, T2, ... , Tn unterscheiden können. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 1 1 bei einem Betrieb der Kochmuldenvorrichtung die Gesamtanzahl n der Zeitintervalle Ti, T2, ... , Tn, aus denen die Periodendauer 14 besteht, zur Veränderung einer Heizleistung des Heizelements 38' verändern. Ferner kann die Steuervorrichtung 1 1 bei einem Betrieb der Kochmuldenvorrichtung einen Quo- tienten zwischen einem der Zeitintervalle T-i, T2, ... , Tn und der Periodendauer 14 zur Veränderung einer Heizleistung des Heizelements 38' verändern.
Insbesondere kann bei einem bestimmten Betrieb der Kochmuldenvorrichtung gelten, dass für jedes Zeitintervall T-i , T2,..., Tn eines Großteils der Zeitintervalle T-i , T2, ..., Tn gilt, dass sich ein Schaltverhalten der beiden Schaltelemente 10, 28 in dem betreffenden Zeitintervall T-i , T2, ..., Tn sich von jedem einzelnen Schaltverhalten der beiden Schaltelemente 10, 28, welches diese in einem Großteil der Zeitintervalle T-i , T2, ..., Tn besitzen, unterscheidet.
In einem bestimmten Betriebsmodus veranlasst die Steuereinheit 12 das Schaltelement 10 dazu, den Kontakt zwischen dem Kollektor 44 und dem Emitter 46 periodisch herzustellen, wobei das Schaltelement 10 den Kontakt in einer Periodendauer 24 genau ein Mal herstellt und ein Mal unterbricht (Figuren 2 und 4). In diesem Betriebsmodus veranlasst die Steuereinheit 13 das Schaltelement 28 dazu, den Kontakt zwischen dem Kollektor 56 und dem Emitter 60 periodisch herzustellen, wobei das Schaltelement 28 den Kontakt in der Periodendauer 24 genau ein Mal herstellt und ein Mal unterbricht. Der Kontakt zwischen dem Kollektor 44 und dem Emitter 46 ist während der Periodendauer 24 ununterbrochen während eines Zeitintervalls 71 hergestellt, welches bei dem Beginn der Periodendauer 24 beginnt und kleiner ist als eine Hälfte der Periodendauer 24. Während des Zeitintervalls 71 ist der Kontakt zwischen dem Kollektor 56 und dem Emitter 60 unterbrochen. Die Periodendauer 24 besteht aus dem Zeitintervall 71 und einem Zeitintervall 72. In dem Zeitintervall 72 ist der Kontakt zwischen dem Kollektor 44 und dem Emitter 46 unterbrochen und der Kontakt zwischen dem Kollektor 56 und dem Emitter 60 hergestellt. In einem weiteren Betriebsmodus bilden die Zeitintervalle 71 , 72 jeweils eine Hälfte der Periodendauer 24.
Figur 6 zeigt eine Leistungskurve 90 des Induktionsheizschaltkreises 26' bei dem Betriebsablauf, eine Leistungskurve 91 des Induktionsheizschaltkreises 26' in dem bestimmten Betriebsmodus und eine Leistungskurve 92 des Induktionsheizschaltkreises 26' in dem weiteren Betriebsmodus. Die Leistungskurven 90 bis 92 sind jeweils geschlossen. Ferner umgrenzen die Leistungskurven 90, 91 jeweils eine Fläche. Entlang einer Abszisse 94 ist eine Frequenz, welche für die Leistungskurve 90 das Inverse der Periodendauer 14, also Eins geteilt durch die Periodendauer 14 und welche für die Leistungskurven 91 , 92 das Inverse der Periodendauer 24 ist, aufgetragen. An einer Ordinate 96 ist eine von der Spule 38 des Induktionsheizschaltkreises 26' erbrachte Heizleistung abgetragen. Durch eine Variation der Periodendauer 14, der Zeitabstände 20, 22, der Gesamteinschaltzeiten 16, 18 und der Gesamtausschaltzeiten 50, 52 und von Sperrzeiten, welche zwischen die Gesamteinschaltzeiten 16, 18 und die Gesamtausschaltzeiten 50, 52 eingefügt werden können und welche in Figur 3a d2i , d22 und du, d12 genannt wurden und in welchen beide Schaltelemente 10, 28 keinen Kontakt herstellen, ist erreichbar, dass die Spule 38 des Induktionsheizschaltkreises 26' in einer durch einen Punkt der Fläche, die durch die Leistungskurve 90 umrandet wird, beschriebenen Weise funktioniert, und zwar bei einem durch den Punkt der Fläche definierten Wert der Periodendauer 14 eine durch den Punkt der Fläche bestimmte Leistung erbringt. Eine analoge Bedeutung hat diejenige Fläche, die von der Leistungskurve 91 umrandet wird, wobei die Fläche durch eine Variation des Zeitintervalls 71 und der Frequenz entsteht. Für einen bestimmten Wert der Frequenz ist die Leistung, welche die Spule 38 erbringt, bei dem Betriebsablauf verschieden von denjenigen Leistungen, welche die Spule 38 in dem bestimmten Betriebsmodus und in dem weiteren Betriebsmodus erbringt. Für die in Figur 6 dargestellten Leistungskurve 90, 91 , 92 ist ein sogenannter Power factor gleich 0,5, wobei der Power factor durch
gegeben ist. Hierbei ist R ein Wert des Widerstands 68, L die Induk-
tivität der Spule 38 und f der Wert der Frequenz.
