EP3177107A1 - Verfahren zum betrieb eines induktionskochfelds - Google Patents

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EP3177107A1
EP3177107A1 EP15197633.9A EP15197633A EP3177107A1 EP 3177107 A1 EP3177107 A1 EP 3177107A1 EP 15197633 A EP15197633 A EP 15197633A EP 3177107 A1 EP3177107 A1 EP 3177107A1
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EP
European Patent Office
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cooking vessel
temperature
heating power
time
heating
Prior art date
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Granted
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EP15197633.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3177107B1 (de
Inventor
Marcus Frank
Marius Lehner
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EGO Elektro Geratebau GmbH
Original Assignee
EGO Elektro Geratebau GmbH
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Publication date
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Priority to ES15197633T priority patent/ES2975178T3/es
Priority to US15/365,284 priority patent/US10595366B2/en
Priority to CN201611096593.1A priority patent/CN106895451B/zh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00—Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/08—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24C7/081—Arrangement or mounting of control or safety devices on stoves
    • 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
    • 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
    • H05B2206/00—Aspects relating to heating by electric, magnetic, or electromagnetic fields covered by group H05B6/00
    • H05B2206/02—Induction heating
    • H05B2206/024—Induction heating the resistive heat generated in the induction coil is conducted to the load
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/07—Heating plates with temperature control means

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an induction hob, wherein a temperature setting is to be effected or a certain cooking vessel temperature is reached or set as the target temperature and kept constant.
  • a special feature of the method is that no temperature measuring devices are used, which detect the absolute cooking vessel temperature.
  • the cooking vessel temperature is determined only indirectly via other properties of the cooking vessel, such as temperature-dependent permeability change. Only a relative temperature change, but no absolute temperature can be detected.
  • the measuring method is known from the EP 2330866 A2 ,
  • the invention has for its object to provide an aforementioned method, can be avoided with the problems of the prior art and it is in particular possible that in an advantageous manner, preferably in an induction hob, a predetermined or input target temperature for a Cooking vessel can be controlled and held automatically so to speak.
  • An induction hob has a controller and a hotplate with at least one induction heating coil.
  • the controller is advantageously stored a relationship between a cooking vessel temperature and a heating power of the induction heating coil as area performance or area density, which adjusts the steady state or steady state or in continuous operation said and desired certain cooking vessel temperature or results.
  • a cooking vessel is placed on the hob and is inductively heated by the induction heating coil.
  • a target temperature for the cooking vessel or an application case implicit in a specific target temperature is entered into the control of the induction hob, for example as a "roast steak".
  • the cooking vessel is heated for a first heating time with a first relatively large heating power as area performance, so as to cause the fastest possible increase in temperature to quickly get close to the target temperature.
  • the heating power of the induction heating coil is reduced to a first relatively small heat output that would permanently lead to the target temperature.
  • This may correspond to the aforementioned relationship between cooking vessel temperature and heating power, if this is stored.
  • This first small heating power is significantly smaller than the aforementioned large heating power, preferably it is only about 1% to 20% or only up to 10%.
  • it is checked, advantageously after a short check-time of one second to thirty seconds, whether at the first relatively low heat output, the cooking vessel temperature remains constant, rises or falls. For the method used for this purpose, more will be explained below.
  • the cooking vessel temperature remains constant when heating the cooking vessel for the short check time with the first relatively small heating power and corresponds to the target temperature, advantageously at least after the aforementioned short check time of a few seconds. Then the target temperature is considered reached and is preferably maintained, for example, then the actual roasting process can begin.
  • a continuous control or a two-point control can be used, as they are state of the art. In general, the temperature can be kept approximately constant, possibly with a slight increase in heating power because of the food to be fried.
  • the relatively small heating power from the controller adapted or changed their size. So you can try to find a different heating power, which leads to a constant temperature during the short Verification time.
  • This other heating power is advantageously still a relatively small heating power. This can also be used to even a temperature value to determine which is currently present in order to be able to proceed from the target temperature targeted or faster.
  • the controller After sufficiently accurate finding of the corresponding correlation of heating power and cooking vessel temperature, the controller considers the heating process to be completed, cooking or frying or cooking is continued. This is advantageously signaled to an operator, possibly also further process steps can be initiated.
  • the cooking vessel temperature increases in a further case as a second case when heating the cooking vessel with the first relatively small heating power, the cooking vessel temperature continues to after the short Verification time. It may sometimes come first to a brief drop in the signal used for temperature determination, but this does not bother. Then, the cooking vessel for a Swissflower time again heated with an intermediate heating power more or further, since the cooking vessel temperature is still below the target temperature, so that its temperature rises again.
  • the intermediate heating power is greater than the first relatively small heating power, but can also be the same size.
  • the cooking vessel temperature still rises after the Engelloom-time and after the short Verification time when heating with the first relatively small heating power, again below the target temperature cooking vessel temperature is detected. Then the cooking vessel can be heated once more with an intermediate heating power for a Swissflower-time. After the intermediate heating time can then be checked again by adjusting the relatively small heating power for a short Verification time, whether the cooking vessel temperature after this short Verification time still rises or remains constant, while maintaining the cooking vessel temperature remains the first case of reaching the target temperature applies.
  • the target temperature can be achieved in different ways, which will be explained in more detail becomes. In the simplest way is simply heated with the relatively small heating power and after some time or a few minutes, the target temperature will have set. Alternatively, the heating operation may be suspended for a short time, for example, 5 seconds to 30 seconds or one minute.
  • the invention core includes only the first case and the other case, but also the second and even the third case are advantageously implemented together in a control process.
  • a certain heat output as area performance leads to a certain final temperature or permanently held cooking vessel temperature, and largely independent of what is used for a cooking vessel.
  • the aforementioned relationship between cooking vessel temperature and heat output as area performance so to speak, requires the information about which power the induction heating coil or several induction heating coils connected together in a cooking position produce, ie is introduced into the cooking vessel.
  • the approximate area of the cooking vessel or the cooking vessel bottom is needed so that just the area performance can be determined.
  • hotplates are usually designed for specific sizes of cooking vessels, this is indicated in particular by a mark on the top side of a hob plate, an approximately expected range of the cooking vessel size is known for a defined hotplate.
  • the input of the target temperature in the controller can be done either by an operator by means of controls. Alternatively, the input can be through an automatic cooking program take place, which runs in the control itself. It is important that a target temperature is given.
  • the said first heating-up time can be relatively short. In particular, it is attempted, since relatively high target temperatures are to be approached, to choose the first relatively large heating power very large, advantageously maximally large. Thus it may be 3 W / cm 2 to 12 or even 14 W / cm 2 , in particular 6 W / cm 2 to 10 W / cm 2 . Then this first heating-up time can be between one minute and five minutes or even eight minutes.
  • the first relatively small heat output can be significantly lower than the first large heat output.
  • it may be between 0.3 W / cm 2 and 2 W / cm 2 . It is particularly advantageous between 0.6 W / cm 2 and 0.8 W / cm 2 .
  • relatively small heating cooking vessel temperatures between 200 ° C and 250 ° C can be maintained in the long term.
  • such cooking vessel temperatures could be achieved only with setting such a relatively small heat output as area performance, but this would then predictably take a long time.
  • the first relatively small heating power is set for at least one second to 30 seconds or even one minute or introduced into the cooking vessel, so an aforementioned short time as a check-time, before it is expected that the cooking vessel temperature remains constant.
  • the temperature compensation processes usually take a few seconds, especially in the aforementioned first or second case, until the first small heating power defines the energy input.
  • the check-time is 5 seconds to 20 seconds.
  • An aforementioned intermediate heating time may be in the range similar to the checking time, for example between 5 seconds and 60 seconds, preferably between 10 seconds and 20 seconds.
  • the intermediate heating power should be advantageously greater than the first relatively small heat output, can be much larger, but it does not have to.
  • the advantage of choosing a slightly larger intermediate heating power is that when the cooking vessel temperature is obviously still below the target temperature, reaching the target temperature can be faster.
  • the intermediate heating power between 1 W / cm 2 and 12 W / cm 2 , in particular between 1.5 W / cm 2 and 8 W / cm 2 , or it may be 5% to 100% greater than the first relatively low heat output.
