EP2638777B1 - Heizvorrichtung - Google Patents

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EP2638777B1
EP2638777B1 EP11785485.1A EP11785485A EP2638777B1 EP 2638777 B1 EP2638777 B1 EP 2638777B1 EP 11785485 A EP11785485 A EP 11785485A EP 2638777 B1 EP2638777 B1 EP 2638777B1
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EP
European Patent Office
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heating
unit
frequency
connection
switching
Prior art date
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EP11785485.1A
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English (en)
French (fr)
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EP2638777A1 (de
Inventor
Daniel Anton Falcon
José Miguel Burdio Pinilla
Claudio Carretero Chamarro
Jose Maria De La Cuerda Ortin
Pablo Jesus Hernandez Blasco
Oscar Jimenez Navascues
Sergio Llorente Gil
Denis Navarro Tabernero
Jose Joaquin Paricio Azcona
Diego Puyal Puente
Magdy Saoudi
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 Hausgeraete GmbH
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Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
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Publication of EP2638777A1 publication Critical patent/EP2638777A1/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
    • 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
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/0252—Domestic applications
    • H05B1/0258—For cooking
    • H05B1/0261—For cooking of food
    • H05B1/0266—Cooktops
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices
    • H05B6/1209—Cooking devices induction cooking plates or the like and devices to be used in combination with them

Definitions

  • the invention relates to a heating device according to the preamble of claim 1.
  • Heater heaters are known which comprise a larger number of heating elements than frequency units. An assignment of the heating elements to the frequency units via a switching arrangement of the heater.
  • the heating cable comprises at least first and second conductors and a separating layer (4) arranged between the conductors.
  • the conductors and the separating layer extend along the length of the cable and an electrical resistance developed by the separating layer between adjacent partial regions of the conductors has a negative thermal coefficient.
  • the regulator comprises a first switch electrically connected in series to connect the first and second conductors and disposed at one end of the cable such that when the first and second conductors at the other end of the cable are connected to respective poles of a power supply, currents are in opposite directions Directions through adjacent portions of the conductors flow.
  • the controller further includes a second switch arranged for connection in series between the first conductor and a pole of the power supply at the other end of the cable.
  • the regulator further includes a first resistor connected in parallel with the second switch and with a voltmeter configured to measure the voltage across the first resistor, wherein when both switches are open, the voltage across the first resistor is subject to changes in electrical resistance the separation layer depends.
  • the controller is configured to control the power supply to the cable as a function of the voltage measured across the first resistor when both switches are open.
  • the British patent application GB 2 162 384 A discloses an induction heater.
  • the induction heating apparatus has a rectifier circuit for rectifying an AC voltage from a source, an inverter circuit for converting a DC output current from the rectifier circuit to a high-frequency current and transmitting to a heating coil, and a circuit for detecting a fluctuation in the AC power source through a low-voltage conversion section which is coupled to the source.
  • the circuit has a detection characteristic that can maintain the detection status at least for a constant period of time, and keeps the inverter circuit in the stopped state or the drive state depending on the presence or absence of a detection output from the circuit to prevent unstable operation and protect the inverter ,
  • the European patent application EP 1 517 091 A2 discloses an electric cooking appliance and a method of controlling it.
  • the electric cooking appliance includes heating units, a switching unit, a current detection unit and a control unit.
  • the heating units each have a heating element and electrodes connected to the heating element.
  • the switching unit switches a voltage to be applied to the electrodes.
  • the current detection unit detects values of output current from the heating units.
  • the control unit operates a predetermined number of heating units, which is determined depending on the current values detected after operation of the heating units by the current detection unit.
  • WO 2008/031714 A1 From the international patent application WO 2008/031714 A1 is already a cooking device, namely for induction cookers, known with a computing unit having at least one waiting mode, which is activated when removing a cookware from a cooking zone.
  • the cooktop apparatus has a warning signal output unit which emits an output of a warning signal a re-installation of the cookware is provided with activated waiting mode on the cooking zone.
  • the object of the invention is in particular to provide a generic heater with a higher reliability.
  • the object is achieved by the features of claim 1 and the method claim 9, while advantageous embodiments and refinements of the invention can be taken from the dependent claims.
  • the invention is based on a heating device, in particular a cooktop heating device, with at least one heating connection for at least one heating element and at least one frequency unit.
  • the heating device has a protection unit which is provided to detect the existence of a line path between the frequency unit and the heating connection.
  • a protection unit which is provided to detect the existence of a line path between the frequency unit and the heating connection.
  • a “heating element” is to be understood in particular an element which is intended to convert electrical energy into heat.
  • the heating element consists of a resistance heater or a radiant heater or preferably an induction heater, which is intended to convert electrical energy indirectly via induced eddy currents into heat.
  • a “frequency unit” is to be understood in particular as meaning an electrical unit which supplies the heating element with electrical power Energy supplied.
  • the frequency unit is intended to generate an oscillating electrical signal, preferably with a frequency of at least 1 kHz, in particular of at least 10 kHz and advantageously of at least 20 kHz.
  • the frequency unit preferably comprises at least one inverter, which particularly advantageously has two switching units.
  • a "switching unit” is to be understood in particular as meaning a unit which is intended to interrupt a line path comprising the switching unit.
  • the switching unit is a bidirectional unipolar switch which in particular allows a current flow through the switch along the conduction path in both directions and in particular short-circuits an electrical voltage in at least one polarity direction.
  • the inverter comprises at least two insulated-gate bipolar transistors, and in particular at least one damping capacitor.
  • a "conduction path" is to be understood in particular as an electrically conductive path between two points for direct current.
  • a specific electrical resistance of the line path at 20 ° C. is preferably at most 10 -4 ⁇ m, in particular at most 10 -5 ⁇ m, advantageously at most 10 -6 ⁇ m and particularly advantageously at most 10 -7 ⁇ m.
  • the conduction path is free of heating elements.
  • the conduction path comprises at least one further component which is different from a conductor piece and a heating element, preferably a switching element of a switching arrangement and particularly advantageously a relay.
  • a “heating connection” of a heating element should in particular be understood to mean an electrical connection point of the heating element.
  • the electrical connection point is a connection point between a power supply line of the heating element, in particular a power supply cable of the heating element, and a further power supply line, in particular a conductor track of a circuit board.
  • the heating connection is provided on a side facing away from the frequency unit in the direction of the line path between the frequency unit and the heating connection to an electrical connection of the heating element.
  • a “protection unit” is to be understood in particular as meaning a unit, in particular an electronic unit, which assumes a protective function.
  • the protective function includes recognizing a line path and passing this information to a controller.
  • a reliability can be increased, in particular when the heater has a switching arrangement with switching elements, preferably in the form of electromechanical relays, and these are provided for a periodic switching in a time division multiplex method.
  • a "time-division multiplexing" is to be understood in particular as a control method in which individual time segments are defined, which are preferably run through one after the other, periodically recurring.
  • a switching state of the switching arrangement changes, preferably such that at least one first heating element is supplied with energy in the first time segment and at least one second heating element in the second time segment.
  • a power supplied to the heating elements during a period of time is greater than an average time power supplied to the heating elements.
  • a period of the control method is 1 s to 5 s.
  • the protection unit is provided to determine the existence of the conduction path based on a potential curve.
  • a “potential profile” should be understood in particular to be a time profile of an electrical potential, preferably at a point of the line path.
  • An “electrical potential” at a point is to be understood in particular as a path integral via an electric field from a reference point to the point.
  • the reference point is for the electrical potential a point of a ground line of the frequency unit.
  • the protection unit is provided to evaluate the potential profile at the heating connection. Including that the protection unit is intended to "evaluate the potential profile at the heating connection" should be understood in particular that the protection unit supplied an electrical voltage between the heating connection or a point with a substantially same electrical potential as the heating connection and the reference point as an input voltage gets and processes internally.
  • An "essentially the same electrical potential” should be understood to mean in particular an electrical potential with a deviation of at most 1% and preferably at most 0.1%.
  • an output voltage of the protection unit is a digital output signal, which in particular can assume only two values. This can reliably determine the existence of the line path.
  • the protection unit is provided to determine the existence of the conduction path based on a frequency spectrum of the potential profile.
  • a “frequency spectrum” of the potential curve is to be understood, in particular, as a frequency-dependent mathematical function which describes a composition of the potential profile from signal components of different frequencies.
  • the protection unit is intended to "determine the existence of the conduction path based on a frequency spectrum of the potential profile"
  • the output signal and preferably the output voltage of the protection unit depends on the frequency spectrum.
  • the protection unit recognizes a presence of high-frequency signals of a certain intensity in the frequency spectrum, in particular above a cut-off frequency, that a conduction path between the frequency unit and the heating connection exists. As a result, the existence of the line path can be determined particularly reliably.
  • the protection unit comprises at least one high-pass filter, which is provided to make a discrimination of potential gradients.
  • a "high-pass filter” should in particular be understood to mean an electronic filter unit which is intended to allow signals with a frequency above a cut-off frequency to pass through at least substantially unattenuated and to attenuate signals at a lower frequency.
  • at least substantially unattenuated is to be understood in particular that a signal attenuation is at most 15%, in particular at most 10%, advantageously at most 5% and particularly advantageously at most 1%.
  • the high-pass filter comprises at least one capacitor. This can be achieved in a simple and cost-effective manner discrimination of potentials.
  • the protection unit comprises a current sensor which is provided to determine the existence of the conduction path.
  • a "current sensor” should be understood in particular to mean a unit which is intended to detect at least the presence of an electrical current.
  • the heating device comprises a control unit, which is provided to receive connection information from the protection unit and, in the event of a faulty existence of the line path, to initiate at least one safety measure.
  • a "control unit” should in particular be understood to mean an electronic unit which is preferably at least partially integrated in a control and / or regulating unit of an induction hob and which is preferably provided to control and / or regulate at least the frequency unit and a switching arrangement.
  • the control unit comprises a computing unit and in addition to the computing unit a memory unit.
  • a "connection information” is to be understood in particular a connection status between the frequency unit and the heating connection.
