EP2564666B1

EP2564666B1 - Kochmuldenvorrichtung

Info

Publication number: EP2564666B1
Application number: EP11720183.0A
Authority: EP
Inventors: Daniel Anton Falcon; Carlos Bernal Ruiz; José Miguel Burdio Pinilla; Jose Maria De La Cuerda Ortin; Jose-Ramon Garcia Jimenez; Pablo Jesus Hernandez Blasco; Sergio Llorente Gil; Oscar Lucia Gil; Arturo Mediano Heredia; Ignacio Millan Serrano; Fernando Monterde Aznar; Daniel Moros Sanz; Jose Joaquin Paricio Azcona; Diego Puyal Puente; Jose Ignacio Artigas Maestre; Luis Angel Barragan Perez; Claudio Carretero Chamarro; Oscar Jimenez Navascues; Denis Navarro Tabernero; Isidro Urriza Parroque
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2031-04-01
Also published as: CN102860124B; ES2385091A1; US10136478B2; PL2564666T3; WO2011135470A1; US20130043239A1; CN102860124A; ES2634946T3; EP2564666A1; ES2385091B1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kochmuldenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist eine Kochmulde mit einem Wechselrichter bekannt, mittels dem eine Stromzuleitung unterbrechbar und herstellbar ist, durch die bei einem Betriebsvorgang ein mittels einer Stromnetzspannung generierter Strom fließt und die zu einem Schaltelement führt. Die Kochmulde weist eine Steuervorrichtung auf, welche bei dem Betriebsvorgang den Wechselrichter derart steuert, dass der Wechselrichter die Stromzuleitung während eines gesamten Zeitintervalls unterbricht. Ferner veranlasst die Steuervorrichtung bei dem Betriebsvorgang, dass unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Zeitintervall die Stromzuleitung hergestellt ist. Des Weiteren veranlasst die Steuervorrichtung ein Schalten des Schaltelements, das während des Zeitintervalls beginnt und endet und das das Schaltelement in eine bestimmte Schaltstellung bringt. Das Schaltelement verharrt während eines Kochvorgangs in der Schaltstellung, wobei Strom während des Kochvorgangs durch das Schaltelement fließt und der Strom zu einem induktiven Erhitzen eines Kochgeschirrs dient.
Ferner ist eine Kochmulde mit einem Wechselrichter und mit zwei Heizelementen bekannt, welche bei einem einzigen Betriebsvorgang von einem einzigen Wechselrichter abwechselnd mit Leistung versorgt werden. Eine Schaltstellung eines SPDT-Relais bestimmt, welches der beiden Heizelemente mit Leistung versorgt wird. An dem Wechselrichter liegt eine gleichgerichtete Wechselspannung an. Während eines Schaltens des Relais weist die gleichgerichtete Wechselspannung ein Minimum auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer hohen Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können. Das Dokument DE 3610196 A1 offenbart eine Kochmuldenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Es wird vorgeschlagen, dass das erste Zeitintervall kleiner ist als eine halbe Periodendauer der Stromnetzspannung. Unter einer "Schalteinheit" soll insbesondere eine Baueinheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen und zu unterbrechen, wobei die Baueinheit hierzu vorzugsweise einen Transistor aufweist. Unter "vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgestattet und/oder speziell ausgelegt und/oder speziell programmiert verstanden werden. Unter einer "Stromzuleitung" soll insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung verstanden werden. Unter einer "Stromnetzspannung" soll insbesondere eine periodische Spannung verstanden werden, mit welcher in einem Kraftwerk, wie insbesondere einem Kernkraftwerk oder einem Kohlekraftwerk, erzeugter Strom, nachdem er mittels Stromleitungen von dem Kraftwerk zu einem Verbraucherhaushalt geleitet wurde, an den Verbraucherhaushalt abgegeben wird, wobei ein Effektivwert der Spannung vorzugsweise 230 V beträgt und wobei vorzugsweise eine Frequenz der periodischen Spannung 50 Hz oder 60 Hz beträgt. Unter einem "mittels einer Stromnetzspannung generierten Strom" soll insbesondere ein durch ein Wirken der Stromnetzspannung verursachter Strom verstanden werden, wobei der Strom vorzugsweise ein gleichgerichteter Einphasenwechselstrom ist und besonders bevorzugt eine Frequenz von 100 Hz oder 120 Hz aufweist. Darunter, dass die "Schalteinheit die Stromzuleitung während eines gesamten Zeitintervalls unterbricht", soll insbesondere verstanden werden, dass die Schalteinheit bewirkt, dass die Stromzuleitung während des gesamten Zeitintervalls undurchlässig für elektrischen Strom ist. Unter einem "Schalten" des Schaltelements soll insbesondere ein Lösen einer elektrisch leitenden Verbindung, welche das Schaltelement in wenigstens einem Betriebszustand aufweist, und/oder ein Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung verstanden werden. Darunter, dass das Schalten "während des Zeitintervalls beginnt und endet", soll für denjenigen Fall, dass das Schalten aus einem Lösen der