  • the cooking vessel is simply heated after detecting the too high cooking vessel temperature with an intermediate heating power as described above. If then the cooking vessel temperature is constant, it corresponds to the target temperature. However, this results in a somewhat slower drop in the cooking vessel temperature, which means that the determination of the particular cooking vessel temperature as actual frying temperature can take place later, especially after several minutes, and thus the operator can start the frying process only after a time delay.
  • a second intermediate heating power which may then be slightly above the first relatively small heating power, advantageously between 105% and 200% thereof. It is waited until this second intermediate heating power leads to a constant cooking vessel temperature. Then the cooking vessel temperature would be determined from the relationship between cooking vessel temperature and heating power stored in the control. So the controller can not only detect that the cooking vessel temperature is above the target temperature, but also how much it is above. Although the cooking vessel temperature in this case is not at the target temperature, but above, the controller can determine their absolute value again based on the second intermediate heating power at a constant cooking vessel temperature. Then the heating power can be reduced again. Either it can be turned off for a short time to cause a faster drop in temperature towards the target temperature.
  • the controller can estimate this on the basis of stored empirical values. Then, the first relatively small heating power can be set, which leads to the target temperature. Alternatively, the operator can also be given the signal to start the frying process. The inserted food will then cool the cooking vessel to the target temperature relatively quickly. The controller can then take the actually desired target temperature for the temperature control already described, even if it was not previously set explicitly.
  • the vibration response of an induction heating coil can be understood to mean the evaluation of the change in resonant circuit parameters due to changes in the temperature of the cooking vessel or cooking vessel bottom, in particular the changing permeability.
  • the vibration response when operating multiple induction heating coils at the cooking area or for this cooking vessel can be detected at each induction heating coil.
  • This method advantageously comprises the steps: generating an intermediate circuit voltage at least temporarily as a function of a single-phase or multi-phase, in particular three-phase, mains alternating voltage; Generating a high-frequency drive voltage or a drive current from the intermediate circuit voltage, for example with a frequency in a range of 20 kHz to 70 kHz; and applying a resonant circuit comprising the induction heating coil with the drive voltage or the drive current.
  • an inductive heating of the cooking vessel is advantageously, an inductive heating of the cooking vessel.
  • the following steps are then carried out: Generating the DC link voltage during predetermined periods of time, in particular periodically, with a constant voltage level, wherein during the periods preferably the DC link voltage is generated independently of the AC mains voltage; Generating the driving voltage during the predetermined periods of time such that the resonant circuit oscillates substantially unattenuated with its natural resonant frequency; Measuring at least one vibration parameter of the vibration during the predetermined time periods; and evaluating the at least one measured vibration parameter to determine the temperature. Since the intermediate circuit voltage is kept constant during the temperature measurement, signal influences due to a variable DC link voltage can be eliminated, whereby a reliable and interference-free temperature determination or determination of a temperature change is made possible.
  • the method comprises the steps of: determining zero crossings of the mains alternating voltage and selecting the time segments in the region of the zero crossings.
  • the DC link voltage usually decreases sharply.
  • the constant voltage level is preferably selected such that it is greater than the voltage level which usually sets in the region of the zero crossings, so that the intermediate circuit voltage is clamped to the constant voltage level in the region of the zero crossings. Then prevail in the zero crossings constant voltage conditions that allow reliable temperature measurement. So here no additional temperature sensors are needed, even if they could be present.
  • the controller can slightly vary the heating powers or, above all, set the first heating time, the checking time, the intermediate heating time or off times. Although the above check times in the different cases may be the same or similar, they do not have to. They can also differ by a factor of 1 to 5.
  • Fig. 1 is recorded as empirically determined values for four different cooking vessels indicate the relationship, as the cooking vessel temperature reached or set depends on the corresponding area performance. From this it can be seen that, on the one hand, the relationship is reasonably linear, that is, it is very easy to determine mathematically. On the other hand, the temperatures are only a maximum of 30 ° C to 35 ° C apart for a given area performance. Thus, Q * / A can be determined relatively precisely at a specific area performance, which cooking vessel temperature adjusts to a cooking vessel after a certain longer period of operation, for example 10 minutes to 30 minutes.
  • an induction hob 11 is shown with a hob plate 12, on which a cooking point 13 is formed.
  • an induction heating coil 15 is arranged, which defines the hotplate 13 and also heated. This could also consist of several induction heating coils, which plays no role for the invention.
  • the induction heating coil 15 is powered and driven by a controller 17, and the controller 17 can monitor the power fed into the induction heating coil 15.
  • the controller 17 has a memory, not shown, in which, so to speak, accordingly Fig. 1 a relationship is stored between cooking vessel temperature and area performance. In this case, either the computational relationships can be stored when the temperature curves off Fig. 1 be considered as straight lines approximated. Alternatively, with sufficiently good resolution, temperature values can be stored for each incrementally increasing area power.
  • this is stored in the controller 17 for several cooking vessels, so that the controller 17 knows, so to speak, exactly which of the four or more curves from the Fig. 1 to be used in each case.
  • certain parameters could be entered into the controller 17 by an operator or programmed from the outside, which, detached from the actual existing cooking vessel, the controller 17 tell which cooking vessel is now used or which of the stored curves applies. Under certain circumstances, the controller 17 can then also recognize the size range in which a cooking vessel 13 is placed above the cooking vessel.
  • the area of the induction heating coil 15 is known.
  • said surface power is not related to the surface of the induction heating coil 15, but rather to the surface of the cooking vessel 19.
  • the surface or the bottom surface of the cooking vessel 19 will move in a relatively narrow range, since matching cooking vessels within certain diameter classes usually have only up to 3 cm diameter variation.
  • matching cooking vessels within certain diameter classes usually have only up to 3 cm diameter variation.
  • this could also be detected by the controller 17 and signaled to an operator as a mistake.
  • a target temperature of 200 ° C has been entered. This temperature should be permanently on the cooking vessel 19, which is here a pan held. This temperature is advantageous for the top of the cooking vessel bottom, ie where food, such as a steak to be simmered, comes into contact with the cooking vessel 19. For the cooking vessel 19, the top curve from the Fig. 1 ,
  • the heating power is greatly reduced and set to 0.68 W / cm 2 . This corresponds to the Fig. 1 the top curve or at this area performance is maintained permanently the temperature of 200 ° C.
  • the temperature T drops only slightly and then becomes relatively fast, for example in 5 seconds to 20 or 30 seconds as the adaptation time.
  • Both the low temperature drop and the constant Temperature can be determined by an aforementioned method or according to the EP 2330866 A2 or the EP 2574144 A2 be recognized.
  • the cooking vessel temperature remains constant at 0.68 W / cm 2 at the area output, this temperature remains constant in accordance with the Fig. 1 set to 200 ° C and thus can be kept permanently.
  • the temperature T increases again.
  • the power is reduced to 0.68 W / cm 2, corresponding to a target temperature of 200 ° C, which is also desired here.
  • the controller 17 or the temperature detection can now determine that at this now set area performance, the cooking vessel temperature is still rising, although this is probably weaker than before. This means that the cooking vessel temperature at the time t2 'is still below the target temperature of 200 ° C.
  • the time between t1 'and t2' is the aforementioned check time.
  • the temperature T rises again stronger.
  • the power is reduced again to the target temperature, ie back to the first small heating power of 0.68 W / cm 2 .
  • the second time or mot. 4 between t2 'and t3' could also be done with a different area performance than the heating time up to the time t1 'However, the heating operations should run so relatively quickly, so that just an at least high area performance should be selected near the maximum area performance.
  • the power can be switched off completely for a short time, for example for 10 seconds to 30 seconds, to achieve rapid cooling to or near the target temperature. Then the operation could again use the small heating power of 0.68 W / cm 2 , and experience has shown that the temperature would then be relatively fast and then just be the target temperature of 200 ° C.
  • the areal power of 0.68 W / cm 2 corresponding to the target temperature can be set from time t3 "so that the cooking vessel temperature T drops slightly more slowly to the target temperature, which is then finally reached and maintained
  • the measured value corresponding to 200 ° C is used as the setpoint and not the measured value corresponding to 230 ° C.