  • the connection information is encoded in a digital signal, which preferably can assume only two values.
  • a "faulty existence of the line path” is to be understood in particular an existence of the line path between the frequency unit and the heating connection, which exists erroneously and deviates from an adjustment made by the control unit of the switching arrangement.
  • a faulty existence of a line path can be due to a defective switching element, in particular a stuck electromechanical relay, and / or to a faulty control of the switching element.
  • a "security measure” should be understood in particular as a measure that is triggered in response to the faulty existence of the line path and that preferably aims at securing the heating device.
  • the security measure preferably includes a shutdown of all frequency units.
  • the security measure preferably includes issuing an error message and / or a maintenance request. By such a configuration, an operating safety can be increased particularly advantageous.
  • a total number of all heating elements is greater than a total number of all frequency units.
  • a “total number of all heating elements” should be understood in particular the total number of all heating elements of a hob.
  • a “total number of frequency units” should be understood in particular the total number of all frequency units of the hob. This can reduce material and costs.
  • the total number of frequency units is two in a hob with at least three heating elements.
  • the total number of frequency units is four in a matrix cooktop.
  • a "matrix cooking field" is to be understood, in particular, as a cooking surface in which the heating elements are arranged in a regular grid under a hob plate, and a region which can be heated by means of the heating elements the cooktop panel preferably comprises at least 60%, in particular at least 70%, advantageously at least 80% and particularly advantageously at least 90% of a total area of the cooktop panel.
  • the matrix cooking field comprises at least 10, in particular at least 20, advantageously at least 30 and particularly advantageously at least 40 heating elements. In this way, despite a limited number of frequency units, in particular in matrix cooking fields, where experience teaches that usually a maximum of four cookware are heated, a high level of operating comfort can be ensured.
  • a method is proposed with a heating device according to the invention, in particular a cooktop device, with at least one heating connection for at least one heating element, at least one frequency unit and a protection unit, in which the protection unit determines that a line path exists between the frequency unit and the heating connection.
  • operational reliability can be increased, in particular if the heating device has switching elements, preferably in the form of electromechanical relays.
  • an operating security can be increased since a faulty existence of a line path can be detected.
  • it is possible to prevent heating elements from being operated without load.
  • it can be prevented, in particular with induction hobs, that magnetic fields propagate freely from the heating elements in the vicinity of the induction hob.
  • Fig. 1a shows a plan view of an induction hob with a cooktop plate 34a made of glass ceramic, on the four heating zones 36a, 38a, 40a, 42a are marked in a known manner.
  • a heating device ( FIG. 1b ) of the induction hob has four heating elements 18a, 20a, 22a, 24a designed as inductor coils, all of which can be operated simultaneously at different power levels.
  • Each of the heating elements 18a, 20a, 22a, 24a is associated with one of the cooking zones 36a, 38a, 40a, 42a, so that when using the induction hob each heating element 18a, 20a, 22a, 24a exactly one cookware element, ie z.
  • the heating device has two frequency units 26a, 28a, by means of which the heating elements 18a, 20a, 22a, 24a can be supplied with energy via heating connections 10a, 12a, 14a, 16a of the heating device.
  • a total number of all heating elements 18a, 20a, 22a, 24a is greater than a total number of all frequency units 26a, 28a.
  • the two frequency units 26a, 28a each include an inverter 44a, 46a and a snubber bank 48a, 50a.
  • the inverter 44a includes a first insulated gate bipolar transistor (hereinafter abbreviated to "IGBT") 52a and a second IGBT 54a.
  • IGBT first insulated gate bipolar transistor
  • the inverter 46a has a first IGBT 56a and a second IGBT 58a.
  • any other switching unit that appears expedient to the person skilled in the art can be used, but preferably a bidirectional unipolar switch.
  • the heating device has a country-specific AC voltage source 60a, which supplies a mains voltage with an effective value of 230 V and a frequency of 50 Hz.
  • the described heater is intended in particular for operation in Germany.
  • a corresponding AC power source supplies a 60 Hz power line voltage.
  • the voltage of AC power source 60a first passes through a heater filter 62a, which eliminates high frequency noise and is essentially a low pass filter.
  • a voltage filtered by the filter 62a is rectified by a rectifier 64a of the heater, which may be formed as a bridge rectifier, so that a rectified voltage U 0 is output at an output of the rectifier 64a between a collector of the IGBT 52a and an emitter of the IGBT 54a is present.
  • the rectified voltage U 0 is also applied between a collector of the IGBT 56 a and to an emitter of the IGBT 58 a.
  • the snubber capacitor banks 48a, 50a each consist of two capacitors, wherein a first capacitor is connected in parallel with the first IGBT 52a, 56a and a second capacitor is connected in parallel with the second IGBT 54a, 58a of the respective frequency unit 26a, 28a.
  • the heating device has a switching arrangement 66a.
  • the switching arrangement 66a comprises six switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a.
  • the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a are SPDT relays and identical.
  • Each of the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a has a first, a second and a third contact and a coil, wherein the first contact is conductively connectable to the second or the third contact by a corresponding control of the coil ,
  • the first contact of the switching element 68a is conductively connected to the emitter of the IGBT 52a.
  • the second contact of the switching element 68a is connected to the first contact of the switching element 70a.
  • the third contact of the switching element 68a is conductively connected to the first contact of the switching element 72a.
  • the second contact of the switching element 70a is conductively connected to the heating terminal 10a.
  • the third contact of the switching element 70a is conductively connected to the heating terminal 12a.
  • the second contact of the switching element 72a is conductively connected to the heating terminal 14a.
  • the third contact of the switching element 72a is conductively connected to the heating port 16a.
  • the first contact of the switching element 74a is conductively connected to the emitter of the IGBT 56a.
  • the second contact of the switching element 74a is connected to the first contact of the switching element 76a.
  • the third contact of the switching element 74a is conductively connected to the first contact of the switching element 78a.
  • the second contact of the switching element 76a is conductively connected to the heating terminal 10a.
  • the third contact of the switching element 76a is conductively connected to the heating terminal 12a.
  • the second contact of the switching element 78a is conductively connected to the heating terminal 14a.
  • the third contact of the switching element 78a is conductively connected to the heating terminal 16a.
  • the heating element 18a is connected to a first contact with the heating connection 10a.
  • the heating element 20a is connected to a first contact with the heating connection 12a.
  • the heating element 22a is connected to a first contact with the heating connection 14a.
  • the heating element 24a is connected to a first contact with the heating connection 16a.
  • a second contact of the heating element 18a is conductively connected to a second contact of the heating element 20a.
  • a second contact of the heating element 22a is conductively connected to a second contact of the heating element 24a.
  • the heater further includes resonant capacitors 80a, 82a, 84a, 86a.
  • the second contact of the heating element 18a is conductively connected to a first contact of the resonance capacitor 80a and to a first contact of the resonance capacitor 82a.
  • the second contact of the heating element 22a is conductively connected to a first contact of the resonance capacitor 84a and to a first contact of the resonance capacitor 86a.
  • Second contacts of the two resonant capacitors 80a, 84a are conductively connected to the collector of the IGBT 52a.
  • second contacts of the two resonance capacitors 82a, 86a are conductively connected to the emitter of the IGBT 58a.
  • the heating device comprises a control unit 32a, which is provided to control the switching arrangement 66a and the frequency units 26a, 28a by means of drive signals for the inverters 44a, 46a and a predetermined heating power regulate.
  • the control unit 32a is designed to perform a time-division multiplexing method, wherein different operating modes can be used in the individual defined time segments of the time-division multiplexing method.
  • the operating modes used include a "dedicated mode", a "booster mode” and a "phase drive mode”.
  • the control mechanisms may be executed sequentially at different time slots of the time division multiplexing process.
  • a frequency unit 26a, 28a supplies exactly one of the heating elements 18a, 20a, 22a, 24a with energy. Due to the shared resonant capacitors 80a, 82a of the heating elements 18a, 20a and the shared resonant capacitors 84a, 86a of the heating elements 22a, 24a, there are limitations in associating the heating elements 18a, 20a, 22a, 24a with the frequency units 26a, 28a. Thus, a simultaneous operation of several heating elements 18a, 20a, 22a, 24a in the dedicated mode is only possible for the heating elements 18a, 20a, 22a, 24a, which are connected to different resonance capacitors 80a, 82a, 84a, 86a.
  • the drive signals for the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a are independent in this mode of operation.
  • one heating element 18a, 20a, 22a, 24a is operated in parallel by both frequency units 26a, 28a in order to achieve a higher heating power.
  • the drive signals for the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a are identical in this operating mode for both inverters 44a, 46a.
  • two heating elements 18a, 20a, 22a, 24a with common resonant capacitors 80a, 82a, 84a, 86a are respectively energized by a frequency unit 26a, 28a.
  • the drive signals for the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a have the same frequency in this operating mode, whereby a total power of the two heating elements 18a, 20a, 22a, 24a is fixed.
  • a relationship of the individual Heating powers of the two heating elements 18a, 20a, 22a, 24a to each other is determined by a phase shift between the drive signals.
  • the driving signals are adjusted so as to ensure zero-voltage switching of the IGBTs 52a, 54a, 56a, 58a of the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a. As a result, switching losses can be minimized.
  • the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a of the time division multiplexing circuitry 66a Due to frequent switching of the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a of the time division multiplexing circuitry 66a, it is important to detect malfunctions of the switching device 66a or to drive the switching device 66a. During a lifetime of the induction hob some hundreds of thousands of switching operations per switching element 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a are to be expected. To minimize malfunctions, the frequency units 26a, 28a are turned off during the switching operations, so that the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a are de-energized during the switching operation. Nevertheless, a malfunction can never be completely ruled out.
  • Possible malfunctions include on the one hand malfunction of the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a, such as a stuck relay or a defective component in a control circuit of the relay, or on the other malfunction of the control software of the switching elements 68a, 70a, 72a, 74a, 76a , 78a.