elektrisch leitenden Verbindung besteht, insbesondere verstanden werden, dass die leitende Verbindung des Schaltelements während des Zeitintervalls zunächst besteht und ein Zustand des Schaltelements sich während des Zeitintervalls derart verändert, dass die leitende Verbindung zu wenigstens einem Zeitpunkt des Zeitintervalls vollständig unterbrochen ist. Darunter, dass das Schalten "während des Zeitintervalls beginnt und endet", soll für denjenigen Fall, dass das Schalten aus einem Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung besteht, insbesondere verstanden werden, dass die leitende Verbindung des Schaltelements während des Zeitintervalls zunächst vollständig unterbrochen ist und ein Zustand des Schaltelements sich während des Zeitintervalls derart verändert, dass die leitende Verbindung zu wenigstens einem Zeitpunkt des Zeitintervalls vollständig besteht, wobei insbesondere in demjenigen Fall, in welchem bei dem Herstellen der leitende Verbindung zwei Kontakte des Schaltelements aufeinanderprallen, das Aufeinanderprallen vor einem Ende des Zeitintervalls vollständig abgeschlossen ist. Darunter, dass das Schalten "während des Zeitintervalls beginnt und endet", soll für den Fall, dass das Schalten aus einem Lösen einer ersten elektrisch leitenden Verbindung des Schaltelements und einem Herstellen einer zweiten elektrisch leitenden Verbindung des Schaltelements besteht, insbesondere verstanden werden, dass die erste leitende Verbindung des Schaltelements während des Zeitintervalls zunächst besteht und ein Zustand des Schaltelements sich während des Zeitintervalls derart verändert, dass die erste leitende Verbindung zu wenigstens einem Zeitpunkt des Zeitintervalls vollständig unterbrochen ist und dass die zweite leitende Verbindung des Schaltelements während des Zeitintervalls zunächst vollständig unterbrochen ist und ein Zustand des Schaltelements sich während des Zeitintervalls derart verändert, dass die zweite leitende Verbindung zu wenigstens einem Zeitpunkt des Zeitintervalls vollständig besteht, wobei insbesondere in demjenigen Fall, in welchem bei dem Herstellen der zweiten leitende Verbindung zwei Kontakte des Schaltelements aufeinanderprallen, das Aufeinanderprallen vor einem Ende des Zeitintervalls vollständig abgeschlossen ist. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Insbesondere kann eine kostengünstige Bauweise zusammen mit einer hohen Heiz-Effizienz erreicht werden. Im Besonderen können eine kostengünstige Bauweise des Schaltelements und eine hohe Lebensdauer des Schaltelements kombiniert mit einer bei einem einzigen Betriebsablauf stattfindenden Stromversorgung zweier verschiedener Heizelemente, welche jeweils zu verschiedenen Kochvorgängen beitragen, durch einen einzigen Wechselrichter erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass das Schaltelement bei dem Betriebsablauf schonend geschaltet wird, indem bei einem Unterbrechen einer ersten elektrisch leitenden Verbindung und bei einem Herstellen einer zweiten elektrisch leitenden Verbindung durch das Schaltelement kein Strom durch die Verbindungen fließt. Außerdem kann insbesondere eine zeitlich gleichmäßige Belastung eines Stormnetzes erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Kochmuldenvorrichtung wenigstens eine Spannungsversorgungseinheit aufweist, welche bei dem Betriebsvorgang eine zeitabhängige Spannung, welche im Wesentlichen in einer Mitte des ersten Zeitintervalls eine Minimumsstelle aufweist, an die Schalteinheit anlegt. Unter einer "Mitte" des ersten Zeitintervalls soll insbesondere ein Zeitpunkt verstanden werden, der von einem Ende und einem Anfang des Zeitintervalls einen gleichen zeitlichen Abstand besitzt. Unter einer "Minimumsstelle" der Spannung soll insbesondere ein Zeitpunkt verstanden werden, an welchem die Spannung ein Minimum aufweist. Unter einem "Minimum" der zeitabhängigen Spannung soll insbesondere ein Spannungswert der Spannung zu einem bestimmten Zeitpunkt verstanden werden, welcher innerhalb eines Zeitintervalls liegt, in welchem die Spannung nur Werte annimmt, welche größer oder gleich groß sind wie der Spannungswert, wobei sich der Zeitpunkt von einem Anfangspunkt und einem Endpunkt des letztgenannten Zeitintervalls unterscheidet. Darunter, dass die Spannung "im Wesentlichen" in der Mitte des ersten Zeitintervalls eine Minimumsstelle aufweist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Minimumsstelle höchstens 25 Prozent, vorzugsweise höchstens 10 Prozent und besonders bevorzugt höchstens 2 Prozent einer Gesamtdauer des Zeitintervalls von der Mitte beabstandet ist. Hierdurch kann eine komfortable Benutzbarkeit der Kochmuldenvorrichtung erreicht werden. Insbesondere kann eine gleichmäßige Belastung des Stromnetzes bei einem Betrieb der Kochmuldenvorrichtung erreicht werden.