Die weiteren Induktionsheizschaltkreise sind baugleich mit dem Induktionsheizschaltkreis 26'. Einer der weiteren Induktionsheizschaltkreise 32 (Figuren 1 und 5) weist Steuereinheiten 34, 35 und Schaltelemente 36, 37 auf, die von den Steuereinheiten 34, 35 bei dem Betriebsvorgang dazu veranlasst werden, zeitlich periodisch mit der Periodendauer 14 elektrische Kontakte herzustellen und zu unterbrechen. Der Induktionsheizschaltkreis 32 und der Induktionsheizschaltkreis 26' sind Teil einer elektronischen Baugruppe, die aus den Induktionsheizschaltkreisen 32, 26' besteht. Dabei funktioniert der Induktionsheizschaltkreis 32 in dem bestimmten oder in dem weiteren Betriebsmodus, wodurch erreicht wird, dass die Spulen 38 der Induktionsheizschaltkreise 26', 32 mit unterschiedlichen Ausgangsleistungen betrieben werden können und die Kochmuldenvorrichtung dabei besonders geräuscharm funktioniert. Dabei kann vorteilhaft vermieden werden, dass die Induktionsheizschaltkreise 26' und 32 mit unterschiedlichen Periodendauern betrieben werden. Unterschiedliche Ausgangsleistungen sind z. B. dann vorteilhaft, wenn mit den Induktionsheizschaltkreisen 32, 26' unterschiedliches Kochgeschirr verschieden erhitzt werden soll.
In Figur 7 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile, Merkmale und Funktionen sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist jedoch den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in der Figur 7 der Buchstabe„a" hinzugefügt. Die nach- folgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 6, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 6 verwiesen werden kann. Figur 7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Schaltkreises 26a, und zwar eines Induktionsheizschaltkreises 26'a. Im Gegensatz zu dem Induktionsheizschaltkreis 26', der eine so genannte half-bridge Topologie aufweist, weist der Induktionsheizschaltkreis 26'a eine full-bridge Topologie auf. Der Induktionsheizschaltkreis 26'a umfasst Steuereinheiten 12a, 13a und umfasst ferner zwei weitere Steuereinheiten 74a, 76a. Des Weiteren um- fasst der Induktionsheizschaltkreis 26'a zwei zusätzliche Schaltelemente 30a, 31 a, welche als Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode ausgebildet sind, und zwei weitere Dioden 78a. Bei einem Betrieb des Induktionsheizschaltkreises 26'a geben die Steuereinheiten 12a und 76a jeweils die Spannung 42 (Figur 3) ab. Bei dem Betrieb geben die Steuereinheiten 13a und 74a die Spannung 58 ab. Die Schaltelemente 10a, 28a, 30a, 31 a sind baugleich.
Bezugszeichen
10 Schaltelement 48 Gate
1 1 Steuervorrichtung 50 Gesamtausschaltzeit
12 Steuereinheit 52 Gesamtausschaltzeit
13 Steuereinheit 54 Diode
14 Periodendauer 56 Kollektor
16 Gesamteinschaltzeit 58 Spannung
18 Gesamteinschaltzeit 60 Emitter
20 Zeitabstand 62 Diode
22 Zeitabstand 64 Gate
24 Periodendauer 66 Spannungsquelle
26 Schaltkreis 68 Widerstand
26' Induktionsheizschaltkreis 70 Kondensator
28 Schaltelement 71 Zeitintervall
30 Schaltelement 72 Zeitintervall
31 Schaltelement 74 Steuereinheit
32 Induktionsheizschaltkreis 76 Steuereinheit
34 Steuereinheit 78 Diode
35 Steuereinheit 80 Strom
36 Schaltelement 82 Punkt
37 Schaltelement 84 Punkt
38 Spule 86 Spannung
38' Heizelement 88 Gerade
40 Kochgeschirrträgerfläche 90 Leistungskurve
42 Spannung 91 Leistungskurve
44 Kollektor 92 Leistungskurve
46 Emitter 94 Abszisse 96 Ordinate
Τι Zeitintervall τ2 Zeitintervall
Τη Zeitintervall
Ρ12 Zeitabstand
Ρ22 Zeitabstand du Sperrzeit d21 Sperrzeit dl2 Sperrzeit d22 Sperrzeit dm Sperrzeit d2n Sperrzeit
Du Kontaktzeit
D21 Kontaktzeit
D12 Kontaktzeit
D22 Kontaktzeit
D1n Kontaktzeit
D2n Kontaktzeit

Claims

Patentansprüche
Kochmuldenvorrichtung, insbesondere Induktionskochmuldenvorrichtung, mit wenigstens einem Schaltelement (10; 10a) und zumindest einer Steuereinheit (12; 12a), welche das Schaltelement (10; 10a) bei wenigstens einem Betriebsvorgang dazu veranlasst, im Wesentlichen zeitlich periodisch einen bestimmten elektrischen Kontakt herzustellen und zu unterbrechen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (12; 12a) das Schaltelement (10; 10a) bei dem Betriebsvorgang dazu veranlasst, in einer primitiven Periodendauer (14) des im Wesentlichen zeitlich periodischen Herstellens und Unterbrechens des bestimmten elektrischen Kontakts wenigstens zwei Mal den bestimmten elektrischen Kontakt herzustellen.
Kochmuldenvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei Gesamteinschaltzeiten (16, 18), während welchen der Kontakt ununterbrochen während der Periodendauer (14) hergestellt ist, sich unterscheiden.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (12; 12a) das Schaltelement (10; 10a) bei dem Betriebsvorgang dazu veranlasst, den Kontakt in wenigstens zwei verschiedenen Zeitabständen (20, 22) herzustellen.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (12; 12a) das Schaltelement (10; 10a) in wenigstens einem Betriebsmodus dazu veranlasst, den Kontakt im Wesentlichen periodisch und zwar genau ein Mal während einer Periodendauer (24) herzustellen.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (12; 12a) dazu vorgesehen ist, das Schaltelement (10; 10a) dazu zu veranlassen, den Kontakt zu unterbrechen, während das Schaltelement (10; 10a) stromlos ist.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
wenigstens eine Steuervorrichtung (1 1 ; 1 1 a), welche dazu vorgesehen ist, das Schaltelement (10; 10a) dazu zu veranlassen, den Kontakt zumindest ein Mal herzustellen oder zu unterbrechen, während ein Heizelement (38'; 38'a) stromlos ist, und ein weiteres Schaltelement (28; 28a) dazu zu veranlassen, einen weiteren Kontakt zumindest ein Mal herzustellen, während das Heizelement (38'; 38'a) Strom führt.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
wenigstens eine Steuervorrichtung (1 1 ; 1 1 a), welche dazu vorgesehen ist, einen zwischen einer Durchlass-Zeitspanne (D12) des Schaltelements (10; 10a) und einer Durchlass-Zeitspanne (D2i) eines weiteren Schaltelements (28; 28a) bestehenden periodenbezogenen Zeitabstand (pi2), welcher innerhalb der primitiven Periodendauer (14) besteht, und einen weiteren periodenbezogenen Zeitabstand (p22), der zwischen der Durchlass-Zeitspanne (D12) des Schaltelements (10; 10a) und einer weiteren Durchlass-Zeitspanne (D22) des weiteren Schaltelements (28; 28a) besteht und innerhalb derselben primitiven Periodendauer (14) verstreicht, zur Veränderung einer Heizleistung eines Heizelements (38'; 38'a) zu verändern.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (12; 12a) dazu vorgesehen ist, eine Gesamtanzahl davon, wie oft der Kontakt während der primitiven Periodendauer (14) hergestellt wird, zu verändern.
9. Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine Steuervorrichtung (1 1 ; 1 1 a), welche bei dem Betriebsablauf das Schaltelement (10; 10a) und ein weiteres Schaltelement (28; 28a) derart schaltet, dass die primitive Periodendauer (14) aus wenigstens drei Zeitintervallen (T-i , T2, ..., Tn) besteht, in welchen das Schaltelement (10; 10a) den Kontakt genau ein Mal herstellt und das weitere Schaltelement (28; 28a) einen weiteren Kontakt genau ein Mal herstellt und jedes der Zeitintervalle (T-i , T2, ..., Tn) an einem Zeitpunkt endet, an dem das weitere Schaltelement (28; 28a) den weiteren Kontakt unterbricht.
10. Kochmuldenvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
für jedes Zeitintervall (T-i , T2,..., Tn) eines Großteils der Zeitintervalle (T-i , T2, ..., Tn) gilt, dass sich ein Schaltverhalten der beiden Schaltelemente (10, 28; 10a, 28a) in dem betreffenden Zeitintervall (T-i , T2, ..., Tn) sich von einem Schaltverhalten der beiden Schaltelemente (10, 28; 10a, 28a) in einem Großteil der Zeitintervalle (T1 ; T2, ..., Tn) unterscheidet.
1 1. Kochmuldenvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuervorrichtung (1 1 ; 1 1 a) dazu vorgesehen ist, eine periodenbezogene Zeitdauer wenigstens eines der Zeitintervalle (T-i , T2, ..., Tn) zu verändern.
12. Kochmulde mit einer Kochmuldenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 .
13. Kochmuldensteuerungsverfahren, insbesondere zur wenigstens teilweisen Steuerung einer Kochmuldenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , bei welchem im Wesentlichen zeitlich periodisch ein bestimmter elektrischer Kontakt hergestellt und unterbrochen wird und in einer primitiven Periodendauer (14) des im Wesentlichen zeitlich periodischen Herstellens und Unterbrechens des bestimmten elektrischen Kontakts wenigstens zwei Mal der bestimmte elektrische Kontakt hergestellt wird.
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