  • a method is used in which the existence of a line path between a frequency unit 26a, 28a and a heating connection 10a, 12a, 14a, 16a is determined by a protective unit 30a of the heating device.
  • the protection unit 30a determines the existence of the conduction path between one of the two frequency units 26a, 28a and one of the four heating connections 10a, 12a, 14a, 16a on the basis of a potential curve which it evaluates at the heating connections 10a, 12a, 14a, 16a.
  • Fig. 2 shows in a Cartesian coordinate system a typical potential profile V 1 (t) at a heating connection 10 a, 12 a, 14 a, 16 a in the presence of a Conduction paths between the heating port 10a, 12a, 14a, 16a and a frequency unit 26a, 28a.
  • the ordinate axis 88a shows the electrical potential V 1 at the heating connection 10a, 12a, 14a, 16a.
  • the abscissa axis 90a shows a time t.
  • the potential profile V 1 (t) essentially has the form of a rectangular signal with steep flanks. Due to sharp edges, high-frequency signal components whose frequency is above a switching frequency of the frequency units 26a, 28a are contained in a frequency spectrum of the potential profile V 1 (t).
  • Fig. 3 shows in a Cartesian coordinate system a typical potential profile V 2 (t) at a heating connection 10a, 12a, 14a, 16a in the absence of a line path between the heating connection 10a, 12a, 14a, 16a and a frequency unit 26a, 28a.
  • the ordinate axis 92a shows the electrical potential V 2 at the heating connection 10a, 12a, 14a, 16a.
  • the abscissa axis 94a shows a time t.
  • the potential curve V 2 (t) has substantially the shape of a U to 0/2 shifted in the direction of the axis of ordinates 92a sinusoidal signal.
  • the potential profile V 2 (t) at the heating connection 10a, 12a, 14a, 16a is with a potential profile on a side facing away from the heating connection 10a, 12a, 14a, 16a side of the heating connection 10a, 12a, 14a, 16a associated heating element 18a, 20a, 22a , 24a, in the absence of a conduction path between the heating port 10a, 12a, 14a, 16a and the frequency unit 26a, 28a, current flow through the heating element 18a, 20a, 22a, 24a is zero. Due to an approximately sinusoidal course, only a few signal components are contained in a frequency spectrum of the potential course V 2 (t). Their frequencies are in the vicinity of the switching frequency of the frequency units 26a, 28a.
  • the protection unit 30a comprises a high-pass filter for each heating connection 10a, 12a, 14a, 16a with a cutoff frequency above the switching frequency of the frequency units 26a, 28a. Signal components of the potential profiles V 1 (t), V 2 (t) with frequencies below the cutoff frequency are strongly attenuated, while signals with frequencies above the cutoff frequency are left virtually unchanged. This results in a discrimination of the potential curves V 1 (t), V 2 (t) in terms of their frequency spectrum and the protection unit 30a can determine whether the conduction path exists between the heating port 10a, 12a, 14a, 16a and a frequency unit 26a, 28a. In the case of the existence of the line path, the protection unit 30a outputs a logic "0". In the case of the absence of the line path, the protection unit 30a outputs a logical "1".
  • the two heaters 18a, 24a are to be operated in the dedicated mode.
  • the protection unit 30a passes on to the control unit 32a corresponding connection information, which compares the control unit 32a with a desired switch position.
  • the protection unit 30a gives a "0" for the heating connection 10a, a "1” for the heating connection 12a, a "1” for the heating connection 14a and a "0" for the heating connection 16a.
  • the switching element 70a is in the wrong position in the lower position instead of the upper position.
  • the protection unit 30a gives a "1" for the heating connection 10a, a "0” for the heating connection 12a, a “1” for the heating connection 14a and a "0" for the heating connection 16a to the control unit 32a.
  • the heating element 20a is erroneously energized, potentially resulting in an operator-dangerous operating condition.
  • the control unit 32a detects this misalignment and shuts off all the frequency units 26a, 28a.
  • the control unit 32a issues a warning message and a maintenance request to an operator. Assume that the switching element 68a is in the wrong position, namely in the lower position instead of the upper position.
  • the protection unit 30a for the heating terminal 10a gives a "1", for the heating terminal 12a a "1", for the heating terminal 14a depending on a switch position of the switching element 72a either a "0" or a "1” and for the Heating terminal 16a a "0" to the control unit 32a on.
  • the switching element 72a is in the up position, the heating element 22a is erroneously energized, potentially resulting in a dangerous operating state for an operator can lead.
  • both frequency units 26a, 28a are connected in parallel with the heating element 24a and it can in the case of different drive signals, in particular in the case of different phase positions, for the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a to a Short circuit of the inverters 44a, 46a and their destruction come.
  • the control unit 32a detects this misalignment and shuts off all the frequency units 26a, 28a. In addition, the control unit 32a issues a warning message and a maintenance request to an operator.
  • the heating element 18a is to be operated in booster mode.
  • the four switching elements 68a, 70a, 74a, 78a are in the upper position.
  • the protection unit 30a passes on to the control unit 32a corresponding connection information, which compares the control unit 32a with a desired switch position.
  • the protection unit 30a gives a "0" for the heating connection 10a, a "1" for the heating connection 12a, a "1” for the heating connection 14a and a "1" for the heating connection 16a.
  • the switching element 76a is in the wrong position, in the lower position instead of the upper position.
  • the protection unit 30a gives a "0" for the heating connection 10a, a "0” for the heating connection 12a, a “1” for the heating connection 14a and a "1" for the heating connection 16a to the control unit 32a.
  • the two heating elements 18a, 20a are operated in a phase drive mode with unpowered drive signals of the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a. This can lead to higher switching losses and more heating of the inverters 44a, 46a.
  • the heating element 20a is erroneously energized, which can potentially lead to a dangerous operating state for an operator.
  • the control unit 32a detects this misalignment and shuts off all the frequency units 26a, 28a.
  • control unit 32a issues a warning message and a maintenance request to an operator. Assume that the switching element 74a is in the wrong position, in the lower position instead of the upper position. In this case, the protection unit 30a outputs a "0" for the heating connection 10a, a "1” for the heating connection 12a and a “0” for the heating connection 14a or a “1” for the heating connection 16a, depending on a switch position of the switching element 78a. or for the heating connection 14a a "1” and for the heating connection 16a a "0" to the control unit 32a on.
  • the control unit 32a detects this misalignment and shuts off all the frequency units 26a, 28a. In addition, the control unit 32a issues a warning message and a maintenance request to an operator.
  • the two heaters 18a, 20a are to be operated in the phase drive mode.
  • the protection unit 30a passes on to the control unit 32a corresponding connection information, which compares the control unit 32a with a desired switch position.
  • the protection unit 30a gives a "0" for the heating connection 10a, a "0" for the heating connection 12a, a "1” for the heating connection 14a and a "1" for the heating connection 16a.
  • the switching element 76a is in the wrong position, in the upper position instead of the lower position.
  • the protection unit 30a for the heating connection 10a gives a "0", for the heating connection 12a a "1", for the heating connection 14a a "1” and for the heating connection 16a a "1" to the control unit 32a.
  • the two frequency units 26a, 28a are connected in parallel with the heating element 18a and, in the case of different drive signals, in particular in the case of different phase positions, for the inverters 44a, 46a of the frequency units 26a, 28a, the inverters 44a, 46a short-circuit and their destruction is coming.
  • the control unit 32a detects this misalignment and shuts off all the frequency units 26a, 28a.
  • control unit 32a issues a warning message and a maintenance request to an operator. Assume that the switching element 74a is in the wrong position, in the lower position instead of the upper position. In this case, the protection unit 30a outputs a "0" for the heating connection 10a, a "1” for the heating connection 12a and a “0” for the heating connection 14a or a “1” for the heating connection 16a, depending on a switch position of the switching element 78a. or for the heating connection 14a a "1” and for the heating connection 16a a "0" to the control unit 32a on.
  • the control unit 32a detects this misalignment and shuts off all the frequency units 26a, 28a. In addition, the control unit 32a issues a warning message and a maintenance request to an operator.
  • the protection unit 30a may also include a current sensor to determine the existence of the conduction path in at least one operating state.
  • the heating device may comprise at least one ammeter provided for measuring an electric current through the conduction path.
  • Fig. 4a and 4b a further embodiment of the invention is shown.
  • the following descriptions are essentially limited to the differences between the embodiments, with respect to the same components, features and functions on the description of the other embodiments, in particular the Fig. 1a and 1b , can be referenced.
  • the letter a in the reference numerals of the embodiment in the Fig. 1a and 1b by the letter b in the reference numerals of the embodiment of Fig. 4a and 4b replaced.
  • identically designated components in particular with regard to components with the same reference numerals, can in principle also to the drawings and / or the description of the other embodiment, in particular the Fig. 1a and 1b , to get expelled.
  • Fig. 4a shows a second induction hob with a hob plate 34b made of a glass ceramic in a plan view. On the hob plate 34b three circular heating zones 36b, 38b, 40b are marked in a known manner.
  • Fig. 4b shows an electrical circuit diagram of a second heating device of the second induction hob. The heating device comprises only three heating elements 18b, 20b, 22b, which can be connected via a switching arrangement 66b with two frequency units 26b, 28b. To minimize production costs by reducing a number of different types of heaters, the heater comprises Fig.
  • a heating connection 16b for a fourth heating element which can be connected via the switching element 72b to the frequency unit 26b and via the switching element 78b to the frequency unit 28b.
  • An inverter 44b, 46b of the frequency unit 26b, 28b would then have as its sole load a damping capacitor bank 48b, 50b belonging to the frequency unit 26b, 28b.
  • the inverters 44b, 46b can survive this mode of operation for a short time without damage. It is the task of a protection unit 30b of the heating device to recognize this mode of operation in good time. For a detailed description of an operation of the protection unit 30b, reference is made to the description of the previous embodiment.
  • a heating device has further switching elements and more than four heating elements which are connected to frequency units by means of the further switching elements.
  • the switching elements which are designed as SPDT relays, are each replaced by two SPST relays.