Vorzugsweise ist das erste Zeitintervall wenigstens zwei Millisekunden groß. Dadurch kann zuverlässig ein schonendes Schalten während des ersten Zeitintervalls erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass ein Schaltvorgang des Schaltelements zuverlässig innerhalb des ersten Zeitintervalls anfängt und endet.
Mit Vorteil ist das erste Zeitintervall wenigstens vier Millisekunden groß. Damit kann besonders zuverlässig ein schonendes Schalten erreicht werden. Insbesondere können Abweichungen einer Reaktionszeit des Schaltelements von einer Ansteuerung bis zu einem Beginn eines Schaltvorgangs von einer Soll-Reaktionszeit kompensiert werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung bei dem Betriebsvorgang die Schalteinheit dazu veranlasst, die Stromzuleitung periodisch jeweils für wenigstens eine gesamte Zeitspanne, welche im Wesentlichen gleich lang ist wie das erste Zeitintervall, zu unterbrechen. Unter einer Zeitpanne, welche "im Wesentlichen" gleich lang ist wie das erste Zeitintervall, soll insbesondere eine Zeitspanne verstanden werden, deren Länge um höchstens vierzig Prozent, vorzugsweise um höchsten zehn Prozent und besonders bevorzugt um höchstens zwei Prozent von einer Länge des ersten Zeitintervalls abweicht. Hierdurch kann eine effiziente Bauweise erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass ein einziger Wechselrichter bei einem Betriebsvorgang, bei welchem zwei verschiedene Heizelemente zur Durchführung zweier verschiedener Kochvorgänge betrieben werden, Strom zu beiden Heizelementen weiterleitet.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Kochmuldenvorrichtung das erste und wenigstens ein zweites Schaltelement aufweist, welches seriell zu dem ersten Schaltelement geschaltet ist, und die Steuervorrichtung das zweite Schaltelement in einem zweiten Zeitintervall schaltet und die Steuervorrichtung während des gesamten zweiten Zeitintervalls die Stromzuleitung mittels der Schalteinheit unterbricht und die Steuervorrichtung mittels der Schalteinheit veranlasst, dass unmittelbar vor und unmittelbar nach dem zweiten Zeitintervall Strom durch die Stromzuleitung fließt. Darunter, dass die Steuervorrichtung das zweite Schaltelement "in einem zweiten Zeitintervall schaltet", soll insbesondere verstanden werden, dass die Steuervorrichtung ein Schalten des zweiten Schaltelements veranlasst, welches während des zweiten Zeitintervalls beginnt und endet. Hierdurch kann eine hohe Lebensdauer des zweiten Schaltelements erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung die Schalteinheit in einem ersten Zeitabschnitt, welcher dem ersten Zeitintervall unmittelbar vorangeht, mit einem ersten Satz von Schaltparametern schaltet und die Steuervorrichtung die Schalteinheit in einem zweiten Zeitabschnitt, welcher unmittelbar auf das erste Zeitintervall folgt, mit einem zweiten Satz von Schaltparametern schaltet, welcher sich von dem ersten Satz von Schaltparametern unterscheidet. Darunter, dass die Steuervorrichtung die Schalteinheit in einem zweiten Zeitabschnitt mit einem zweiten Satz von Schaltparametern schaltet, welcher sich von dem ersten Satz von Schaltparametern "unterscheidet", mit welchem die Steuervorrichtung die Schalteinheit in dem ersten Zeitabschnitt schaltet, soll insbesondere verstanden werden, dass eine Schaltfrequenz der Schalteinheit in den beiden Zeitabschnitten verschieden ist oder, falls die Schaltfrequenzen gleich sind, dass die Schalteinheit in einer Periodendauer in dem ersten Zeitabschnitt bei einem bestimmten Bruchteil der Periodendauer schaltet und die Schalteinheit in einer Periodendauer in dem zweiten Zeitabschnitt zum Zeitpunkt des Bruchteils der Periodendauer inaktiv ist. Hierdurch kann eine hohe Flexibilität erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass eine an verschiedene Heizelemente nacheinander abgegebene Leistung im Wesentlichen gleich ist, wodurch insbesondere das Stromnetz gleichmäßig belastet wird.