  • Fig. 6 shows a further advantageous embodiment of the method for defined reaching a certain cooking vessel temperature. If the constant steady-state temperature is not reached after a short period of time, regardless of whether the signal falls or rises, no discrete power levels are subsequently approached between t2 '' and t3 ''. Rather, a Setpoint value T S of the temperature signal determined after a specified time, here at t2 '"with 230 ° C. The controller then controls, for example, by a proportional controller, which may also have integral or differential shares, to this setpoint T S. t3 '"reaches a constant temperature relatively quickly, faster than would be possible with discrete temperature levels. According to Fig.
  • the invention is in favor of that in a steady state, ie a permanently prevailing state, a thermal resistance is connected in series to a parallel circuit as a radiation heat resistance and convection heat resistance. This results in just the in Fig. 1 recognizable context.
  • the invention uses an energy balance to solve the task initially posed.
  • a steady state ie a state without changing the cooking vessel temperature
  • the internal energy of the cooking vessel is kept constant.
  • the energy introduced by the heating into the cooking vessel is completely released again, be it by convection, heat radiation or heat conduction into the hob surface.
  • the introduced energy can be measured by the heating. Since the connection out Fig. 1 is known, can thus be concluded by measuring an energy per time or power, under certain conditions, to the absolute temperature.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Induktionskochfelds mit einer Steuerung und mit einer Kochstelle mit einer Induktionsheizspule ist in der Steuerung ein Zusammenhang abgespeichert zwischen einer Kochgefäßtemperatur und einer Heizleistung der Induktionsheizspule als Flächenleistung, die bei Dauerbetrieb eine konstante Kochgefäßtemperatur bewirkt. Durch Überwachung, ob nach einer Aufheiz-Zeit mit großer Heizleistung bei Einstellen einer ersten relativ kleinen Heizleistung die Kochgefäßtemperatur konstant bleibt, ansteigt oder abfällt, kann für Bratvorgänge eine Zieltemperatur, die der ersten relativ kleinen Heizleistung entspricht, eingestellt werden.

Description

    Anwendungsgebiet und Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Induktionskochfelds, wobei eine Temperatureinstellung bewirkt werden soll bzw. eine bestimmte Kochgefäßtemperatur als Zieltemperatur erreicht oder eingestellt und konstant gehalten werden soll. Besonderheit bei dem Verfahren ist, dass keine Temperaturmesseinrichtungen verwendet werden, die die absolute Kochgefäßtemperatur erfassen. Die Kochgefäßtemperatur wird lediglich indirekt über andere Eigenschaften des Kochgefäßes bestimmt, wie beispielsweise temperaturabhängige Permeabilitätsänderung. Dabei kann nur eine relative Temperaturänderung, jedoch keine absolute Temperatur erfasst werden. Das Messverfahren ist bekannt aus der EP 2330866 A2 .
  • Es ist aus der EP 2574144 A2 bekannt, eine Temperatur zum Braten, welche in der Regel etwas über 200 °C liegt, konstant halten zu können. Dabei muss eine erreichte Zieltemperatur sozusagen bestätigt werden.
    • Aufgabe und Lösung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu schaffen, mit dem Probleme des Stands der Technik vermieden werden können und es insbesondere möglich ist, dass auf vorteilhafte Art und Weise, vorzugsweise bei einem Induktionskochfeld, eine vorgegebene bzw. eingegebene Zieltemperatur für ein Kochgefäß sozusagen selbsttätig angesteuert und gehalten werden kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
  • Ein Induktionskochfeld weist eine Steuerung und eine Kochstelle mit mindestens einer Induktionsheizspule auf. In der Steuerung ist vorteilhaft ein Zusammenhang abgespeichert zwischen einer Kochgefäßtemperatur und einer Heizleistung der Induktionsheizspule als Flächenleistung bzw. Flächenleistungsdichte, die im Beharrungszustand oder stabilen Zustand oder im Dauerbetrieb die genannte und gewünschte bestimmte Kochgefäßtemperatur einstellt bzw. ergibt.
  • Es ist vorgesehen, dass beim Verfahren zum Betrieb dieses Induktionskochfelds ein Kochgefäß auf die Kochstelle aufgestellt wird und von der Induktionsheizspule induktiv beheizt wird. Vor einem Aufheizvorgang des Kochgefäßes wird eine Zieltemperatur für das Kochgefäß oder ein eine bestimmte Zieltemperatur implizierender Anwendungsfall in die Steuerung des Induktionskochfelds eingegeben, beispielsweise als "Steak braten". Zu Beginn des Aufheizvorgangs wird das Kochgefäß für eine erste Aufheiz-Zeit mit einer ersten relativ großen Heizleistung als Flächenleistung beheizt, um so vor allem einen möglichst schnellen Temperaturanstieg zu bewirken um schnell nahe an die Zieltemperatur zu kommen.
  • Nach der ersten Aufheiz-Zeit wird die Heizleistung der Induktionsheizspule soweit reduziert auf eine erste relativ kleine Heizleistung, die auf Dauer zu der Zieltemperatur führen würde. Dies kann dem vorgenannten Zusammenhang zwischen Kochgefäßtemperatur und Heizleistung entsprechen, falls dieser abgespeichert ist. Diese erste kleine Heizleistung ist deutlich kleiner als die vorgenannte große Heizleistung, vorzugsweise beträgt sie nur etwa 1% bis 20% oder nur bis 10%. Dann wird überprüft, vorteilhaft nach einer kurzen Überprüf-Zeit von einer Sekunde bis dreißig Sekunden, ob bei der ersten relativ kleinen Heizleistung die Kochgefäßtemperatur konstant bleibt, ansteigt oder abfällt. Zu dem dazu verwendeten Verfahren wird nachfolgend noch mehr erläutert.
  • In einem ersten Fall bleibt bei Beheizen des Kochgefäßes für die kurze Überprüf-Zeit mit der ersten relativ kleinen Heizleistung die Kochgefäßtemperatur konstant und entspricht der Zieltemperatur, vorteilhaft zumindest nach der vorgenannten kurzen Überprüf-Zeit von wenigen Sekunden. Dann gilt die Zieltemperatur als erreicht und wird vorzugsweise weiterhin gehalten, beispielsweise kann dann der eigentliche Bratvorgang beginnen. Zum Halten der Brattemperatur vorteilhaft eine stetige Regelung oder eine Zweipunktregelung benutzt werden, wie sie Stand der Technik sind. Dabei kann allgemein die Temperatur in etwa konstant gehalten werden, unter Umständen mit einer leichten Erhöhung der Heizleistung wegen des zu bratenden Garguts.
  • In einem weiteren Fall, dass durch die Einstellung der ersten, relativ kleinen Heizleistung die Kochgefäßtemperatur nicht innerhalb der kurzen Überprüf-Zeit bzw. nach der kurzen Überprüf-Zeit die Zieltemperatur oder gar keine konstante Temperatur erreicht, wird die relativ kleine Heizleistung von der Steuerung in ihrer Größe angepasst bzw. verändert. So kann versucht werden, eine andere Heizleistung zu finden, die während der kurzen Überprüf-Zeit zu einer konstanten Temperatur führt. Diese andere Heizleistung ist vorteilhaft auch noch eine relativ kleine Heizleistung. Das kann auch dazu verwendet werden, überhaupt einen Temperaturwert zu ermitteln, der gerade anliegt, um davon ausgehend die Zieltemperatur gezielter bzw. schneller anfahren zu können.
  • Bevorzugt betrachtet die Steuerung nach ausreichend genauem Finden der entsprechenden Korrelation von Heizleistung und Kochgefäßtemperatur den Aufheizvorgang als beendet, ein Kochen oder Braten bzw. Garen wird fortgesetzt. Dies wird vorteilhaft einer Bedienperson signalisiert, evtl. können auch weitere Verfahrensschritte eingeleitet werden.