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Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es sind Heizvorrichtungen für Kochfelder bekannt, die eine größere Anzahl von Heizelementen als Frequenzeinheiten umfassen. Eine Zuordnung der Heizelemente zu den Frequenzeinheiten erfolgt über eine Schaltanordnung der Heizvorrichtung.
  • Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2006/072765 A1 ist bereits ein Regler für ein Heizkabel bekannt. Das Heizkabel umfasst zumindest erste und zweite Leiter sowie eine zwischen den Leitern angeordnete Trennschicht (4). Die Leiter und die Trennschicht erstrecken sich entlang der Länge des Kabels und ein durch die Trennschicht zwischen benachbarten Teilbereichen der Leiter entstandener elektrischer Widerstand weist einen negativen Wärmekoeffizienten auf. Der Regler umfasst einen ersten Schalter, der zur Verbindung des ersten und zweiten Leiters elektrisch in Serie geschaltet und an einem Kabelende derart angeordnet ist, dass, wenn der erste und der zweite Leiter am anderen Kabelende mit jeweiligen Polen einer Stromversorgung verbunden sind, Ströme in entgegengesetzten Richtungen durch benachbarte Teilbereiche der Leiter fließen. Der Regler umfasst des Weiteren einen zweiten Schalter, der zur Verbindung in Serienschaltung zwischen dem ersten Leiter und einem Pol der Stromversorgung am anderen Kabelende angeordnet ist. Der Regler weist ferner einen ersten Widerstand auf, der parallel mit dem zweiten Schalter und mit einem zur Messung der Spannung über den ersten Widerstand eingerichteten Spannungsmesser verbunden ist, wobei, wenn beide Schalter geöffnet sind, die Spannung über den ersten Widerstand von Änderungen im elektrischen Widerstand der Trennschicht abhängt. Der Regler ist dazu eingerichtet, die Stromversorgung zum Kabel in Abhängigkeit von der über den ersten Widerstand gemessenen Spannung zu steuern, wenn beide Schalter geöffnet sind.
  • Die britische Patentanmeldung GB 2 162 384 A offenbart eine Induktionsheizvorrichtung. Die Induktionsheizvorrichtung weist eine Gleichrichterschaltung, um eine Wechselspannung aus einer Quelle gleichzurichten, eine Wechselrichterschaltung, um einen Ausgangsgleichstrom aus der Gleichrichterschaltung in einen Hochfrequenzstrom umzuwandeln und auf eine Heizspule zu übertragen, sowie eine Schaltung auf, um eine Schwankung bei der Wechselspannungsstromquelle durch einen Niedrigspannungsumwandlungsabschnitt zu detektieren, der mit der Quelle gekoppelt ist. Die Schaltung weist eine Detektionscharakteristik auf, die den Detektionsstatus zumindest während einer konstanten Zeitdauer aufrechterhalten kann, und hält die Wechselrichterschaltung im angehaltenen Zustand oder im Antriebszustand je nach Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Detektionsoutputs von der Schaltung, um einen instabilen Betrieb zu verhindern und den Wechselrichter zu schützen.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 1 517 091 A2 offenbart ein elektrisches Kochgerät und ein Verfahren zu dessen Steuerung. Das elektrische Kochgerät umfasst Heizeinheiten, eine Schalteinheit, eine Stromdetektionseinheit und eine Steuereinheit. Die Heizeinheiten weisen jeweils ein Heizelement und mit dem Heizelement verbundene Elektroden auf. Die Schalteinheit schaltet eine an den Elektroden anzulegende Spannung. Die Stromdetektionseinheit detektiert Werte eines Ausgangsstroms von den Heizeinheiten. Die Steuereinheit betreibt eine vorherbestimmte Anzahl von Heizeinheiten, die in Abhängigkeit von den nach dem Betrieb der Heizeinheiten durch die Stromdetektionseinheit erfassten Stromwerten bestimmt wird.
  • Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2008/031714 A1 ist bereits eine Kochvorrichtung, und zwar für Induktionsherde, bekannt mit einer Recheneinheit, die wenigstens einen Wartemodus aufweist, der bei Entfernen eines Kochgeschirrs von einer Kochzone aktiviert wird. Um eine erhöhte Sicherheit für einen Bediener der Kochfeldvorrichtung zu erzielen, weist die Kochfeldvorrichtung eine Warnsignalausgabeeinheit auf, die zu einer Ausgabe eines Warnsignals nach einem Wiederaufstellen des Kochgeschirrs bei aktiviertem Wartemodus auf die Kochzone vorgesehen ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Heizvorrichtung mit einer höheren Betriebssicherheit bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und des Verfahrensanspruchs 9 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
  • Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung, insbesondere einer Kochfeldheizvorrichtung, mit wenigstens einem Heizanschluss für zumindest ein Heizelement und wenigstens einer Frequenzeinheit.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung eine Schutzeinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Existenz eines Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit und dem Heizanschluss zu ermitteln. Unter "vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet und/oder programmiert verstanden werden. Unter einem "Heizelement" soll insbesondere ein Element verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, elektrische Energie in Wärme umzuwandeln. Insbesondere besteht das Heizelement aus einem Widerstandsheizkörper oder einem Strahlungsheizkörper oder vorzugsweise einem Induktionsheizkörper, der dazu vorgesehen ist, elektrische Energie indirekt über induzierte Wirbelströme in Wärme umzuwandeln. Unter einer "Frequenzeinheit" soll insbesondere eine elektrische Einheit verstanden werden, die das Heizelement mit elektrischer Energie versorgt. Vorzugsweise ist die Frequenzeinheit dazu vorgesehen, ein oszillierendes elektrisches Signal, vorzugsweise mit einer Frequenz von zumindest 1 kHz, insbesondere von wenigstens 10 kHz und vorteilhaft von mindestens 20 kHz, zu erzeugen. Die Frequenzeinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen Wechselrichter, der besonders vorteilhaft zwei Schalteinheiten aufweist. Unter einer "Schalteinheit" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, einen die Schalteinheit umfassenden Leitungspfad zu unterbrechen. Vorzugsweise ist die Schalteinheit ein bidirektionaler unipolarer Schalter, der insbesondere einen Stromfluss durch den Schalter entlang dem Leitungspfad in beide Richtungen ermöglicht und der insbesondere eine elektrische Spannung in zumindest einer Polungsrichtung kurzschließt. Vorzugsweise umfasst der Wechselrichter zumindest zwei Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, und insbesondere zumindest einen Dämpfungskondensator. Unter einem "Leitungspfad" soll insbesondere ein für Gleichstrom elektrisch leitender Pfad zwischen zwei Punkten verstanden werden. Vorzugsweise beträgt ein spezifischer elektrischer Widerstand des Leitungspfads bei 20°C überall höchstens 10-4 Ωm, insbesondere maximal 10-5 Ωm, vorteilhaft höchstens 10-6 Ωm und besonders vorteilhaft maximal 10-7 Ωm. Vorzugsweise ist der Leitungspfad frei von Heizelementen. Vorzugsweise umfasst der Leitungspfad zumindest ein weiteres von einem Leiterstück und einem Heizelement verschiedenes Bauteil, vorzugsweise ein Schaltelement einer Schaltanordnung und besonders vorteilhaft ein Relais. Unter einem "Heizanschluss" eines Heizelements soll insbesondere eine elektrische Anschlussstelle des Heizelements verstanden werden. Vorzugsweise ist die elektrische Anschlussstelle eine Verbindungsstelle zwischen einer Stromversorgungsleitung des Heizelements, insbesondere einem Stromversorgungskabel des Heizelements, und einer weiteren Stromversorgungsleitung, insbesondere einer Leiterbahn einer Platine. Vorzugsweise ist der Heizanschluss auf einer, in Richtung des Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit und dem Heizanschluss gesehen, von der Frequenzeinheit abgewandten Seite zu einem elektrischen Anschluss des Heizelements vorgesehen. Unter einer "Schutzeinheit" soll insbesondere eine Einheit, insbesondere eine elektronische Einheit, verstanden werden, die eine Schutzfunktion übernimmt. Vorzugsweise umfasst die Schutzfunktion ein Erkennen eines Leitungspfads und eine Weitergabe dieser Information an eine Steuereinheit.
  • Durch eine solche Ausgestaltung kann eine Betriebssicherheit erhöht werden, insbesondere wenn die Heizvorrichtung eine Schaltanordnung mit Schaltelementen aufweist, vorzugsweise in Form elektromechanischer Relais, und diese zu einem periodischen Schalten im Rahmen eines Zeitmultiplexverfahrens vorgesehen sind. Unter einem "Zeitmultiplexverfahren" soll insbesondere ein Steuerungsverfahren verstanden werden, bei dem einzelne Zeitabschnitte definiert werden, die vorzugsweise periodisch wiederkehrend nacheinander durchlaufen werden. Insbesondere ändert sich bei einem Übergang von einem ersten zu einem zweiten Zeitabschnitt ein Schaltzustand der Schaltanordnung, vorzugsweise derart, dass im ersten Zeitabschnitt zumindest ein erstes Heizelement und im zweiten Zeitabschnitt wenigstens ein zweites Heizelement mit Energie versorgt wird. Insbesondere ist eine den Heizelementen während eines Zeitabschnitts zugeführte Leistung größer als eine den Heizelementen zugeführte zeitliche Durchschnittsleistung. Vorzugsweise beträgt eine Periodendauer des Steuerungsverfahrens 1 s bis 5 s. Mittels der Schutzeinheit kann eine Bediensicherheit erhöht werden, da eine fehlerhafte Existenz eines Leitungspfads erkannt werden kann. Hierdurch kann insbesondere bei einem Kochfeld verhindert werden, dass Heizelemente lastfrei oder mit einem leeren Gargeschirr betrieben werden. Ferner kann insbesondere bei Induktionskochfeldern verhindert werden, dass sich Magnetfelder von den Heizelementen ausgehend frei in der Umgebung des Induktionskochfelds ausbreiten.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinheit dazu vorgesehen ist, die Existenz des Leitungspfads anhand eines Potentialverlaufs zu ermitteln. Unter einem "Potentialverlauf" soll insbesondere ein zeitlicher Verlauf eines elektrischen Potentials, vorzugsweise an einem Punkt des Leitungspfads, verstanden werden. Unter einem "elektrischen Potential" an einem Punkt soll insbesondere ein Wegintegral über ein elektrisches Feld von einem Referenzpunkt zu dem Punkt verstanden werden. Vorzugsweise ist der Referenzpunkt für das elektrische Potential ein Punkt einer Masseleitung der Frequenzeinheit. Hierdurch können Kosten erheblich gesenkt werden, da auf kostenintensive Strommessgeräte für hochfrequente Wechselströme verzichtet werden kann.