Vorzugsweise weist die Schalteinheit wenigstens zwei Wechselrichter auf, welche dazu vorgesehen sind, einen Stromfluss durch das erste Schaltelement zu beeinflussen. Dadurch kann eine hohe Flexibilität erreicht werden.
Mit Vorteil ist das erste Schaltelement ein Relais, welches wenigstens eine Spule aufweist. Hierdurch kann eine kostengünstige Bauweise erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit wenigstens einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode aufweist. Dadurch kann eine effiziente Leistungssteuerung erreicht werden.
Außerdem wird eine Kochmulde mit einer Kochmuldenvorrichtung vorgeschlagen, wodurch eine hohe Effizienz erreicht werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbereibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.
Es zeigen:

Fig. 1: eine Draufsicht auf eine Kochmulde mit einer erfindungsgemäßen Kochmuldenvorrichtung,
Fig. 2a: eine Schaltung der Kochmuldenvorrichtung in einem ersten Zustand,
Fig. 2b: die Schaltung der Kochmuldenvorrichtung in einem zweiten Zustand,
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines Schaltvorgangs, wobei auf einer Abszisse die Zeit aufgetragen ist,
Fig. 4: eine Darstellung einer Periodendauer und
Fig. 5: die Schaltung in einem dritten Zustand.

Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Kochmulde mit einer erfindungsgemäßen, als Induktionskochmuldenvorrichtung ausgebildeten Kochmuldenvorrichtung, welche mehrere Kochzonen 34 aufweist. Eine Schaltung 36 (Figur 2a) der Kochmuldenvorrichtung weist vier als Spulen ausgebildete Heizelemente L₁, L₂, L₃, L₄ auf, welche alle gleichzeitig auf unterschiedlichen Leistungsstufen betreibbar sind. Jedem der Heizelemente L₁, L₂, L₃, L₄ ist eine der Kochzonen 34 zugeordnet, so dass bei einer Benutzung der Kochmulde jedes Heizelement L₁ genau ein Kochgeschirrelement, also z. B. einen Topf oder eine Pfanne, erhitzt. Die Schaltung 36 weist eine Schalteinheit 10 auf, welche durch einen ersten und einen zweiten Wechselrichter 28, 30 gebildet ist. Der erste Wechselrichter 28 weist einen ersten Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (hierfür wird im Folgenden die Abkürzung "IGBT" verwendet) 32 und einen zweiten IGBT 33 auf. Ferner weist der Wechselrichter 30 einen ersten IGBT 44 und einen zweiten IGBT 46 auf.
Des Weiteren weist die Schaltung 36 eine länderspezifische Wechselstromspannungsquelle U auf, welche eine Stromnetzspannung mit einem Effektivwert von 230 V und einer Frequenz von 50 Hz liefert. Die beschriebene Kochmuldenvorrichtung ist insbesondere zu einem Betrieb in Europe vorgesehen. Für Kochmuldenvorrichtungen, welche zu einem Betrieb in den USA vorgesehen sind, liefert eine entsprechende Wechselstromspannungsquelle eine Stromnetzspannung mit 60 Hz. Die Spannung der Wechselstromspannungsquelle U durchläuft zunächst einen Filter 40 der Schaltung 36, der hochfrequentes Rauschen eliminiert und im Wesentlichen ein Tiefpass-Filter ist. Eine von dem Filter 40 gefilterte Spannung wird von einem Gleichrichter 42 der Schaltung 36, welcher als Brückengleichrichter ausgebildet sein kann, gleichgerichtet, so dass an einem Ausgang des Gleichrichters 42 eine gleichgerichtete Spannung U_g (Figur 3) abgegeben wird, die zwischen einem Kollektor des IGBTs 32 und einem Emitter des IGBTs 33 anliegt. Die gleichgerichtete Spannung U_g liegt ferner zwischen einem Kollektor des IGBTs 44 und an einem Emitter des IGBTs 46 an. Des Weiteren weist die Schaltung 36 zwei Kondensatoren C₁, C₂ auf. Jeweils ein erster Kontakt der Kondensatoren C₁, C₂ ist leitend mit dem Kollektor des IGBTs 32 und leitend mit einem Kollektor des IGBTs 44 verbunden. Ferner ist jeweils ein zweiter Kontakt der Kondensatoren C₁, C₂ leitend mit dem Emitter des IGBTs 33 und leitend mit dem Emitter des IGBTs 46 verbunden. Ein Emitter des IGBTs 32 ist leitend mit einem Kollektor des IGBTs 33 verbunden. Außerdem ist ein Emitter des IGBTs 44 leitend mit einem Kollektor des IGBTs 46 verbunden.