  • In Ausgestaltung der Erfindung steigt in einem weiteren Fall als zweiten Fall bei Beheizen des Kochgefäßes mit der ersten relativ kleinen Heizleistung die Kochgefäßtemperatur weiterhin an nach der kurzen Überprüf-Zeit. Es kann unter Umständen zuerst zu einem kurzzeitigen Abfall des zur Temperaturbestimmung verwendeten Signals kommen, was hier aber nicht stört. Dann wird das Kochgefäß für eine Zwischenheiz-Zeit noch einmal mit einer Zwischen-Heizleistung stärker bzw. weiter erhitzt, da die Kochgefäßtemperatur noch unter der Zieltemperatur liegt, so dass dessen Temperatur noch einmal ansteigt. Vorteilhaft ist die Zwischen-Heizleistung größer als die erste relativ kleine Heizleistung, kann aber auch gleich groß sein. Dann wird nach einer Zwischenheiz-Zeit durch erneutes Einstellen der relativ kleinen Heizleistung überprüft, ob die Kochgefäßtemperatur während einer kurzen Überprüf-Zeit dabei noch ansteigt oder konstant bleibt, unter Umständen nach einer kurzen Überprüf-Zeit von einer Sekunde bis eine halbe oder eine Minute. Bleibt dann die Kochgefäßtemperatur konstant ist nicht nur eine konstante Temperatur eingestellt, sondern es gilt der erste Fall, dass nämlich die Zieltemperatur als erreicht gilt.
  • Vorteilhaft kann für den Fall, dass die Kochgefäßtemperatur nach der Zwischenheiz-Zeit und nach der kurzen Überprüf-Zeit bei Beheizen mit der ersten relativ kleinen Heizleistung noch weiter ansteigt, erneut eine unter der Zieltemperatur liegende Kochgefäßtemperatur festgestellt wird. Dann kann das Kochgefäß noch einmal mit einer Zwischen-Heizleistung für eine Zwischenheiz-Zeit stärker erhitzt werden. Nach der Zwischenheiz-Zeit kann dann erneut durch Einstellen der relativ kleinen Heizleistung für eine kurze Überprüf-Zeit überprüft werden, ob die Kochgefäßtemperatur nach dieser kurzen Überprüf-Zeit noch ansteigt oder konstant bleibt, wobei bei konstant bleibender Kochgefäßtemperatur der erste Fall des Erreichens der Zieltemperatur gilt.
  • In einem dritten Fall, wenn bei Beheizen des Kochgefäßes mit der ersten relativ kleinen Heizleistung die Kochgefäßtemperatur weiterhin auch nach Ablauf der Überprüf-Zeit noch abfällt, wird eine über der Zieltemperatur liegende Kochgefäßtemperatur festgestellt. Dann kann auf unterschiedliche Art und Weise die Zieltemperatur erreicht werden, was noch ausführlicher erläutert wird. Auf die einfachste Art und Weise wird einfach mit der relativ kleinen Heizleistung weiter geheizt und nach einiger Zeit bzw. einigen Minuten wird sich die Zieltemperatur eingestellt haben. Alternativ kann der Heizbetrieb für eine kurze Zeit, beispielsweise 5 Sekunden bis 30 Sekunden oder eine Minute, ausgesetzt werden.
  • Zum Erfindungskern gehören zwar nur der erste Fall und der weitere Fall, aber auch der zweite und sogar der dritte Fall werden vorteilhaft gemeinsam umgesetzt in einem Steuerverfahren.
  • Somit kann mit der Erfindung, insbesondere auch in ihren vorgenannten fakultativen Ausgestaltungen, vor allem die Erkenntnis umgesetzt werden, dass in einem praktisch angewendeten Verfahren eine bestimmte Heizleistung als Flächenleistung zu einer bestimmten Endtemperatur bzw. dauerhaft gehaltenen Kochgefäßtemperatur führt, und zwar weitgehend unabhängig davon, was für ein Kochgefäß verwendet wird. Dies gilt hauptsächlich im Bereich zwischen 150°C und 250°C, vor allem 200°C bis 250°C, was für Bratvorgänge vorteilhaft ist. Dazu ist zu beachten, dass der vorgenannte Zusammenhang zwischen Kochgefäßtemperatur und Heizleistung als Flächenleistung sozusagen die Information benötigt, welche Leistung die Induktionsheizspule bzw. mehrere in einer Kochstelle zusammengeschaltete Induktionsheizspulen erzeugen, also in das Kochgefäß eingebracht wird. Des Weiteren wird die ungefähre Fläche des Kochgefäßes bzw. des Kochgefäßbodens benötigt, damit eben die Flächenleistung bestimmt werden kann. Da aber Kochstellen üblicherweise für bestimmte Größen von Kochgefäßen ausgelegt sind, dies insbesondere auch durch eine Markierung auf der Oberseite einer Kochfeldplatte anzeigen, ist für eine definierte Kochstelle ein ungefähr zu erwartender Bereich der Kochgefäßgröße bekannt. Des Weiteren ist es insbesondere auch möglich, durch Überwachen von Betriebsparametern der Induktionsheizspule, insbesondere eines Wirkungsgrads der Induktionsheizspule, eine Überdeckung der Induktionsheizspule durch das Kochgefäß zu ermitteln. Bei bekannter Größe der Induktionsheizspule kann dann in etwa auf die ungefähre Fläche des Kochgefäßes bzw. des Kochgefäßbodens geschlossen werden. Dies ist dem Fachmann aus anderem Zusammenhang bereits bekannt. Das Verfahren setzt voraus, dass sich während des Aufheizvorgangs und der erfindungsgemäßen Bestimmung der Kochgefäßtemperatur kein Lebensmittel im Geschirr befindet. Dieses würde den vorbeschriebenen Einstellvorgang der Temperatur verfälschen. Die Verfälschung wäre jedoch derart signifikant, dass die Steuerung diesen Fall erkennen kann und ihn einer Bedienperson anzeigen kann.
  • Die Eingabe der Zieltemperatur in die Steuerung kann entweder durch eine Bedienperson mittels Bedienelementen erfolgen. Alternativ kann die Eingabe durch ein automatisches Kochprogramm erfolgen, welches in der Steuerung selbst abläuft. Wichtig ist eben, dass eine Zieltemperatur gegeben ist.
  • Die genannte erste Aufheiz-Zeit kann relativ kurz sein. Insbesondere wird versucht, da ja relativ hohe Zieltemperaturen angefahren werden sollen, die erste relativ große Heizleistung sehr groß zu wählen, vorteilhaft maximal groß. So kann sie 3 W/cm2 bis 12 oder sogar 14 W/cm2 betragen, insbesondere 6 W/cm2 bis 10 W/cm2. Dann kann diese erste Aufheiz-Zeit zwischen einer Minute und fünf Minuten oder sogar acht Minuten liegen. Sie kann auch für eine bestimmte Kochstelle bzw. Induktionsheizspule abhängig von deren Größe und somit einer zu erwartenden Kochgefäßgröße aus in einer Tabelle in der Steuerung abgespeicherten Erfahrungswerten vorgegeben werden, beispielsweise zwei Minuten für kleine Induktionsheizspulen, fünf Minuten für mittelgroße Induktionsheizspulen und acht Minuten für große Induktionsheizspulen. Diese Erfahrungswerte gründen darauf, dass bei einem Aufstellen eines Kochgefäßes, insbesondere einer Pfanne, mit der entsprechenden Größe diese Zeit verstreicht, bis bei der ersten relativ großen Heizleistung eine Temperatur zwischen 200°C und 250°C erreicht wird. Alternativ kann die Aufheiz-Zeit auch theoretisch über Geschirrwärmekapazität, Flächenleistungsdichte und erwünschte Temperaturerhöhung in der Steuerung berechnet werden.
  • Die erste relativ kleine Heizleistung kann deutlich unter der ersten großen Heizleistung liegen. Insbesondere kann sie zwischen 0,3 W/cm2 und 2 W/cm2 liegen. Besonders vorteilhaft liegt sie zwischen 0,6 W/cm2 und 0,8 W/cm2. Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, dass mit derartigen relativ kleinen Heizleistungen Kochgefäßtemperaturen zwischen 200°C und 250°C auf Dauer gehalten werden können. Natürlich könnten derartige Kochgefäßtemperaturen auch nur mit Einstellen einer solchen relativ kleinen Heizleistung als Flächenleistung erreicht werden, dies würde dann aber vorhersehbar sehr lange dauern.