  • Vorteilhaft ist die Schutzeinheit dazu vorgesehen, den Potentialverlauf am Heizanschluss auszuwerten. Darunter, dass die Schutzeinheit dazu vorgesehen ist, "den Potentialverlauf am Heizanschluss auszuwerten", soll insbesondere verstanden werden, dass die Schutzeinheit eine elektrische Spannung zwischen dem Heizanschluss oder einem Punkt mit einem im Wesentlichen gleichen elektrischen Potential wie der Heizanschluss und dem Referenzpunkt als Eingangsspannung zugeführt bekommt und intern verarbeitet. Unter einem "im Wesentlichen gleichen elektrischen Potential" soll insbesondere ein elektrisches Potential mit einer Abweichung von maximal 1% und vorzugsweise höchstens 0,1% verstanden werden. Vorzugsweise ist eine Ausgangsspannung der Schutzeinheit ein digitales Ausgangsignal, welches insbesondere ausschließlich zwei Werte annehmen kann. Hierdurch kann zuverlässig die Existenz des Leitungspfads ermittelt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinheit dazu vorgesehen ist, anhand eines Frequenzspektrums des Potentialverlaufs die Existenz des Leitungspfads zu ermitteln. Unter einem "Frequenzspektrum" des Potentialverlaufs soll insbesondere eine von einer Frequenz abhängige mathematische Funktion verstanden werden, die eine Zusammensetzung des Potentialverlaufs aus Signalbestandteilen unterschiedlicher Frequenz beschreibt. Darunter, dass die Schutzeinheit dazu vorgesehen ist, "anhand eines Frequenzspektrums des Potentialverlaufs die Existenz des Leitungspfads zu ermitteln", soll insbesondere verstanden werden, dass das Ausgangssignal und vorzugsweise die Ausgangsspannung der Schutzeinheit vom Frequenzspektrum abhängt. Insbesondere erkennt die Schutzeinheit an einem Vorhandensein von hochfrequenten Signalen einer bestimmten Intensität im Frequenzspektrum, insbesondere oberhalb einer Grenzfrequenz, dass ein Leitungspfad zwischen der Frequenzeinheit und dem Heizanschluss existiert. Hierdurch kann besonders zuverlässig die Existenz des Leitungspfads ermittelt werden.
  • Vorteilhaft umfasst die Schutzeinheit zumindest einen Hochpassfilter, der dazu vorgesehen ist, eine Diskriminierung von Potentialverläufen vorzunehmen. Unter einem "Hochpassfilter" soll insbesondere eine elektronische Filtereinheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, Signale mit einer Frequenz oberhalb einer Grenzfrequenz zumindest im Wesentlichen ungeschwächt passieren zu lassen und Signale mit einer niedrigeren Frequenz zu dämpfen. Unter "zumindest im Wesentlichen ungeschwächt" soll insbesondere verstanden werden, dass eine Signalabschwächung maximal 15%, insbesondere höchstens 10%, vorteilhaft maximal 5% und besonders vorteilhaft höchstens 1% beträgt. Vorzugsweise umfasst der Hochpassfilter zumindest einen Kondensator. Hierdurch kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Diskriminierung von Potentialverläufen erreicht werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinheit einen Stromsensor umfasst, der dazu vorgesehen ist, die Existenz des Leitungspfads zu ermitteln. Unter einem "Stromsensor" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest ein Vorhandensein eines elektrischen Stroms nachzuweisen. Hierdurch können Kosten gegenüber einer Ausführung mit einem Strommessgerät, welches zu einem Messen eines hochfrequenten Wechselstroms ausgelegt ist, eingespart werden.
  • Die Heizvorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die dazu vorgesehen ist, Verbindungsinformationen von der Schutzeinheit zu empfangen und im Falle einer fehlerhaften Existenz des Leitungspfads zumindest eine Sicherungsmaßnahme zu veranlassen. Unter einer "Steuereinheit" soll insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, die vorzugsweise in einer Steuer- und/oder Regeleinheit eines Induktionskochfelds zumindest teilweise integriert ist und die vorzugsweise dazu vorgesehen ist, zumindest die Frequenzeinheit und eine Schaltanordnung zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit eine Recheneinheit und zusätzlich zur Recheneinheit eine Speichereinheit. Unter einer "Verbindungsinformation" soll insbesondere ein Verbindungsstatus zwischen der Frequenzeinheit und dem Heizanschluss verstanden werden. Vorzugsweise ist die Verbindungsinformation in einem digitalen Signal, welches vorzugsweise ausschließlich zwei Werte annehmen kann, kodiert. Unter einer "fehlerhaften Existenz des Leitungspfads" soll insbesondere eine Existenz des Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit und dem Heizanschluss verstanden werden, die fehlerhafterweise existiert und von einer durch die Steuereinheit vorgenommenen Einstellung der Schaltanordnung abweicht. Insbesondere kann eine fehlerhafte Existenz eines Leitungspfads auf ein defektes Schaltelement, insbesondere ein hängengebliebenes elektromechanisches Relais, und/oder auf eine fehlerhafte Ansteuerung des Schaltelements zurückzuführen sein. Unter einer "Sicherungsmaßnahme" soll insbesondere eine Maßnahme verstanden werden, die als Reaktion auf die fehlerhafte Existenz des Leitungspfads ausgelöst wird und die vorzugsweise auf eine Sicherung der Heizvorrichtung abzielt. Vorzugsweise umfasst die Sicherungsmaßnahme eine Abschaltung aller Frequenzeinheiten. Vorzugsweise umfasst die Sicherungsmaßnahme ein Ausgeben einer Fehlermeldung und/oder einer Wartungsaufforderung. Durch eine solche Ausgestaltung kann eine Bediensicherheit besonders vorteilhaft erhöht werden.
  • Vorteilhaft ist eine Gesamtzahl aller Heizelemente größer als eine Gesamtzahl aller Frequenzeinheiten. Unter einer "Gesamtzahl aller Heizelemente" soll insbesondere die Gesamtzahl aller Heizelemente eines Kochfelds verstanden werden. Unter einer "Gesamtzahl aller Frequenzeinheiten" soll insbesondere die Gesamtzahl aller Frequenzeinheiten des Kochfelds verstanden werden. Hierdurch können Material und Kosten reduziert werden. Vorteilhaft ist die Gesamtzahl der Frequenzeinheiten zwei bei einem Kochfeld mit zumindest drei Heizelementen. Vorteilhaft ist die Gesamtzahl der Frequenzeinheiten vier bei einem Matrixkochfeld. Unter einem "Matrixkochfeld" soll insbesondere ein Kochfeld verstanden werden, bei dem die Heizelemente in einem regelmäßigen Raster unter einer Kochfeldplatte angeordnet sind, und ein mittels der Heizelemente heizbarer Bereich der Kochfeldplatte vorzugsweise wenigstens 60%, insbesondere zumindest 70%, vorteilhaft zumindest 80% und besonders vorteilhaft wenigstens 90% einer Gesamtfläche der Kochfeldplatte umfasst. Insbesondere umfasst das Matrixkochfeld zumindest 10, insbesondere mindestens 20, vorteilhaft wenigstens 30 und besonders vorteilhaft zumindest 40 Heizelemente. Hierdurch kann trotz einer begrenzten Anzahl von Frequenzeinheiten, insbesondere bei Matrixkochfeldern, bei denen die Erfahrung lehrt, dass meist maximal vier Gargeschirre erhitzt werden, ein hoher Bedienkomfort sichergestellt werden.
  • Des Weiteren wird ein Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, insbesondere einer Kochfeldvorrichtung, mit wenigstens einem Heizanschluss für zumindest ein Heizelement, wenigstens einer Frequenzeinheit und einer Schutzeinheit, vorgeschlagen, bei dem durch die Schutzeinheit eine Existenz eines Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit und dem Heizanschluss ermittelt wird. Hierdurch kann eine Betriebssicherheit erhöht werden, insbesondere wenn die Heizvorrichtung Schaltelemente, vorzugsweise in Form elektromechanischer Relais, aufweist. Des Weiteren kann eine Bediensicherheit erhöht werden, da eine fehlerhafte Existenz eines Leitungspfads erkannt werden kann. Hierdurch kann, insbesondere bei einem Kochfeld, verhindert werden, dass Heizelemente lastfrei betrieben werden. Ferner kann, insbesondere bei Induktionskochfeldern, verhindert werden, dass sich Magnetfelder von den Heizelementen ausgehend frei in der Umgebung des Induktionskochfelds ausbreiten.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den folgenden Zeichnungsbeschreibungen. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibungen und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1a
    ein Induktionskochfeld mit vier Heizzonen in einer Draufsicht,
    Fig. 1b
    eine Heizvorrichtung des Induktionskochfelds aus Fig. 1 a,
    Fig. 2
    einen Potentialverlauf bei einer bestehenden Verbindung,
    Fig. 3
    einen Potentialverlauf bei einer getrennten Verbindung,
    Fig. 4a
    ein Induktionskochfeld mit drei Heizzonen in einer Draufsicht und
    Fig. 4b
    eine Heizvorrichtung des Induktionskochfelds aus Fig. 4a.
  • Fig. 1a zeigt eine Draufsicht auf ein Induktionskochfeld mit einer Kochfeldplatte 34a aus Glaskeramik, auf der vier Heizzonen 36a, 38a, 40a, 42a in bekannter Weise gekennzeichnet sind. Eine Heizvorrichtung (Fig. 1b) des Induktionskochfelds weist vier als Induktorspulen ausgebildete Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a auf, welche alle gleichzeitig auf unterschiedlichen Leistungsstufen betreibbar sind. Jedes der Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a ist einer der Kochzonen 36a, 38a, 40a, 42a zugeordnet, so dass bei einer Benutzung des Induktionskochfelds jedes Heizelement 18a, 20a, 22a, 24a genau ein Kochgeschirrelement, also z. B. einen Topf oder eine Pfanne, erhitzt. Die Heizvorrichtung weist zwei Frequenzeinheiten 26a, 28a auf, durch die die Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a über Heizanschlüsse 10a, 12a, 14a, 16a der Heizvorrichtung mit Energie versorgt werden können. Somit ist eine Gesamtzahl aller Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a größer als eine Gesamtzahl aller Frequenzeinheiten 26a, 28a. Die zwei Frequenzeinheiten 26a, 28a umfassen jeweils einen Wechselrichter 44a, 46a und eine Dämpfungskondensatorbank 48a, 50a. Der Wechselrichter 44a weist einen ersten Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (hierfür wird im Folgenden die Abkürzung "IGBT" verwendet) 52a und einen zweiten IGBT 54a auf. Ferner weist der Wechselrichter 46a einen ersten IGBT 56a und einen zweiten IGBT 58a auf. Alternativ kann anstatt der IGBTs auch jede andere dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Schalteinheit eingesetzt werden, vorzugsweise jedoch ein bidirektionaler unipolarer Schalter.
  • Des Weiteren weist die Heizvorrichtung eine länderspezifische Wechselstromspannungsquelle 60a auf, welche eine Stromnetzspannung mit einem Effektivwert von 230 V und einer Frequenz von 50 Hz liefert. Die beschriebene Heizvorrichtung ist insbesondere zu einem Betrieb in Deutschland vorgesehen. Für Heizvorrichtungen, welche zu einem Betrieb in den USA vorgesehen sind, liefert eine entsprechende Wechselstromspannungsquelle eine Stromnetzspannung mit 60 Hz. Die Spannung der Wechselstromspannungsquelle 60a durchläuft zunächst einen Filter 62a der Heizvorrichtung, der hochfrequentes Rauschen eliminiert und im Wesentlichen ein Tiefpass-Filter ist. Eine von dem Filter 62a gefilterte Spannung wird von einem Gleichrichter 64a der Heizvorrichtung, welcher als Brückengleichrichter ausgebildet sein kann, gleichgerichtet, so dass an einem Ausgang des Gleichrichters 64a eine gleichgerichtete Spannung U0 abgegeben wird, die zwischen einem Kollektor des IGBTs 52a und einem Emitter des IGBTs 54a anliegt. Die gleichgerichtete Spannung U0 liegt ferner zwischen einem Kollektor des IGBTs 56a und an einem Emitter des IGBTs 58a an. Die Dämpfungskondensatorbänke 48a, 50a bestehen jeweils aus zwei Kondensatoren, wobei ein erster Kondensator parallel zum ersten IGBT 52a, 56a und ein zweiter Kondensator parallel zum zweiten IGBT 54a, 58a der jeweiligen Frequenzeinheit 26a, 28a geschaltet ist.
  • Des Weiteren weist die Heizvorrichtung eine Schaltanordnung 66a auf. Die Schaltanordnung 66a umfasst sechs Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a. Die Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a sind SPDT Relais und baugleich. Jedes der Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a weist einen ersten, einen zweiten und einen dritten Kontakt und eine Spule auf, wobei der erste Kontakt durch eine entsprechende Ansteuerung der Spule wahlweise mit dem zweiten oder dem dritten Kontakt leitend verbindbar ist. Der erste Kontakt des Schaltelements 68a ist leitend mit dem Emitter des IGBTs 52a verbunden. Ferner ist der zweite Kontakt des Schaltelements 68a mit dem ersten Kontakt des Schaltelements 70a verbunden. Der dritte Kontakt des Schaltelements 68a ist leitend mit dem ersten Kontakt des Schaltelements 72a verbunden. Der zweite Kontakt des Schaltelements 70a ist leitend mit dem Heizanschluss 10a verbunden. Der dritte Kontakt des Schaltelements 70a ist leitend mit dem Heizanschluss 12a verbunden. Der zweite Kontakt des Schaltelements 72a ist leitend mit dem Heizanschluss 14a verbunden. Der dritte Kontakt des Schaltelements 72a ist leitend mit dem Heizanschluss 16a verbunden. Außerdem ist der erste Kontakt des Schaltelements 74a leitend mit dem Emitter des IGBTs 56a verbunden. Ferner ist der zweite Kontakt des Schaltelements 74a mit dem ersten Kontakt des Schaltelements 76a verbunden. Der dritte Kontakt des Schaltelements 74a ist leitend mit dem ersten Kontakt des Schaltelements 78a verbunden. Der zweite Kontakt des Schaltelements 76a ist leitend mit dem Heizanschluss 10a verbunden. Der dritte Kontakt des Schaltelements 76a ist leitend mit dem Heizanschluss 12a verbunden. Der zweite Kontakt des Schaltelements 78a ist leitend mit dem Heizanschluss 14a verbunden. Der dritte Kontakt des Schaltelements 78a ist leitend mit dem Heizanschluss 16a verbunden.
  • Das Heizelement 18a ist mit einem ersten Kontakt mit dem Heizanschluss 10a verbunden. Das Heizelement 20a ist mit einem ersten Kontakt mit dem Heizanschluss 12a verbunden. Das Heizelement 22a ist mit einem ersten Kontakt mit dem Heizanschluss 14a verbunden. Das Heizelement 24a ist mit einem ersten Kontakt mit dem Heizanschluss 16a verbunden. Ein zweiter Kontakt des Heizelements 18a ist leitend mit einem zweiten Kontakt des Heizelements 20a verbunden. Ferner ist ein zweiter Kontakt des Heizelements 22a leitend mit einem zweiten Kontakt des Heizelements 24a verbunden. Die Heizvorrichtung weist ferner Resonanzkondensatoren 80a, 82a, 84a, 86a auf. Der zweite Kontakt des Heizelements 18a ist leitend mit einem ersten Kontakt des Resonanzkondensators 80a und mit einem ersten Kontakt des Resonanzkondensators 82a verbunden. Der zweite Kontakt des Heizelements 22a ist leitend mit einem ersten Kontakt des Resonanzkondensators 84a und mit einem ersten Kontakt des Resonanzkondensators 86a verbunden. Zweite Kontakte der zwei Resonanzkondensatoren 80a, 84a sind leitend mit dem Kollektor des IGBTs 52a verbunden. Ferner sind zweite Kontakte der zwei Resonanzkondensatoren 82a, 86a leitend mit dem Emitter des IGBTs 58a verbunden.
  • Die Heizvorrichtung umfasst eine Steuereinheit 32a, die dazu vorgesehen ist, die Schaltanordnung 66a und die Frequenzeinheiten 26a, 28a mittels Ansteuerungssignalen für die Wechselrichter 44a, 46a zu steuern und eine vorgegebene Heizleistung einzuregeln. Die Steuereinheit 32a ist dazu ausgelegt, ein Zeitmultiplexverfahren durchzuführen, wobei in den einzelnen definierten Zeitabschnitten des Zeitmultiplexverfahrens verschiedene Betriebsmodi zum Einsatz kommen können. Die verwendeten Betriebsmodi umfassen einen "dedizierten Modus", einen "Booster-Modus" und einen "Phasenansteuerungs-Modus". Die Steuermechanismen können nacheinander in unterschiedlichen Zeitabschnitten des Zeitmultiplexverfahrens ausgeführt werden.
  • Im "dedizierten Modus" versorgt eine Frequenzeinheit 26a, 28a genau eines der Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a mit Energie. Aufgrund der gemeinsam verwendeten Resonanzkondensatoren 80a, 82a der Heizelemente 18a, 20a und der gemeinsam verwendeten Resonanzkondensatoren 84a, 86a der Heizelemente 22a, 24a ergeben sich Einschränkungen bei einer Zuordnung der Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a zu den Frequenzeinheiten 26a, 28a. So ist ein gleichzeitiger Betrieb mehrerer Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a im dedizierten Modus nur für die Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a möglich, die an unterschiedliche Resonanzkondensatoren 80a, 82a, 84a, 86a angeschlossen sind. Die Ansteuerungssignale für die Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a sind in diesem Betriebsmodus voneinander unabhängig.
  • Im Booster-Modus wird je ein Heizelement 18a, 20a, 22a, 24a durch beide Frequenzeinheiten 26a, 28a parallel betrieben, um eine höhere Heizleistung zu erreichen. Die Ansteuerungssignale für die Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a sind in diesem Betriebsmodus für beide Wechselrichter 44a, 46a identisch.
  • Im Phasenansteuerungs-Modus werden zwei Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a mit gemeinsamen Resonanzkondensatoren 80a, 82a, 84a, 86a jeweils durch eine Frequenzeinheit 26a, 28a mit Energie versorgt. Die Ansteuerungssignale für die Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a weisen in diesem Betriebsmodus die gleiche Frequenz auf, wodurch eine Gesamtleistung der beiden Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a festgelegt ist. Ein Verhältnis der einzelnen Heizleistungen der zwei Heizelemente 18a, 20a, 22a, 24a zueinander wird durch eine Phasenverschiebung zwischen den Ansteuerungssignalen festgelegt. Des Weiteren werden die Ansteuerungssignale derart angepasst, dass ein spannungsloses Schalten (Zero Voltage Switching) der IGBTs 52a, 54a, 56a, 58a der Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a sichergestellt ist. Hierdurch können Schaltverluste minimiert werden.
  • Aufgrund häufiger Schaltvorgänge der Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a der Schaltanordnung 66a beim Zeitmultiplexverfahren ist eine Ermittlung von Fehlfunktionen der Schaltanordnung 66a oder der Ansteuerung der Schaltanordnung 66a wichtig. Während einer Lebensdauer des Induktionskochfelds sind einige Hunderttausend Schaltvorgänge pro Schaltelement 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a zu erwarten. Um Fehlfunktionen zu minimieren, werden die Frequenzeinheiten 26a, 28a während der Schaltvorgänge abgeschaltet, so dass die Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a während des Schaltvorgangs stromlos sind. Dennoch kann eine Fehlfunktion nie ganz ausgeschlossen werden. Mögliche Fehlfunktionen umfassen einerseits Fehlfunktionen der Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a, wie beispielsweise ein hängengebliebenes Relais oder ein defektes Bauteil in einem Steuerstromkreis des Relais, oder andererseits Fehlfunktionen der Steuersoftware der Schaltelemente 68a, 70a, 72a, 74a, 76a, 78a.
  • Bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kommt ein Verfahren zum Einsatz, bei dem durch eine Schutzeinheit 30a der Heizvorrichtung eine Existenz eines Leitungspfads zwischen einer Frequenzeinheit 26a, 28a und einem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a ermittelt wird. Die Schutzeinheit 30a ermittelt in zumindest einem Betriebszustand die Existenz des Leitungspfads zwischen einer der zwei Frequenzeinheiten 26a, 28a und einem der vier Heizanschlüsse 10a, 12a, 14a, 16a anhand eines Potentialverlaufs, den sie an den Heizanschlüssen 10a, 12a, 14a, 16a auswertet.
  • Fig. 2 zeigt in einem kartesischen Koordinatensystem einen typischen Potentialverlauf V1(t) an einem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a bei einer Existenz eines Leitungspfads zwischen dem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a und einer Frequenzeinheit 26a, 28a. Die Ordinatenachse 88a zeigt das elektrische Potential V1 am Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a. Die Abszissenachse 90a zeigt eine Zeit t. Der Potentialverlauf V1(t) weist im Wesentlichen die Form eines Rechtecksignals mit steilen Flanken auf. Aufgrund scharfer Kanten sind in einem Frequenzspektrum des Potentialsverlaufs V1(t) hochfrequente Signalanteile enthalten, deren Frequenz oberhalb einer Schaltfrequenz der Frequenzeinheiten 26a, 28a liegt.
  • Fig. 3 zeigt in einem kartesischen Koordinatensystem einen typischen Potentialverlauf V2(t) an einem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a bei einer Abwesenheit eines Leitungspfads zwischen dem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a und einer Frequenzeinheit 26a, 28a. Die Ordinatenachse 92a zeigt das elektrische Potential V2 am Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a. Die Abszissenachse 94a zeigt eine Zeit t. Der Potentialverlauf V2(t) weist im Wesentlichen die Form eines in Richtung der Ordinatenachse 92a um U0/2 verschobenen sinusförmigen Signals auf. Der Potentialverlauf V2(t) am Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a ist mit einem Potentialverlauf auf einer vom Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a abgewandten Seite des dem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a zugeordneten Heizelements 18a, 20a, 22a, 24a identisch, da bei einer Abwesenheit eines Leitungspfads zwischen dem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a und der Frequenzeinheit 26a, 28a ein Stromfluss durch das Heizelement 18a, 20a, 22a, 24a Null beträgt. Aufgrund eines annähernd sinusförmigen Verlaufs sind in einem Frequenzspektrum des Potentialsverlaufs V2(t) nur wenige Signalanteile enthalten. Deren Frequenzen liegen in der Umgebung der Schaltfrequenz der Frequenzeinheiten 26a, 28a.
  • Zu einer Unterscheidung der zwei unterschiedlichen Potentialverläufe V1(t), V2(t) umfasst die Schutzeinheit 30a für jeden Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a einen Hochpassfilter mit einer Grenzfrequenz oberhalb der Schaltfrequenz der Frequenzeinheiten 26a, 28a. Signalanteile der Potentialverläufe V1(t), V2(t) mit Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz werden stark gedämpft, während Signale mit Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz nahezu unverändert belassen werden. Hierdurch wird eine Diskriminierung der Potentialverläufe V1(t), V2(t) hinsichtlich ihres Frequenzspektrums ermöglicht und die Schutzeinheit 30a kann ermitteln, ob der Leitungspfad zwischen dem Heizanschluss 10a, 12a, 14a, 16a und einer Frequenzeinheit 26a, 28a existiert. Im Falle der Existenz des Leitungspfads gibt die Schutzeinheit 30a eine logische "0" aus. Im Falle der Abwesenheit des Leitungspfads gibt die Schutzeinheit 30a eine logische "1" aus.
  • In einem Beispiel sei angenommen, dass die zwei Heizelemente 18a, 24a im dedizierten Modus betrieben werden sollen. Bei einer korrekten Schalterstellung der Schaltanordnung 66a sind die zwei Schaltelemente 68a, 70a in der oberen Stellung und die Schaltelemente 74a, 78a in der unteren Stellung. Die Schutzeinheit 30a gibt an die Steuereinheit 32a eine entsprechende Verbindungsinformation weiter, die die Steuereinheit 32a mit einer Soll-Schalterstellung vergleicht. Im vorliegenden Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine "0", für den Heizanschluss 12a eine "1", für den Heizanschluss 14a eine "1" und für den Heizanschluss 16a eine "0" weiter. Angenommen das Schaltelement 70a sei in der falschen Stellung und zwar in der unteren Stellung anstatt der oberen Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine "1", für den Heizanschluss 12a eine "0", für den Heizanschluss 14a eine "1" und für den Heizanschluss 16a eine "0" an die Steuereinheit 32a weiter. In diesem Fehlermodus wird fehlerhafterweise das Heizelement 20a mit Energie versorgt, was potentiell zu einem für einen Bediener gefährlichen Betriebszustand führen kann. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Frequenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit 32a eine Warnmeldung und eine Wartungsaufforderung an einen Bediener aus. Angenommen das Schaltelement 68a sei in der falschen Stellung und zwar in der unteren Stellung anstatt der oberen Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine "1", für den Heizanschluss 12a eine "1", für den Heizanschluss 14a in Abhängigkeit von einer Schalterstellung des Schaltelements 72a entweder eine "0" oder eine "1" und für den Heizanschluss 16a eine "0" an die Steuereinheit 32a weiter. Steht das Schaltelement 72a in der oberen Stellung, so wird fehlerhafterweise das Heizelement 22a mit Energie versorgt, was potentiell zu einem für einen Bediener gefährlichen Betriebszustand führen kann. Steht das Schaltelement 72a in der unteren Stellung, so sind beide Frequenzeinheiten 26a, 28a parallel mit dem Heizelement 24a verbunden und es kann im Falle von unterschiedlichen Ansteuerungssignalen, insbesondere im Falle unterschiedlicher Phasenlagen, für die Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a zu einem Kurzschluss der Wechselrichter 44a, 46a und deren Zerstörung kommen. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Frequenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit 32a eine Warnmeldung und eine Wartungsaufforderung an einen Bediener aus.
  • In einem weiteren Beispiel sei angenommen, dass das Heizelement 18a im Booster-Modus betrieben werden soll. Bei einer korrekten Schalterstellung der Schaltanordnung 66a sind die vier Schaltelemente 68a, 70a, 74a, 78a in der oberen Stellung. Die Schutzeinheit 30a gibt an die Steuereinheit 32a eine entsprechende Verbindungsinformation weiter, die die Steuereinheit 32a mit einer Soll-Schalterstellung vergleicht. Im vorliegenden Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine "0", für den Heizanschluss 12a eine "1", für den Heizanschluss 14a eine "1" und für den Heizanschluss 16a eine "1" weiter. Angenommen das Schaltelement 76a sei in der falschen Stellung, und zwar in der unteren Stellung anstatt der oberen Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine "0", für den Heizanschluss 12a eine "0", für den Heizanschluss 14a eine "1" und für den Heizanschluss 16a eine "1" an die Steuereinheit 32a weiter. In diesem Fehlermodus werden die beiden Heizelemente 18a, 20a in einem Phasenansteuerungs-Modus mit für ein spannungsloses Schalten unangepassten Ansteuerungssignalen der Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a betrieben. Dies kann zu stärkeren Schaltverlusten und zu einer stärkeren Erwärmung der Wechselrichter 44a, 46a führen. Des Weiteren wird fehlerhafterweise das Heizelement 20a mit Energie versorgt, was potentiell zu einem für einen Bediener gefährlichen Betriebszustand führen kann. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Frequenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit 32a eine Warnmeldung und eine Wartungsaufforderung an einen Bediener aus. Angenommen das Schaltelement 74a sei in der falschen Stellung, und zwar in der unteren Stellung anstatt der oberen Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine "0", für den Heizanschluss 12a eine "1" und abhängig von einer Schalterstellung des Schaltelements 78a entweder für den Heizanschluss 14a eine "0" und für den Heizanschluss 16a eine "1" oder für den Heizanschluss 14a eine "1" und für den Heizanschluss 16a eine "0" an die Steuereinheit 32a weiter. In diesem Fehlermodus wird abhängig vom Schaltzustand des Schaltelements 78a entweder das Heizelement 22a oder das Heizelement 24a mit Energie versorgt, was zu einem potentiell gefährlichen Betriebszustand für einen Bediener führen kann. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Frequenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit 32a eine Warnmeldung und eine Wartungsaufforderung an einen Bediener aus.
  • In einem letzten Beispiel sei angenommen, dass die zwei Heizelemente 18a, 20a im Phasenansteuerungs-Modus betrieben werden sollen. Bei einer korrekten Schalterstellung der Schaltanordnung 66a sind die drei Schaltelemente 68a, 70a, 74a in der oberen Stellung und das Schaltelement 76a in der unteren Stellung. Die Schutzeinheit 30a gibt an die Steuereinheit 32a eine entsprechende Verbindungsinformation weiter, die die Steuereinheit 32a mit einer Soll-Schalterstellung vergleicht. Im vorliegenden Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine "0", für den Heizanschluss 12a eine "0", für den Heizanschluss 14a eine "1" und für den Heizanschluss 16a eine "1" weiter. Angenommen das Schaltelement 76a sei in der falschen Stellung, und zwar in der oberen Stellung anstatt der unteren Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine "0", für den Heizanschluss 12a eine "1 ", für den Heizanschluss 14a eine "1" und für den Heizanschluss 16a eine "1" an die Steuereinheit 32a weiter. In diesem Fehlermodus sind die beiden Frequenzeinheiten 26a, 28a parallel mit dem Heizelement 18a verbunden und es kann im Falle von unterschiedlichen Ansteuerungssignalen, insbesondere im Falle unterschiedlicher Phasenlagen, für die Wechselrichter 44a, 46a der Frequenzeinheiten 26a, 28a zu einem Kurzschluss der Wechselrichter 44a, 46a und deren Zerstörung kommen. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Frequenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit 32a eine Warnmeldung und eine Wartungsaufforderung an einen Bediener aus. Angenommen das Schaltelement 74a sei in der falschen Stellung, und zwar in der unteren Stellung anstatt der oberen Stellung. In diesem Fall gibt die Schutzeinheit 30a für den Heizanschluss 10a eine "0", für den Heizanschluss 12a eine "1" und abhängig von einer Schalterstellung des Schaltelements 78a entweder für den Heizanschluss 14a eine "0" und für den Heizanschluss 16a eine "1" oder für den Heizanschluss 14a eine "1" und für den Heizanschluss 16a eine "0" an die Steuereinheit 32a weiter. In diesem Fehlermodus wird abhängig von einer Schalterstellung des Schaltelements 78a entweder das Heizelement 22a oder das Heizelement 24a fehlerhafterweise mit Energie versorgt, was zu einem potentiell gefährlichen Betriebszustand für einen Bediener führen kann. Die Steuereinheit 32a erkennt diese Fehlstellung und schaltet alle Frequenzeinheiten 26a, 28a ab. Zusätzlich gibt die Steuereinheit 32a eine Warnmeldung und eine Wartungsaufforderung an einen Bediener aus.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Schutzeinheit 30a auch einen Stromsensor umfassen, um in zumindest einem Betriebszustand die Existenz des Leitungspfads zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die Heizvorrichtung zumindest einen Strommesser umfassen, der zu einer Messung eines elektrischen Stroms durch den Leitungspfad vorgesehen ist.
  • In den Fig. 4a und 4b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Fig. 1a und 1b, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Fig. 1a und 1b durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der Fig. 4a und 4b ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des anderen Ausführungsbeispiels, insbesondere der Fig. 1a und 1b, verwiesen werden.
  • Fig. 4a zeigt ein zweites Induktionskochfeld mit einer Kochfeldplatte 34b aus einer Glaskeramik in einer Draufsicht. Auf der Kochfeldplatte 34b sind drei kreisrunde Heizzonen 36b, 38b, 40b in bekannter Weise markiert. Fig. 4b zeigt ein elektrisches Schaltbild einer zweiten Heizvorrichtung des zweiten Induktionskochfelds. Die Heizvorrichtung umfasst nur drei Heizelemente 18b, 20b, 22b, die über eine Schaltanordnung 66b mit zwei Frequenzeinheiten 26b, 28b verbindbar sind. Um Produktionskosten durch eine Reduzierung einer Anzahl verschiedenartiger Heizvorrichtungen zu minimieren, umfasst die Heizvorrichtung aus Fig. 4b weiterhin einen Heizanschluss 16b für ein viertes Heizelement, der über das Schaltelement 72b mit der Frequenzeinheit 26b und über das Schaltelement 78b mit den Frequenzeinheit 28b verbindbar ist. Hierdurch wird ein weiterer Fehlerfall möglich, dass nämlich eines der zwei Schaltelemente 72b, 78b einen Leitungspfad zwischen einer der Frequenzeinheiten 26b, 28b und dem Heizanschluss 16b herstellt. Ein Wechselrichter 44b, 46b der Frequenzeinheit 26b, 28b hätte dann als einzige Last eine zur Frequenzeinheit 26b, 28b gehörende Dämpfungskondensatorbank 48b, 50b. Die Wechselrichter 44b, 46b können diesen Betriebsmodus für kurze Zeit unbeschadet überstehen. Es ist Aufgabe einer Schutzeinheit 30b der Heizvorrichtung, diesen Betriebsmodus rechtzeitig zu erkennen. Bezüglich einer genauen Beschreibung einer Funktionsweise der Schutzeinheit 30b sei auf die Beschreibung des vorherigen Ausführungsbeispiels verwiesen.
  • Prinzipiell ist denkbar, dass eine Heizvorrichtung weitere Schaltelemente und mehr als vier Heizelemente aufweist, welche mittels der weiteren Schaltelemente an Frequenzeinheiten angeschlossen sind. Prinzipiell ist denkbar, dass die Schaltelemente, welche als SPDT Relais ausgebildet sind, jeweils durch zwei SPST Relais ersetzt werden. Bezugszeichen
    10a Heizanschluss 38a Heizzone
    10b Heizanschluss 38b Heizzone
    12a Heizanschluss 40a Heizzone
    12b Heizanschluss 40b Heizzone
    14a Heizanschluss 42a Heizzone
    14b Heizanschluss 44a Wechselrichter
    16a Heizanschluss 44b Wechselrichter
    16b Heizanschluss 46a Wechselrichter
    18a Heizelement 46b Wechselrichter
    18b Heizelement 48a Dämpfungskondensatorbank
    20a Heizelement 48b Dämpfungskondensatorbank
    20b Heizelement 50a Dämpfungskondensatorbank
    22a Heizelement 50b Dämpfungskondensatorbank
    22b Heizelement 52a IGBT
    24a Heizelement 52b IGBT
    26a Frequenzeinheit 54a IGBT
    26b Frequenzeinheit 54b IGBT
    28a Frequenzeinheit 56a IGBT
    28b Frequenzeinheit 56b IGBT
    30a Schutzeinheit 58a IGBT
    30b Schutzeinheit 58b IGBT
    32a Steuereinheit 60a Wechselstromspannungsquelle
    32b Steuereinheit 60b Wechselstromspannungsquelle
    34a Kochfeldplatte 62a Filter
    34b Kochfeldplatte 62b Filter
    36a Heizzone 64a Gleichrichter
    36b Heizzone 64b Gleichrichter
    66a Schaltanordnung V2(t) Potentialverlauf
    66b Schaltanordnung V1 Potential
    68a Schaltelement V2 Potential
    68a Schaltelement t Zeit
    70a Schaltelement
    70b Schaltelement
    72a Schaltelement
    72b Schaltelement
    74a Schaltelement
    74b Schaltelement
    76a Schaltelement
    76b Schaltelement
    78a Schaltelement
    78b Schaltelement
    80a Resonanzkondensator
    80b Resonanzkondensator
    82a Resonanzkondensator
    82b Resonanzkondensator
    84a Resonanzkondensator
    84b Resonanzkondensator
    86a Resonanzkondensator
    86b Resonanzkondensator
    88a Ordinatenachse
    90a Abszissenachse
    92a Ordinatenachse
    94a Abszissenachse
    U0 Gleichgerichtete Spannung
    V1(t) Potentialverlauf

Claims (9)

  1. Heizvorrichtung mit zumindest einem Heizelement (18a, 20a, 22a, 24a; 18b, 20b, 22b), das wenigstens einen Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) aufweist, und wenigstens einer Frequenzeinheit (26a, 28a; 26b, 28b), gekennzeichnet durch eine Schutzeinheit (30a; 30b), die dazu vorgesehen ist, eine Existenz eines Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit (26a, 28a; 26b, 28b) und dem Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) zu ermitteln und durch eine Steuereinheit (32a; 32b), die dazu vorgesehen ist, Verbindungsinformationen von der Schutzeinheit (30a; 30b) zu empfangen und im Falle einer fehlerhaften Existenz des Leitungspfads zumindest eine Sicherungsmaßnahme zu veranlassen.
  2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinheit (30a; 30b) dazu vorgesehen ist, die Existenz des Leitungspfads anhand eines Potentialverlaufs zu ermitteln.
  3. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinheit (30a; 30b) dazu vorgesehen ist, den Potentialverlauf am Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) auszuwerten.
  4. Heizvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinheit (30a; 30b) dazu vorgesehen ist, anhand eines Frequenzspektrums des Potentialverlaufs die Existenz des Leitungspfads zu ermitteln.
  5. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinheit (30a; 30b) zumindest einen Hochpassfilter umfasst, der dazu vorgesehen ist, eine Diskriminierung von Potentialverläufen vorzunehmen.
  6. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinheit (30a; 30b) einen Stromsensor umfasst, der dazu vorgesehen ist, die Existenz des Leitungspfads zu ermitteln.
  7. Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtzahl aller Heizelemente (18a, 20a, 22a, 24a; 18b, 20b, 22b) größer ist als eine Gesamtzahl aller Frequenzeinheiten (26a, 28a; 26b, 28b).
  8. Verfahren mit einer Heizvorrichtung mit zumindest einem Heizelement (18a, 20a, 22a, 24a; 18b, 20b, 22b), das wenigstens einen Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) aufweist, wenigstens einer Frequenzeinheit (26a, 28a; 26b, 28b), einer Schutzeinheit (30a; 30b) und einer Steuereinheit (32a; 32b), bei dem durch die Schutzeinheit (30a; 30b) eine Existenz eines Leitungspfads zwischen der Frequenzeinheit (26a, 28a; 26b, 28b) und dem Heizanschluss (10a, 12a, 14a, 16a; 10b, 12b, 14b, 16b) ermittelt wird, wobei durch die Steuereinheit (32a; 32b) Verbindungsinformationen von der Schutzeinheit (30a; 30b) empfangen werden und im Falle einer fehlerhaften Existenz des Leitungspfads zumindest eine Sicherungsmaßnahme durch die Steuereinheit (32a; 32b) veranlasst wird.
  9. Kochfeld mit einer Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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