Des Weiteren weist die Schaltung 36 ein als Relais S₁' ausgebildetes Schaltelement S₁ und fünf weitere Relais S₂, S₃, S₄, S₅, S₆ auf. Die Relais S₁', S₂, S₃, S₄, S₅, S₆ sind SPDT-Relais und baugleich. Jedes der Relais S₁', S₂, S₃, S₄, S₅, S₆ weist einen ersten, einen zweiten und einen dritten Kontakt und eine Spule auf, wobei der erste Kontakte durch eine entsprechende Ansteuerung der Spule wahlweise mit dem zweiten oder dem dritten Kontakt leitend verbindbar ist.
Der erste Kontakt des Relais S₃ ist leitend mit dem Emitter des IGBTs 32 verbunden. Ferner ist der zweite Kontakt des Relais S₃ mit dem ersten Kontakt des Relais S₁' verbunden. Der dritte Kontakt des Relais S₃ ist leitend mit dem ersten Kontakt des Relais S₂ verbunden. Der zweite Kontakt des Relais S₁' ist leitend mit einem ersten Kontakt des Heizelements L₁ verbunden. Der dritte Kontakt des Relais S₁' ist leitend mit einem ersten Kontakt des Heizelements L₂ verbunden. Der zweite Kontakt des Relais S₂ ist leitend mit einem ersten Kontakt des Heizelements L₃ verbunden. Der dritte Kontakt des Relais S₂ ist leitend mit einem ersten Kontakt des Heizelements L₄ verbunden.
Außerdem ist der erste Kontakt des Relais S₆ leitend mit dem Emitter des IGBTs 44 verbunden. Ferner ist der zweite Kontakt des Relais S₆ mit dem ersten Kontakt des Relais S₄ verbunden. Der dritte Kontakt des Relais S₆ ist leitend mit dem ersten Kontakt des Relais S₅ verbunden. Der zweite Kontakt des Relais S₄ ist leitend mit einem ersten Kontakt des Heizelements L₁ verbunden. Der dritte Kontakt des Relais S₄ ist leitend mit einem ersten Kontakt des Heizelements L₂ verbunden. Der zweite Kontakt des Relais S₅ ist leitend mit einem ersten Kontakt des Heizelements L₃ verbunden. Der dritte Kontakt des Relais S₅ ist leitend mit einem ersten Kontakt des Heizelements L₄ verbunden.
Ein zweiter Kontakt des Heizelements L₁ ist leitend mit einem zweiten Kontakt des Heizelements L₂ verbunden. Ferner ist ein zweiter Kontakt des Heizelements L₃ leitend mit einem zweiten Kontakt des Heizelements L₄ verbunden. Die Schaltung 36 weist ferner Kondensatoren C₃, C₄, C₅, C₆ auf. Der zweite Kontakt des Heizelements L₁ ist leitend mit einem ersten Kontakt des Kondensators C₃ und mit einem ersten Kontakt des Kondensators C₄ verbunden. Der zweite Kontakt des Heizelements L₃ ist leitend mit einem ersten Kontakt des Kondensators C₅ und mit einem ersten Kontakt des Kondensators C₆ verbunden. Zweite Kontakte der Kondensatoren C₃ und C₅ sind leitend mit dem Kollektor des IGBTs 32 verbunden. Ferner sind zweite Kontakte der Kondensatoren C₄ und C₆ leitend mit dem Emitter des IGBTs 46 verbunden.
Sowohl mittels des IGBTs 32 als auch mittels des IGBTs 33 ist jeweils eine Stromzuleitung zu dem ersten Schaltelement S₁, durch welche bei einem Betriebsvorgang ein mittels der Wechselstromspannungsquelle U generierter Strom fließt, herstellbar und unterbrechbar.
Eine Steuervorrichtung 14 der Schaltung 36, welche zwei Steuereinheiten 56, 58 aufweist, steuert während des Betriebsvorgangs die Schalteinheit 10, und zwar derart, dass während eines gesamten Zeitintervalls t (Figur 3) für jeden einzelnen der IGBTs 32, 33, 44, 46 gilt, dass eine leitende Verbindung zwischen seinem Kollektor und seinem Emitter unterbrochen ist. Hierzu ist die Steuervorrichtung 14 mit der Schalteinheit 10 und insbesondere mit den Gate-Anschlüssen der IGBTs 32, 33, 44, 46 verbunden (nicht dargestellt). Unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Zeitintervall t ist wenigstens einer der IGBTs 32, 33 und wenigstens einer der IGBTs 44, 46 in einem Zustand, in welchem sein Kollektor mit seinem Emitter leitend verbunden ist. Prinzipiell ist auch denkbar, dass die Steuervorrichtung 14 veranlasst, dass während des gesamten Zeitintervalls t nur für jeden der IGBTs 32, 33 gilt, dass eine leitende Verbindung zwischen seinem Kollektor und seinem Emitter unterbrochen ist, während die IGBTs 44, 46 beispielsweise in dem Zeitintervall t Schaltvorgänge durchführen können.