  • Vorteilhaft wird die erste relativ kleine Heizleistung für mindestens eine Sekunde bis 30 Sekunden oder sogar eine Minute eingestellt bzw. in das Kochgefäß eingebracht, also eine vorgenannte kurze Zeit als Überprüf-Zeit, bevor erwartet wird, dass die Kochgefäßtemperatur konstant bleibt. Die Temperatur-Ausgleichsvorgänge dauern in der Regel einige Sekunden, insbesondere im vorgenannten ersten oder zweiten Fall, bis die erste kleine Heizleistung die Energieeinbringung definiert. Vorteilhaft beträgt die Überprüf-Zeit 5 Sekunden bis 20 Sekunden.
  • Eine vorgenannte Zwischenheiz-Zeit kann im Bereich ähnlich der Überprüf-Zeit liegen, beispielsweise zwischen 5 Sekunden und 60 Sekunden, vorzugsweise zwischen 10 Sekunden und 20 Sekunden. Die Zwischen-Heizleistung sollte zwar vorteilhaft größer sein als die erste relativ kleine Heizleistung, kann auch deutlich größer sein, muss es aber nicht. Der Vorteil einer Wahl einer etwas größeren Zwischen-Heizleistung liegt darin, dass dann, wenn die Kochgefäßtemperatur offensichtlich noch unter der Zieltemperatur liegt, das Erreichen der Zieltemperatur schneller erfolgen kann. So kann die Zwischen-Heizleistung zwischen 1 W/cm2 und 12 W/cm2 liegen, insbesondere zwischen 1,5 W/cm2 und 8 W/cm2, bzw. sie kann 5% bis 100% größer sein als die erste relativ kleine Heizleistung.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann zwar vorgesehen sein, dass im dritten Fall das Kochgefäß nach Feststellen der zu hohen Kochgefäßtemperatur einfach mit einer Zwischen-Heizleistung wie zuvor beschrieben beheizt wird. Wenn dann die Kochgefäßtemperatur konstant wird, entspricht sie der Zieltemperatur. Dies hat jedoch einen etwas langsameren Abfall der Kochgefäßtemperatur zur Folge, was bedeutet, dass die Feststellung der bestimmten Kochgefäßtemperatur als tatsächliche Brattemperatur erst später erfolgen kann, insbesondere nach mehreren Minuten, und somit der Bediener den Bratvorgang auch erst zeitlich verzögert starten kann.
  • Alternativ und schneller kann mit einer zweiten Zwischen-Heizleistung beheizt werden, die hier dann etwas über der ersten relativ kleinen Heizleistung liegen kann, vorteilhaft zwischen 105% und 200% davon beträgt. Es wird gewartet, bis diese zweite Zwischen-Heizleistung zu einer konstanten Kochgefäßtemperatur führt. Dann wäre aus dem in der Steuerung gespeicherten Zusammenhang zwischen Kochgefäßtemperatur und Heizleistung die Kochgefäßtemperatur bestimmbar. So kann die Steuerung nicht nur erkennen, dass die Kochgefäßtemperatur über der Zieltemperatur liegt, sondern auch wieviel sie darüber liegt. Die Kochgefäßtemperatur liegt in diesem Fall zwar nicht auf der Zieltemperatur, sondern darüber, die Steuerung kann jedoch wieder anhand der zweiten Zwischen-Heizleistung bei konstanter Kochgefäßtemperatur deren absoluten Wert feststellen. Dann kann die Heizleistung erneut reduziert werden. Entweder kann sie für kurze Zeit ausgeschaltet werden, um einen schnelleren Temperaturabfall hin zur Zieltemperatur zu bewirken. Da die Kochgefäßtemperatur und die Zieltemperatur bekannt sind, kann die Steuerung dies aufgrund abgespeicherter Erfahrungswerte abschätzen. Dann kann die erste relativ kleine Heizleistung eingestellt werden, die zur Zieltemperatur führt. Alternativ kann der Bedienperson auch gleich das Signal zum Start des Bratvorgangs gegeben werden. Durch das eingelegte Lebensmittel wird das Kochgefäß dann relativ schnell auf die Zieltemperatur abgekühlt werden. Die Steuerung kann dann für die bereits beschriebene Temperaturregelung die eigentlich gewünschte Zieltemperatur nehmen, auch wenn diese zuvor nicht explizit eingestellt wurde.
  • Das Überprüfen der Kochgefäßtemperatur bzw. das Überprüfen, ob sich die Kochgefäßtemperatur ändert oder ob sie konstant bleibt, erfolgt vorteilhaft über ein sensorloses Verfahren bzw. ohne eigens vorgesehenen Temperatursensor. Während des Heizbetriebs wird anhand der Schwingungsantwort an mindestens einer Induktionsheizspule erfasst, ob sich die Temperatur des Kochgefäßes bzw. des Kochgefäßbodens über dieser Induktionsheizspule ändert bzw. ob diese Temperatur ansteigt. So kann ein Temperaturgradient des Kochgefäßes von der Induktionsheizspule erfasst werden, was bevorzugt gemacht wird entsprechend einem Verfahren, wie es in der EP 2330866 A2 beschrieben ist. Deren Inhalt wird hiermit diesbezüglich durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht. Findet diese Bestimmung der Schwingungsantwort nur periodisch statt sollte es vorteilhaft alle 0,01 Millisekunden bis 1 Sekunde sein, vorteilhaft bis 1 Millisekunde. Im Allgemeinen kann als Schwingungsantwort einer Induktionsheizspule die Auswertung der Veränderung von Schwingkreisparametern aufgrund von Temperaturänderungen des Kochgefäßes bzw. Kochgefäßbodens, im Besonderen der sich ändernden Permeabilität, verstanden werden. Bevorzugt kann die Schwingungsantwort beim Betrieb mehrerer Induktionsheizspulen an der Kochstelle bzw. für dieses Kochgefäß an jeder Induktionsheizspule erfasst werden.
  • Dieses Verfahren umfasst vorteilhaft die Schritte: Erzeugen einer Zwischenkreisspannung zumindest zeitweise in Abhängigkeit von einer einphasigen oder mehrphasigen, insbesondere dreiphasigen, Netzwechselspannung; Erzeugen einer hochfrequenten Ansteuerspannung oder eines Ansteuerstroms aus der Zwischenkreisspannung, beispielsweise mit einer Frequenz in einem Bereich von 20kHz bis 70kHz; und Beaufschlagen eines Schwingkreises umfassend die Induktionsheizspule mit der Ansteuerspannung bzw. dem Ansteuerstrom. Auf diese Weise erfolgt herkömmlich eine induktive Erwärmung des Kochgefäßes. Zur Temperaturmessung werden dann folgende Schritte durchgeführt: Erzeugen der Zwischenkreisspannung während vorgegebener Zeitabschnitte, insbesondere periodisch, mit einem konstanten Spannungspegel, wobei während der Zeitabschnitte bevorzugt die Zwischenkreisspannung unabhängig von der Netzwechselspannung erzeugt wird; Erzeugen der Ansteuerspannung während der vorgegebenen Zeitabschnitte derart, dass der Schwingkreis im Wesentlichen entdämpft mit seiner Eigenresonanzfrequenz schwingt; Messen mindestens eines Schwingungsparameters der Schwingung während der vorgegebenen Zeitabschnitte; und Auswerten des mindestens einen gemessenen Schwingungsparameters zum Ermitteln der Temperatur. Da die Zwischenkreisspannung während der Temperaturmessung konstant gehalten wird, können Signalbeeinflussungen aufgrund einer veränderlichen Zwischenkreisspannung eliminiert werden, wodurch eine zuverlässige und störsichere Temperaturermittlung bzw. Ermittlung einer Temperaturänderung ermöglicht wird.