Zunächst sind die Relais S₂, S₃, S₄, S₅ und S₆ bei dem Betriebsvorgang in den folgenden Schaltzuständen: Bei den Relais S₂, S₃, S₄, S₅ ist jeweils der erste Kontakt mit dem zweiten Kontakt leitende verbunden. Bei dem Relais S₆ ist der erste mit dem dritten Kontakt leitend verbunden.
In Figur 3 ist schematisch eine Bewerkstelligung eines Schaltvorgangs des Relais S₁' veranschaulicht, wobei auf einer Abszisse 52 die Zeit dargestellt ist. Eine Schaltstellung 54 des Relais S₁', also eine Stellung des ersten Kontakts des Relais S₁', ist gestrichelt dargestellt. Zeitlich vor dem Zeitintervall t ist das erste Relais S₁' in einem ersten Schaltzustand, in welchem der erste Kontakt des Relais S₁' mit dem zweiten Kontakt des Relais S₁' eine leitende Verbindung bildet. Während des Zeitintervalls t ist die leitende Verbindung frei von einem Stromdurchfluss.
Die Steuervorrichtung 14 veranlasst, dass während einer Zeitspanne t₂, welche vollständig innerhalb des Zeitintervalls t liegt und welche von Endpunkten des Zeitintervalls t beabstandet ist, ausgehend von dem ersten Schaltzustand (Figur 2a) sich die leitende Verbindung löst, der erste Kontakt des Relais S₁' schließlich getrennt von dem zweiten Kontakt des Relais S₁' ist und nachfolgend auf den dritten Kontakt aufprallt und nach dem Aufprallen der erste und der dritte Kontakt des Relais S₁' eine leitende Verbindung bilden, wobei diese leitende Verbindung vor einem Ende des Zeitintervalls t besteht (Figur 2b) und während des Zeitintervalls t frei von einem Stromdurchfluss ist. Dazu legt die Steuervorrichtung 14 zu einem Zeitpunkt, welcher von einer Mitte der Zeitspanne t₂ einen zeitlichen Abstand t₁ besitzt, der eine Reaktionszeit des Relais S₁' charakterisiert, eine Spannung U_s an die Spule des Relais S₁' an, welche ein Schalten des Relais S₁' in der Zeitspanne t₂ verursacht. Das Lösen der leitenden Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt des Relais S₁' beginnt mit einem Anfangszeitpunkt der Zeitspanne t₂. Eine Herstellung der leitenden Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten Kontakt des Relais S₁' endet an einem Endzeitpunkt der Zeitspanne t₂. Aufgrund einer Abweichung einer konkreten Ausbildung des Relais von einer Soll-Ausbildung kann der Abstand t₁ um eine maximale Abweichzeit abweichen. Eine Gesamtdauer des Zeitintervalls t ist die Summe der Zeitspanne t₂ und dem zweifachen des Betrags der Abweichzeit. Weil die leitenden Verbindungen des Relais S₁' während des Zeitintervalls t stromlos sind, ist der Schaltvorgang des Relais S₁', der während des Zeitintervalls t stattfindet, besonders schonend für das Relais S₁' und erlaubt eine hohe Lebensdauer des Relais S₁'. Prinzipiell ist denkbar, dass während des Zeitintervalls t außer dem Relais S₁' ein weiteres der Relais S₂, S₃, S₄, S₅, S₆ einen Schaltvorgang durchführt, der während des Zeitintervalls t beginnt und endet.
Die Stromnetzspannung weist eine Frequenz von 50 Hz auf. Das Zeitintervall t ist kleiner als eine halbe Periodendauer der Stromnetzspannung und weist eine Länge von acht Millisekunden auf.
Die Wechselstromspannungsquelle U, der Filter 40 und der Gleichrichter 42 bilden eine Spannungsversorgungseinheit 18, die bei dem Betriebsvorgang die Spannung U_g an die Schalteinheit 10 anlegt. Die Spannung U_g weist in einer Mitte des Zeitintervalls t eine Minimumsstelle auf. Ferner weist eine von der Wechselstromspannungsquelle U abgegebene Spannung in der Mitte des Zeitintervalls t einen Nulldurchgang auf.
Während des Zeitintervalls t sorgen die Kondensatoren C₁ und C₂ und die Inaktivität der Wechselrichter 28, 30 dafür, dass die Spannung U_g konstant ist.
Die Steuervorrichtung 14 veranlasst die Schalteinheit 10 bei dem Betriebsvorgang dazu, periodisch für Zeitspannen t₃, die so lang sind wie das Zeitintervall t, sämtliche Stromzuleitungen, welche mittels der Schalteinheit 10 herstellbar und unterbrechbar sind, zu unterbrechen. Eine Periodendauer T_Mux des periodischen Unterbrechens ist kleiner als eine Sekunde (Figur 4). Die Periodendauer T_Mux beginnt mit einer der Zeitspannen t₃, an welche sich unmittelbar ein erster Zeitabschnitt T_S1 anschließt. Während der Zeitspanne t₃ beginnt und endet ein Schaltvorgang des Schaltelements S₁, welcher das Schaltelement S₁ von einem Zustand, in dem der erste und der dritte Kontakt des Schaltelements S₁ leitend verbunden sind, in einen Zustand, in dem der erste und der zweite Kontakt des Schaltelements S₁ leitend verbunden sind, überführt. Die Steuervorrichtung 14 veranlasst, dass während des Zeitabschnitts T_S1 jeder einzelne der IGBTs 32, 33 mit einer ersten Frequenz schaltet. An den Zeitabschnitt T_S1 schließt sich eine der Zeitspannen t₃, welche mit dem Zeitintervall t identisch ist, unmittelbar an. An das Zeitintervall t schließt sich unmittelbar ein Zeitabschnitt T_S2 an. Die Steuervorrichtung 14 veranlasst, dass während des Zeitabschnitts T_S2 jeder einzelne der IGBTs 32, 33 mit einer zweiten Frequenz, die sich von der ersten Frequenz unterscheidet, schaltet. Während des Zeitabschnitts T_S1 wird mittels des ersten Wechselrichters 28 eine Leistung an das Heizelement L₁ abgegeben (Figur 2a), welche etwa derjenigen Leistung entspricht, die während des zweiten Zeitabschnitts T_S2 mittels des Wechselrichters 30 an das Heizelement L₂ (Figur 2b) abgegeben wird. Dadurch kann eine gleichmäßige Belastung des Stromnetzes erreicht werden. Längen der Zeitabschnitte T_S1, T_S2 werden entsprechend den Leistungsstufen, auf denen jedes einzelne Heizelement L₁, L₂ betrieben werden soll, von der Steuervorrichtung 14 eingestellt, wobei die Leistungsstufen der Heizelemente L₁, L₂ sich unterscheiden können und die Heizelemente L₁, L₂ unterschiedliche Kochgeschirrelemente erhitzen. Der Wechselrichter 30 versorgt während der Zeitabschnitte T_S1, T_S2 das Heizelement L₃ mit Leistung. Die Spannung U_g ist in Bereichen, die frei von allen Zeitintervallen t₃ sind, periodisch mit einer Periodendauer, die halb so groß ist wie die Periodendauer der Stromnetzspannung.
Das Relais S₃ ist ein Schaltelement S₃', welches seriell zu dem Schaltelement S₁ geschaltet ist. Die Steuervorrichtung 14 schaltet das Relais S₃ bei einem sich von dem Betriebsvorgang unterscheidenden weiteren Betriebsvorgang in einem zweiten Zeitintervall, welches sieben Millisekunden lang ist (Figur 5). Das Schalten des Relais S₃ beginnt und endet in dem zweiten Zeitintervall. Die Steuervorrichtung 14 veranlasst, dass jeder der IGBTs 32, 33, 44, 46 während des gesamten zweiten Zeitintervalls in einem Sperrzustand, also frei von einer leitenden Verbindung zwischen seinem Kollektor und seinem Emitter ist. Unmittelbar vor und unmittelbar nach dem zweiten Zeitintervall schaltet wenigsten einer der IGBTs 32, 33 und wenigstens einer der IGBTs 44, 46. Unmittelbar vor und unmittelbar nach dem zweiten Zeitintervall werden alle IGBTs 32, 33, 44, 46 periodisch von der Steuervorrichtung 14 geschaltet.

Prinzipiell ist denkbar, dass die Schaltung 36 weitere Relais und weitere Heizelemente aufweist, welche mittels der weiteren Relais an die Wechselrichter 28, 30 angeschlossen sind. Prinzipiell ist denkbar, dass die Relais S₁', S₂, S₃, S₄, S₅, S₆, welche als SPDT Relais ausgebildet sind, jeweils durch zwei SPST Relais ersetzt werden.