  • In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren die Schritte: Bestimmen von Nulldurchgängen der Netzwechselspannung und Wählen der Zeitabschnitte im Bereich der Nulldurchgänge. Im Bereich der Nulldurchgänge bei einphasiger Netzwechselspannung nimmt die Zwischenkreisspannung üblicherweise stark ab. Der konstante Spannungspegel wird bevorzugt derart gewählt, dass er größer als der sich üblicherweise im Bereich der Nulldurchgänge einstellende Spannungspegel ist, sodass die Zwischenkreisspannung im Bereich der Nulldurchgänge auf den konstanten Spannungspegel geklemmt wird. Es herrschen dann im Bereich der Nulldurchgänge konstante Spannungsverhältnisse, die eine zuverlässige Temperaturmessung ermöglichen. Hier werden also keine zusätzlichen Temperatursensoren benötigt, auch wenn sie vorhanden sein könnten.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass an der Kochstelle für das Kochgefäß nicht nur eine einzige Induktionsheizspule vorgesehen ist, sondern mehrere. Hier gilt aber im Prinzip das Entsprechende, dann werden die genannten Leistungswerte eben auf sämtliche Induktionsheizspulen bezogen, die an der Kochstelle vorhanden sind und zur Beheizung des Kochgefäßes dienen. Ihre Leistung bzw. Flächenleistung oder Heizleistung wird dann gemeinsam betrachtet wie zuvor zur Temperaturmessung beschrieben.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die Menge der eingebrachten Energie bzw. die Heizleistung der Induktionsheizspule über der Zeit zu erfassen und zu überwachen. Auch so können Abschätzungen über erreichte Temperaturen getroffen werden. Davon ausgehend kann die Steuerung die Heizleistungen etwas variieren oder aber vor allem die erste Aufheiz-Zeit, die Überprüf-Zeit, die Zwischenheiz-Zeit oder Aus-Zeiten einstellen. Die vorgenannten Überprüf-Zeiten in den verschiedenen Fällen können zwar gleich oder ähnlich groß sein, müssen dies aber nicht. Sie können sich durchaus auch um den Faktor 1 bis 5 unterscheiden.
  • Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombination bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    für mehrere verschiedene Kochgefäße ein Verlauf der stabil auf Dauer gehaltenen Kochgefäßtemperatur abhängig von einer Flächenleistung,
    Fig. 2
    eine Seitenansicht eines Induktionskochfelds mit einer Induktionsheizspule und aufgesetztem Kochgefäß,
    Fig. 3 bis 6
    verschiedene Verläufe der Kochgefäßtemperatur und der Flächenleistung über der Zeit in verschiedenen Fällen der Ansteuerung für leere Kochgefäße, also ohne Zugabe eines Lebensmittels.
    Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In der Fig. 1 ist aufgezeichnet, wie empirisch ermittelte Werte für vier verschiedene Kochgefäße den Zusammenhang angeben, wie die auf Dauer erreichte bzw. eingestellte Kochgefäßtemperatur von der entsprechenden Flächenleistung abhängt. Daraus ist zu ersehen, dass zum einen der Zusammenhang einigermaßen linear ist, also rechnerisch sehr leicht zu bestimmen ist. Zum anderen sind die Temperaturen bei einer bestimmten Flächenleistung nur maximal 30°C bis 35°C voneinander entfernt. Somit kann relativ genau bei einer bestimmten Flächenleistung Q*/A bestimmt werden, welche Kochgefäßtemperatur sich an einem Kochgefäß nach einer bestimmten längeren Dauer des Betriebs, beispielsweise 10 Minuten bis 30 Minuten, einstellt.
  • In der Fig. 2 ist ein Induktionskochfeld 11 dargestellt mit einer Kochfeldplatte 12, an der eine Kochstelle 13 gebildet ist. Unter der Kochfeldplatte 12 ist eine Induktionsheizspule 15 angeordnet, die die Kochstelle 13 definiert und auch beheizt. Diese könnte auch aus mehreren Induktionsheizspulen bestehen, was für die Erfindung keine Rolle spielt. Die Induktionsheizspule 15 wird von einer Steuerung 17 mit Leistung versorgt und angesteuert, wobei die Steuerung 17 die in die Induktionsheizspule 15 eingespeiste Leistung überwachen kann. Des Weiteren weist die Steuerung 17 einen nicht dargestellten Speicher auf, in dem sozusagen entsprechend Fig. 1 ein Zusammenhang abgespeichert ist zwischen Kochgefäßtemperatur und Flächenleistung. Dabei können entweder die rechnerischen Zusammenhänge abgespeichert sein, wenn die Temperaturkurven aus Fig. 1 als Geraden angenähert betrachtet werden. Alternativ können mit ausreichend guter Auflösung Temperaturwerte für jeweils stufenweise zunehmende Flächenleistung abgespeichert sein.
  • In erweiterter Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass dies in der Steuerung 17 für mehrere Kochgefäße abgespeichert ist, so dass die Steuerung 17 sozusagen genau weiß, welche der vier oder noch mehr Kurven aus der Fig. 1 im jeweiligen Fall zu verwenden sind. Alternativ könnten auch bestimmte Parameter in die Steuerung 17 durch eine Bedienperson eingegeben oder von außen einprogrammiert werden, die, losgelöst vom konkret vorhandenen Kochgefäß, der Steuerung 17 mitteilen, welches Kochgefäß nun verwendet wird bzw. welche der abgespeicherten Kurven gilt. Unter Umständen kann die Steuerung 17 dann auch erkennen, in welchem Größenbereich sich ein auf die Kochstelle 13 darüber aufgesetztes Kochgefäß befindet.
  • Selbstverständlich ist die Fläche der Induktionsheizspule 15 bekannt. Vorteilhaft wird die genannte Flächenleistung aber nicht auf die Fläche der Induktionsheizspule 15, sondern auf die Fläche des Kochgefäßes 19 bezogen. Passend zur Kochstelle 13 wird sich die Fläche bzw. die Bodenfläche des Kochgefäßes 19 in einem relativ engen Bereich bewegen, da passende Kochgefäße innerhalb bestimmter Durchmesserklassen meistens nur bis zu 3 cm Durchmesservariation aufweisen. Deutlich zu große oder deutlich zu kleine Kochgefäße werden selten aufgesetzt, dies könnte auch von der Steuerung 17 erkannt und einer Bedienperson als Fehler signalisiert werden.
  • In der Fig. 3 ist gezeigt, wie zum Zeitpunkt t=0 mit einer großen Heizleistung, hier 7 W/cm2, welche konstant ist, aufgeheizt wird. Dieses Aufheizen dauert bis zur Zeit t1 als Aufheiz-Zeit, welche vordefiniert sein kann.
  • Zuvor ist von einer Zielperson oder auch von einer automatischen Steuerung odgl. eine Zieltemperatur von 200°C eingegeben worden. Diese Temperatur soll auf Dauer am Kochgefäß 19, welches hier eine Pfanne ist, gehalten sein. Diese Temperatur gilt vorteilhaft für die Oberseite des Kochgefäßbodens, also dort, wo Gargut, beispielsweise ein anzubratendes Steak, mit dem Kochgefäß 19 in Berührung kommt. Für das Kochgefäß 19 gilt die oberste Kurve aus der Fig. 1.
  • Nach Ablauf der Aufheiz-Zeit t1 wird die Heizleistung stark reduziert und auf 0,68 W/cm2 eingestellt. Dies entspricht bei der Fig. 1 der obersten Kurve bzw. bei dieser Flächenleistung wird dauerhaft die Temperatur von 200°C gehalten.
  • Aus der Fig. 3 entsprechend dem ersten Fall ist zu erkennen, dass die Temperatur T nur leicht abfällt und dann relativ schnell, beispielsweise in 5 Sekunden bis 20 oder 30 Sekunden als Anpassungs-Zeit, konstant wird. Sowohl der geringe Temperaturabfall als auch die konstante Temperatur können durch ein vorgenanntes Verfahren oder entsprechend der EP 2330866 A2 oder der EP 2574144 A2 erkannt werden.
  • Da nun die Kochgefäßtemperatur bei der Flächenleistung 0,68 W/cm2 dauerhaft konstant bleibt, wird diese gemäß der Fig. 1 auf 200°C festgelegt und kann somit dauerhaft gehalten werden.
  • Beim nächsten Fall entsprechend der Fig. 4 wird bis zur Zeit t1' als Aufheiz-Zeit mit großer Flächenleistung von 7 W/cm2 aufgeheizt, wobei die Temperatur T wieder ansteigt. Zum Zeitpunkt t1' wird die Leistung reduziert auf 0,68 W/cm2 entsprechend einer auch hier gewünschten Zieltemperatur von 200°C. Die Steuerung 17 bzw. die Temperaturerfassung kann nun feststellen, dass bei dieser nun eingestellten Flächenleistung die Kochgefäßtemperatur noch ansteigt, wenngleich dies wahrscheinlich schwächer ist als zuvor. Dies bedeutet also, dass die Kochgefäßtemperatur zum Zeitpunkt t2' noch unterhalb der Zieltemperatur von 200°C liegt. Die Zeit zwischen t1' und t2' ist die vorgenannte Überprüf-Zeit. Deswegen wird zum Zeitpunkt t2', der beispielsweise wenige Sekunden bis eine oder zwei Minuten nach dem Zeitpunkt t1' liegt, wieder eine deutlich größere und insbesondere die zuvor eingestellte große Leistung von 7 W/cm2 eingestellt. Dann steigt die Temperatur T wieder stärker an. Nach einer gewissen Zeit als Zwischenheiz-Zeit zwischen t2' und t3', beispielsweise wenige Sekunden bis eine Minute bis drei Minuten, wird wieder auf die Leistung entsprechend der Zieltemperatur heruntergestellt, also wieder auf die erste kleine Heizleistung von 0,68 W/cm2. Nun erkennt die Temperaturerfassung, dass die Kochgefäßtemperatur T erst etwas abnimmt und dann aber relativ schnell, beispielsweise innerhalb von einer Minute oder sogar nur weniger Sekunden als Anpassungs-Zeit, nur noch einen geringen Abfall aufweist bzw. konstant wird. Somit liegt wieder der Fall vor, dass bei einer Flächenleistung von 0,68 W/cm2 eine konstante Kochgefäßtemperatur erreicht wird. Dies muss dann die Zieltemperatur 200°C sein entsprechend Fig. 1 bzw. wie zuvor zur Fig. 3 beschrieben. Das erneute Nachheizen mit der höheren Heizleistung war in diesem Fall erforderlich, da das Kochgefäß zum Erreichen der bestimmten Temperatur mehr Energie benötigt, als von der Steuerung angenommen. Die Wärmekapazität des Kochgefäßes wich also vom in der Steuerung hinterlegten Wert ab.
  • Die zweite Zeit bzw. Zwischenheiz-Zeit mit hoher Heizleistung bei der Fig. 4 zwischen t2' und t3' könnte auch mit einer anderen Flächenleistung erfolgen als die Aufheiz-Zeit bis zum Zeitpunkt t1' Allerdings sollen hier ja die Aufheizvorgänge relativ schnell ablaufen, so dass eben eine zumindest hohe Flächenleistung nahe der maximalen Flächenleistung gewählt werden sollte.
  • Der Fall einer Überhitzung während der Aufheiz-Zeit ist in der Fig. 5 dargestellt. Hier wird auch bei einer gewünschten Zieltemperatur von 200°C für die Aufheiz-Zeit bis zu einem Zeitpunkt t1" mit der hohen Leistung von 7 W/cm2 beheizt, woraufhin die Temperatur T ansteigt. Dann wird ab dem Zeitpunkt t1" für eine Überprüf-Zeit mit der geringen Flächenleistung von 0,68 W/cm2 beheizt, also für einige Sekunden bis eine halbe Minute, um zu sehen, ob hier die Kochgefäßtemperatur relativ schnell konstant wird, was als Erreichen der Zieltemperatur gewertet werden würde. Die Steuerung 17 stellt aber über die vorgenannte Temperaturüberwachung fest, dass die Kochgefäßtemperatur auch nach Ablauf der Überprüf-Zeit dauerhaft fällt, auch noch nach einer oder zwei Minuten als Anpassungs-Zeit. Dies bedeutet, dass also eine Kochgefäßtemperatur deutlich oberhalb der Zieltemperatur vorherrscht. Nun kann entweder die Leistung für kurze Zeit ganz abgeschaltet werden, beispielsweise für 10 Sekunden bis 30 Sekunden, um ein schnelles Abkühlen hin zur Zieltemperatur oder in deren Nähe zu erreichen. Dann könnte der Betrieb wiederum mit der kleinen Heizleistung von 0,68 W/cm2 einsetzen, und erfahrungsgemäß müsste dann die Temperatur relativ schnell konstant werden und dann eben die Zieltemperatur von 200°C betragen.
  • Oder es wird gemäß einer anderen Möglichkeit versucht, die vorherrschende Temperatur in etwa zu bestimmen. Deswegen wird eine etwas größere Heizleistung als Zwischen-Heizleistung für die Zwischenheiz-Zeit zwischen t2" und t3" in die Induktionsheizspule 15 eingespeist, nämlich hier die 0,8 W/cm2. Dabei stellt sich relativ schnell eine konstante Temperatur ein, welche gemäß der Fig. 1 bei etwa 230°C liegt. Somit weiß die Steuerung 17 also, dass die Temperatur noch ca. 30°C zu hoch liegt. Dann kann sie wieder, wie zuvor beschrieben, entweder für kurze Zeit die Induktionsheizspule 15 ganz abschalten für ein etwas schnelleres Abkühlen, beispielsweise für 10 Sekunden bis 30 Sekunden, wobei dann wieder die kleine Heizleistung zum Erreichen und Halten der Zieltemperatur eingestellt wird. Alternativ kann die der Zieltemperatur entsprechende Flächenleistung von 0,68 W/cm2 ab dem Zeitpunkt t3" eingestellt werden, so dass die Kochgefäßtemperatur T etwas langsamer auf die Zieltemperatur abfällt, welche dann aber letztlich erreicht und gehalten wird. Es kann auch eine schnellere Abkühlung durch Einlegen des zu garenden Lebensmittels erreicht werden. Vorteilhaft wird dann für eine der Lebensmittelzugabe nachfolgende Temperaturregelung der Messwert, der 200°C entspricht, als Sollwert verwendet und nicht der Messwert, der 230°C entspricht.
  • Fig. 6 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zum definierten Erreichen einer bestimmten Kochgefäßtemperatur. Wird die konstante Beharrungstemperatur nicht nach kurzer Zeitdauer erreicht, unabhängig davon, ob das Signal fällt oder steigt, werden nachfolgend zwischen t2'" und t3'" keine diskreten Leistungsstufen angefahren. Vielmehr wird ein Sollwert TS des Temperatursignals nach einer festgelegten Zeit ermittelt, hier bei t2'" mit 230°C. Die Steuerung regelt dann beispielsweise durch einen Proportionalregler, der auch Integral- oder Differenzial-Anteile aufweisen kann, auf diesen Sollwert TS. Damit wird bei t3'" relativ schnell eine konstante Temperatur erreicht, schneller, als dies mit diskreten Temperaturstufen möglich wäre. Gemäß Fig. 1 entspricht einer Kochgefäßtemperatur von 230°C eine Flächenleistung von 0,8 W/cm2. Deswegen wird bei dieser Flächenleistungsdichte die Kochgefäßtemperatur von 230°C gehalten. Auf diese Art und Weise wird wiederum die entsprechende Korrelation aus Leistung und konstanter Temperatur gefunden, wobei die Leistung bekannt ist, die eine Temperaturbestimmung und somit Temperatureinstellung ermöglicht. Nun kann anhand bekannter Zusammenhänge durch Leistungsreduktion ausgehend von der bekannten Temperatur die bestimmte Kochgefäßtemperatur von 200°C angefahren werden, beispielsweise mit gleichzeitigem Einlegen des Garguts.
  • Somit ist es mit der Erfindung möglich, ohne absolute Temperaturmessung und nur durch relative Temperaturmessung, also Überwachen, ob eine Temperatur ansteigt, abfällt oder konstant ist, und einem bekannten Zusammenhang zwischen Temperatur und dauerhaft eingestellter Flächenleistungsdichte eine Temperaturregelung bzw. das Anfahren und Halten einer bestimmten Temperatur an einem Kochgefäß zu ermöglichen.
  • Des Weiteren macht sich die Erfindung zugunsten, dass in einem eingeschwungenem Zustand, also einem dauerhaft herrschenden Zustand, ein Wärmeleitwiderstand seriell zu einer Parallelschaltung als Strahlungswärmewiderstand und Konvektionswärmewiderstand geschaltet ist. Daraus ergibt sich eben der in Fig. 1 zu erkennende Zusammenhang.
  • Die Erfindung nutzt also eine Energiebilanz, um die eingangs gestellte Aufgabe zu lösen. Durch das Aufsuchen eines eingeschwungenen Zustandes, also eines Zustandes ohne Änderung der Kochgefäßtemperatur, wird die innere Energie des Kochgefäßes konstant gehalten. Dadurch ist bekannt, dass die von der Beheizung in das Kochgefäß eingebrachte Energie vollständig wieder abgegeben wird, sei es durch Konvektion, Wärmestrahlung oder Wärmeleitung in die Kochfeldoberfläche. Die eingebrachte Energie kann jedoch von der Beheizung gemessen werden. Da der Zusammenhang aus Fig. 1 bekannt ist, kann somit über Messung einer Energie pro Zeit bzw. Leistung, unter bestimmten Rahmenbedingungen, auf die absolute Temperatur geschlossen werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Induktionskochfelds zum definierten Erreichen einer bestimmten Kochgefäßtemperatur, wobei das Induktionskochfeld eine Steuerung und eine Kochstelle mit mindestens einer Induktionsheizspule aufweist, mit den Schritten:
    - ein Kochgefäß wird auf die Kochstelle aufgestellt und wird von der Induktionsheizspule induktiv beheizt,
    - vor einem Aufheizvorgang eines Kochgefäßes wird eine Zieltemperatur für das Kochgefäß oder ein eine bestimmte Zieltemperatur implizierender Anwendungsfall in die Steuerung des Induktionskochfelds eingegeben,
    - zu Beginn des Aufheizvorgangs wird das Kochgefäß für eine erste Aufheiz-Zeit mit einer ersten relativ großen Heizleistung als Flächenleistung beheizt,
    - nach der ersten Aufheiz-Zeit wird die Heizleistung der Induktionsheizspule soweit reduziert auf eine erste relativ kleine Heizleistung, die auf Dauer zu der Zieltemperatur führen würde,
    - es wird überprüft, ob nach einer kurzen Überprüf-Zeit bei der ersten relativ kleinen Heizleistung die Kochgefäßtemperatur konstant bleibt, ansteigt oder abfällt,
    - wobei in einem ersten Fall, dass bei Beheizen des Kochgefäßes mit der ersten relativ kleinen Heizleistung nach der kurzen Überprüf-Zeit die Kochgefäßtemperatur konstant bleibt und der Zieltemperatur entspricht, die Zieltemperatur als erreicht gilt,
    - wobei in einem weiteren Fall, dass durch die Einstellung der ersten, relativ kleinen Heizleistung die Kochgefäßtemperatur nach der kurzen Überprüf-Zeit nicht die Zieltemperatur erreicht hat, die relativ kleine Heizleistung von der Steuerung in ihrer Größe angepasst wird, um eine Heizleistung zu finden, die während der kurzen Überprüf-Zeit zu einer konstanten Temperatur führt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach ausreichend genauem Finden der entsprechenden Korrelation von Heizleistung und Kochgefäßtemperatur die Steuerung den Aufheizvorgang als beendet betrachtet und dies einer Bedienperson signalisiert und/oder weitere Verfahrensschritte einleitet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Fall als zweiter Fall bei Beheizen des Kochgefäßes mit der ersten relativ kleinen Heizleistung die Kochgefäßtemperatur weiterhin ansteigt nach der kurzen Überprüf-Zeit, eine unter der Zieltemperatur liegende Kochgefäßtemperatur festgestellt wird und das Kochgefäß noch einmal mit einer Zwischen-Heizleistung für eine Zwischenheiz-Zeit stärker erhitzt wird, und dann nach der Zwischenheiz-Zeit erneut durch Einstellen der relativ kleinen Heizleistung überprüft wird, ob die Kochgefäßtemperatur nach einer kurzen Überprüf-Zeit noch ansteigt oder konstant bleibt, wobei bei konstant bleibender Kochgefäßtemperatur der erste Fall des Erreichens der Zieltemperatur gilt, wobei vorzugsweise die Zieltemperatur zwischen 200°C und 250°C liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Kochgefäßtemperatur nach der Zwischenheiz-Zeit und nach der kurzen Überprüf-Zeit noch weiter ansteigt, erneut eine unter der Zieltemperatur liegende Kochgefäßtemperatur festgestellt wird und das Kochgefäß noch einmal mit einer Zwischen-Heizleistung für eine Zwischenheiz-Zeit stärker erhitzt wird, und dann nach der Zwischenheiz-Zeit erneut durch Einstellen der relativ kleinen Heizleistung für eine kurze Überprüf-Zeit überprüft wird, ob die Kochgefäßtemperatur nach der kurzen Überprüf-Zeit noch ansteigt oder konstant bleibt, wobei bei konstant bleibender Kochgefäßtemperatur der erste Fall des Erreichens der Zieltemperatur gilt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Fall als dritter Fall bei Beheizen des Kochgefäßes mit der ersten relativ kleinen Heizleistung die Kochgefäßtemperatur abfällt nach der kurzen Überprüf-Zeit, eine über der Zieltemperatur liegende Kochgefäßtemperatur festgestellt wird, wobei vorzugsweise in diesem dritten Fall das Kochgefäß mit einer Zwischen-Heizleistung zwischen 105% und 200% der ersten relativ kleinen Heizleistung beheizt wird und die Kochgefäßtemperatur überprüft wird, die sich nach der kurzen Überprüf-Zeit konstant einstellt, und daraus aus einem in der Steuerung bekannten Zusammenhang zwischen Kochgefäßtemperatur und Heizleistung als Flächenleistung die Kochgefäßtemperatur bestimmt wird, wobei davon ausgehend die Heizleistung erneut reduziert wird auf eine Heizleistung, die auf Dauer zu der Zieltemperatur führen würde, wobei vorzugsweise die Zieltemperatur zwischen 200°C und 250°C liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen-Heizleistung größer ist als die erste relativ kleine Heizleistung, vorzugsweise 10% bis 100% größer.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kurze Überprüf-Zeit 1 Sekunde bis 30 Sekunden beträgt, vorzugsweise 5 Sekunden bis 20 Sekunden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenheiz-Zeit 5 Sekunden bis 60 Sekunden beträgt, vorzugsweise 10 Sekunden bis 30 Sekunden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung reduziert wird auf eine der Zieltemperatur entsprechende kleine Heizleistung, und überprüft wird, wann die Kochgefäßtemperatur konstant wird und damit der Zieltemperatur entspricht, wobei vorzugsweise die Zieltemperatur zwischen 200°C und 250°C liegt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochgefäß an einer Kochstelle mit einer oder mehreren Induktionsheizspulen betrieben wird und die Leistung der Induktionsheizspulen gemeinsam als Flächenleistung bzw. Heizleistung betrachtet wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der eingebrachten Energie bzw. die Heizleistung der Induktionsheizspule über der Zeit überwacht wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste relativ große Heizleistung 3 W/cm2 bis 12 W/cm2 beträgt, insbesondere 6 W/cm2 bis 10 W/cm2.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste relativ kleine Heizleistung 0,3 W/cm2 bis 2 W/cm2 beträgt, insbesondere 0,6 W/cm2 bis 0,8 W/cm2.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen-Heizleistung 1 W/cm2 bis 12 W/cm2 beträgt, insbesondere 1,5 W/cm2 bis 8 W/cm2.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kochgefäßgröße ermittelt wird durch Betrachtung des Wirkungsgrads der Induktionsheizeinrichtung durch Überdeckung der Induktionsheizspule mit dem aufgestellten Kochgefäß.
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