Bezugszeichen

10	Schalteinheit	C₆	Kondensator
14	Steuervorrichtung	S₁	Schaltelement
18	Spannungsversorgungseinheit	S₁'	Relais
28	Wechselrichter	S₂	Relais
30	Wechselrichter	S₃	Relais
32	Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode	S₃'	Schaltelement
32	Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode	S₄	Relais
33	IGBT	S₅	Relais
34	Kochzone	S₆	Relais
36	Schaltung	L₁	Heizelement
40	Filter	L₂	Heizelement
42	Gleichrichter	L₃	Heizelement
44	IGBT	L₄	Heizelement
46	IGBT	t	Zeitintervall
52	Abszisse	t₁	Abstand
54	Schaltstellung	t₂	Zeitspanne
56	Steuereinheit	t₃	Zeitspanne
58	Steuereinheit	T_S1	Zeitabschnitt
U	Wechselstromspannungsquelle	T_S2	Zeitabschnitt
U	Wechselstromspannungsquelle	T_Mux	Periodendauer
U_g	Spannung
U_S	Spannung
C₁	Kondensator
C₂	Kondensator
C₃	Kondensator
C₄	Kondensator
C₅	Kondensator

Claims

Kochmuldenvorrichtung, insbesondere eine Induktionskochmuldenvorrichtung, mit zumindest einer Schalteinheit (10), mittels der wenigstens eine Stromzuleitung unterbrechbar und herstellbar ist, durch die bei wenigstens einem Betriebsvorgang ein mittels einer Stromnetzspannung generierter Strom fließt und die zu einem ersten Schaltelement (S₁) führt, und mit zumindest einer Steuervorrichtung (14), welche bei dem Betriebsvorgang die Schalteinheit (10) derart steuert, dass die Schalteinheit (10) die Stromzuleitung während wenigstens eines ersten gesamten Zeitintervalls (t) unterbricht, und welche bei dem Betriebsvorgang veranlasst, dass unmittelbar vor und unmittelbar nach dem ersten Zeitintervall (t) die Stromzuleitung hergestellt ist, und welche ein Schalten des ersten Schaltelements (S₁) veranlasst, das während des ersten Zeitintervalls (t) beginnt und endet, wobei das erste Zeitintervall (t) kleiner ist als eine halbe Periodendauer der Stromnetzspannung, gekennzeichnet durch
wenigstens eine Spannungsversorgungseinheit (18), welche bei dem Betriebsvorgang eine zeitabhängige Spannung, welche im Wesentlichen in einer Mitte des ersten Zeitintervalls (t) eine Minimumsstelle aufweist, an die Schalteinheit (10) anlegt.
Kochmuldenvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Zeitintervall (t) wenigstens zwei Millisekunden groß ist.
Kochmuldenvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Zeitintervall (t) wenigstens vier Millisekunden groß ist.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuervorrichtung (14) bei dem Betriebsvorgang die Schalteinheit (10) dazu veranlasst, die Stromzuleitung periodisch jeweils für wenigstens eine gesamte Zeitspanne (t₃), welche im Wesentlichen gleich lang ist wie das erste Zeitintervall (t), zu unterbrechen.
Kochmuldenvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Periodendauer (T_Mux) des periodischen Veranlassens kleiner als eine Sekunde ist.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
das erste und wenigstens ein zweites Schaltelement (S₁, S₃'), welches seriell zu dem ersten Schaltelement (S₁) geschaltet ist, und die Steuervorrichtung (14) das zweite Schaltelement (S₃') in einem zweiten Zeitintervall schaltet und die Steuervorrichtung (14) während des gesamten zweiten Zeitintervalls die Stromzuleitung mittels der Schalteinheit (10) unterbricht und die Steuervorrichtung (14) mittels der Schalteinheit (10) veranlasst, dass unmittelbar vor und unmittelbar nach dem zweiten Zeitintervall Strom durch die Stromzuleitung fließt.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuervorrichtung (14) die Schalteinheit (10) in einem ersten Zeitabschnitt (T_S1), welcher dem ersten Zeitintervall (t) unmittelbar vorangeht, mit einem ersten Satz von Schaltparametern schaltet und die Steuervorrichtung (14) die Schalteinheit (10) in einem zweiten Zeitabschnitt (T_S2), welcher unmittelbar auf das erste Zeitintervall (t) folgt, mit einem zweiten Satz von Schaltparametern schaltet, welcher sich von dem ersten Satz von Schaltparametern unterscheidet.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalteinheit (10) wenigstens zwei Wechselrichter (28, 30) aufweist, welche dazu vorgesehen sind, einen Stromfluss durch das erste Schaltelement (S₁) zu beeinflussen.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Schaltelement (S₁) ein Relais (S₁') ist, welches wenigstens eine Spule aufweist.
Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalteinheit (10) wenigstens einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (32) aufweist.
Kochmulde mit einer Kochmuldenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche.