WO2006032292A1 - Heizungseinrichtung für eine flächige beheizung mit induktions-heizelementen - Google Patents

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WO2006032292A1
WO2006032292A1 PCT/EP2004/010664 EP2004010664W WO2006032292A1 WO 2006032292 A1 WO2006032292 A1 WO 2006032292A1 EP 2004010664 W EP2004010664 W EP 2004010664W WO 2006032292 A1 WO2006032292 A1 WO 2006032292A1
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induction heating
heating elements
heating device
induction
carrier
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PCT/EP2004/010664
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Martin Baier
Lutz Ose
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E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/03—Heating plates made out of a matrix of heating elements that can define heating areas adapted to cookware randomly placed on the heating plate

Definitions

  • Heating device for surface heating with induction heating elements
  • the invention relates to a heating device with the features of the Ober ⁇ concept of claim 1.
  • the heating device has a flat-stretched carrier, are distributed on the induction heating elements.
  • a heating device has induction heating elements, which together with a converter device or a converter together form a structural unit.
  • This unit can be handled independently, so it can for example be assembled on the support with a plurality of other such units to form a heater.
  • it is advantageously possible to design an induction heating element and a converter device such that they can be fastened to one another and thus be connected to form a structural unit.
  • this facilitates facilitated connection of the induction heating elements.
  • due to the spatially close arrangement of induction heating element and inverter device susceptibility is reduced.
  • the replacement of individual induction heating elements and / or converter devices is simplified.
  • an induction heating element has a single induction coil and a single inverter, namely just for this induction coil.
  • the induction heating elements on the one hand be kept relatively simple.
  • An induction heating element may be attached to or connected to the carrier by means of an electrical connection.
  • This electrical connection is preferably made of connecting wires for the power supply. These connection wires can advantageously be designed solid, whereby a certain strength of the compound is gege ⁇ ben. It is advantageous if the attachment forms the electrical connection of the heater to each an induction heating element.
  • Connecting wires or connecting wires for the power supply can be held in a spring clamp in such a connection or fastening.
  • this spring clip issschlie ⁇ d, so that after insertion both a contact and a clamping attachment is established.
  • a bus system can be combined either with a power supply of the induction heating elements, for example by Aufmodulierung to a mains voltage or supply voltage. However, it is preferred if the drive is disconnected from the power supply.
  • a bus system can be designed as a two-wire bus. Corresponding electrical lines can bind all induction heating elements, with individual induction heating elements being specifically addressable via the bus system.
  • the heating device or an arrangement of the induction heating elements it is advantageous to apply these side by side. organize. In particular, they are arranged directly adjacent to each other. Thus, a density as possible coverage of the surface of the Schu ⁇ device or the carrier with induction heating elements and thus with an induction heating effect is possible.
  • the induction heating elements have a shape which can be combined with wei ⁇ identical identical shapes to a substantially closed as possible senen surface. For example, squares or regular hexagons may be used as shapes here. These can be put together without a gap.
  • a cooking vessel detection by means of the induction heating element can advantageously take place in such a way that a current flow during heating operation is evaluated. This evaluation can be taken over by the controller, which emits a clear signal based on the current flow, whether a suitable cooking vessel is arranged above the induction heating element or not.
  • means for measuring the current flow are advantageously provided.
  • the advantage here is that signals from a single structural unit do not have to be transmitted over a longer path to a central control of the heating device.
  • the pre-evaluation in the control of the individual unit makes it possible to form a specific signal which, with regard to Susceptibility and readability is improved.
  • the control of a structural unit already fully evaluates a cooking vessel detection and, as it were, gives a positive or a negative signal to a central controller.
  • Monitoring the current flow through an induction heating element or an induction coil thereof or monitoring the power is advantageously connected to a converter device.
  • the information about the current flow or the power consumption is already obtained from the normal operation of the converter device.
  • An induction heating element advantageously has a single induction coil as previously described. This is advantageous for small units registeredwindig, for example, with 50 to 100 Win ⁇ tions.
  • the power range can range from a low range, for example 50 watts to a few 100 watts, up to a few 100 watts or even at least one kilowatt.
  • a coil wire advantageously has many individual strands in this number of turns. Thus, due to the skin effect, it is particularly suitable for this application.
  • a heating device may advantageously have a central control. This is connected to all induction heating elements and controls or evaluates their operation, their signals such as in a cooking vessel detection and other data.
  • the central control can advantageously be designed in such a way that it recognizes an occupancy state of the heating device from a feedback of a cooking vessel detection, which comes from the individual induction heating elements. Thus, it can detect whether, on the one hand, a cooking vessel suitable for induction heating is installed, or even more. Furthermore, they can from the spatially distributed Signals of the individual induction heating elements recognize where cooking vessels stand up and which induction heating elements are thus sufficiently covered and should be operated. Furthermore, it is possible, via the central control, to pass on a power predetermined by an operator to the individual induction heating elements for their control. With an aforementioned possibility of a bus system, it is very easy to control a specific induction heating element with information about the desired power level via a central control. The induction heating element converts the information of the power stage in the converter via its own converter.
  • Fig. 1 shows in a side section, as a plurality of units with induction coils and converters are arranged under a glass ceramic hob and are each controlled.
  • a glass ceramic hob 11 is shown below this there are a plurality of juxtaposed units 13. These units 13 adjoin each other at a small distance ge, advantageously they are adjacent to each other. They are attached to a support, not shown, for example, a metal plate. They can be single modules. As stated above, they can also be plugged together, for example also without a carrier.
  • the units 13 each consist of an induction coil 15 and a converter 17.
  • the converter 17 has on the one hand a Umrichter ⁇ circuit. Furthermore, it has an inverter control 18, advantageously with a microcontroller.
  • the induction coil 15, which is applied to the underside of the glass ceramic hob 11, is connected to the inverter 17 via a connection 19.
  • This compound is on the one hand mechanically holding and the other electrically conductive. For example, it may be a plug-in connection, via which the converter 17 feeds the induction coil 15.
  • the inverter 17 are each connected to spring terminals 23, which are each connected to a positive Strom ⁇ rail 25 and a negative bus bar 26.
  • spring clips 23 and their attachment to the Busbars 25 and 26 can be seen, for example, from DE 102 587 26.4, to which reference is expressly made in this regard.
  • the inverters 17 are connected via control terminals 28 to a bus system 30.
  • the bus system 30 in turn is connected to a central controller 32.
  • the central controller 32 transmits commands to the individual inverters 17 for operation of the induction coils 15 via the bus system 30.
  • feedback can also be provided in the other direction, as will be discussed in more detail below.
  • the Mon ⁇ control 32 is connected to controls over which a Be ⁇ dienperson control commands, such as power levels or der ⁇ same, pretend.
  • a cooking vessel 34 On the glass ceramic hob 11 is a cooking vessel 34, beispielswei ⁇ se a metallic saucepan.
  • This covers at least three induction coils 15 or corresponding structural units 13.
  • structural units arranged next to it which are arranged in or out of the plane of the drawing.
  • Such an arrangement of several units serving as individual heating elements is known, for example, from the aforementioned DE 102 587 26.4, to which reference is expressly made in this regard.
  • the positive bus bar 25 and the negative bus bar 26 are advantageously connected to rectified mains voltage. From this, the inverter 17 is fed and operates the induction coil 15th function
  • the units 13 have their own cupping function. This can be achieved in a manner known per se by activating the induction coils 15 at certain time intervals for a short time. If a correspondingly suitable cooking vessel, such as, for example, the cooking vessel 34, is located above an induction coil 15, then this can be detected at the current flow and correspondingly evaluated as pan detection. This evaluation is advantageously carried out in the illustrated embodiment by the detection of the current in the inverter 17 and processing in the Umrich ⁇ ter control 18th
  • the converter controller 18 thus outputs an already evaluated and directly meaningful signal, for example "suitable pot auf ⁇ provides” via the control inputs 28 to the bus system 30. This in turn gives the signal to the central controller 32.
  • the central Control unit 32 collects these signals for all units 13 and can thus detect at any time what the occupancy situation of cooktop 11 or units 13 is for contiguous areas of occupied units 13, central control unit 32 recognizes this as a coherent cooking vessel set up
  • These activation signals depend on the power setting desired by an operator, for example in power levels of one to nine.
  • the corresponding control with the desired power level is given by the central controller 32 via the bus system 30 and the control inputs 28 to the converter controls 18 of those building units 13 which are to be activated on the basis of pot detection. It can be deposited in the central controller 32 that upon detection of a ferromagnetic object by only a single unit 13 this can be no suitable cooking vessel with a correspondingly small training, but for example a metallic cutlery or the like.
  • the central controller 32 evaluates this state as not operational and does not activate the affected assembly or induction coil 15. Instead, for example, an error signal may be output to an operator to indicate and eliminate the inoperative condition.
  • the converter controller 18 detects its activation by the central controller 32 in accordance with the structure of the bus system.
  • the induction coils 15 can be operated by means of the converter 17 and the converter control 18 as conventional induction coils for Heating a hob.
  • the bus system 30 Via the bus system 30, it is possible to speak in each case of a desired structural unit and to recognize the location of each structural unit on the glass-ceramic hob.
  • the great advantage of this embodiment according to the invention is, on the one hand, that the assemblies 13 of induction coil 15, inverter 17 and converter controller 18 can be easily handled and combined to form an entire heating device or a hob. If a module is defective, it will be replaced with a new one.
  • connection 19 between the induction coil 15 and inverter 17 it is possible to locate the error in a replaced or defective unit 13 and replace the respective defective part. This does not mean replacing a complete unit every time.
  • the assembly and the connection is advantageous and easy. It does not need, as for example in the prior art, each an elaborate wiring are provided. In particular, an exchange of defective units is very easily possible without major An ⁇ closing work.
  • the described possibility of holding the connection wires 20 and 21 in spring terminals 23 for fastening an entire unit 13 with simultaneous power supply allows quick installation and quick replacement.
  • the operation of the induction coil 15 is clocked on the one hand possible. On the other hand, they can be operated with lowered or correspondingly lower powers than the full rated power. In addition, mixed forms are possible. In a further embodiment of the invention, it is possible, in a heated as a cooking surface by several induction heating elements turn this alternately, for example, with detaching control or power supply. Thus, a lower than their full power were ⁇ made available. Furthermore, a certain convection or movement in the cooking product can be caused by changing local heating of a cooking vessel, which contributes to the rapid and uniform heating.
  • the induction coils can advantageously extend in a kind of housing.
  • Such housings may be round, in particular circular, at least for a coil space.
  • Ferrites may be provided for bundling and shielding the magnetic field lines. Its cross-section may, for example, be in the form of an E-shape, as in the case of known induction coils.
  • busbars or bus systems mentioned can be formed by the multiplicity of interconnected structural units.

Abstract

Es wird eine Beheizung für ein Glaskeramik-Kochfeld (11) geschaffen, wobei eine Vielzahl einzelner Baueinheiten (13) mit Induktions-Spulen (15), jeweils einer Induktions-Spule (15) zugeordneten Umrichtern (17) und einer Umrichter-Steuerung (18) versehen sind. Diese Baueinheiten (13) sind selbstständig handhabbar und werden dicht nebeneinander unter das Glaskeramik-Kochfeld (11) angeordnet und elektrisch kontaktiert. Jeweils eine Baueinheit (13) ist separat ansteuerbar. So kann eine beliebig beheizbare Fläche beliebiger Ausbildung erreicht werden.

Description

Beschreibung
Heizungseinrichtunq für eine flächige Beheizung mit Induktions- Heizelementen
Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Ober¬ begriffs des Anspruchs 1. Insbesondere weist die Heizeinrichtung einen flächig ausdehnten Träger auf, auf dem Induktions-Heizelemente verteilt sind.
Aus der EP 1 206 164 A2 ist es bekannt, auf einem Träger eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Strahlungs-Heizelementen anzuordnen. Die¬ se sind aufwendig angeschlossen über verteilte Stromzuführungen.
Aus der EP 722 261 A1 ist es bekannt, bei einer Induktionskochstelle mehrere unabhängig voneinander betreibbare Induktionszonen vorzu¬ sehen. Auch hier ist die Stromversorgung aufwendig. Insbesondere be¬ steht nämlich bei Induktions-Heizungen das Problem, dass die elektri- sehe Leistung über Umrichterschaltungen oder dergleichen aufbereitet sein muss. Wegen der Freguenzen im Bereich von einigen 100 bis eini¬ gen 1.000 Hz ist hier die Störanfälligkeit bei komplizierten Anschlusslei¬ tungen hoch.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Heiz¬ einrichtung zu schaffen, mit der die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere der Aufbau sowie der elektrische Anschluss einer solchen Heizeinrichtung verbessert und ver¬ einfacht werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Heizeinrichtung mit den Merkma¬ len des Anspruchs 1. Vorteilhafte wie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im fol¬ genden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch aus- drückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Heizeinrichtung Induktions- Heizelemente aufweist, die jeweils mit einer Umrichter-Einrichtung oder einem Umrichter zusammen eine Baueinheit bilden. Diese Baueinheit ist selbstständig handhabbar, kann also beispielsweise auf dem Träger mit einer Vielzahl weiterer solcher Baueinheiten zusammengesetzt werden, um eine Heizeinrichtung zu bilden. Dabei ist es vorteilhaft möglich, ein Induktions-Heizelement und eine Umrichter-Einrichtung derart auszubil¬ den, dass sie aneinander befestigbar sind und so zu einer Baueinheit verbunden werden können.
Dieses ermöglicht zum einen einen erleichterten Anschluss der Indukti¬ ons-Heizelemente. Vor allem durch die räumlich nahe Anordnung von Induktions-Heizelement und Umrichter-Einrichtung ist die Störanfälligkeit gesenkt. Des weiteren ist es beispielsweise möglich, bei einer Reparatur einer defekten Heizeinrichtung eine defekte Baueinheit zu entnehmen und durch eine funktionierende zu ersetzen. Somit ist neben der Monta¬ ge auch das Auswechseln einzelner Induktions-Heizelemente und/oder Umrichter-Einrichtungen vereinfacht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Induktions-Heizelement eine einzige Induktionsspule und einen einzigen Umrichter, nämlich eben für diese Induktionsspule, aufweist. So können die Induktions-Heizelemente einerseits relativ einfach gehalten sein. Zum anderen ist es ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung, eine Heizein¬ richtung, insbesondere ein Kochfeld, für induktive Beheizung in mög¬ lichst viele, kleine und jeweils einzelne Induktionsheizungen zu untertei- 004/010664
len. Dabei ist es von Vorteil, wie auch aus dem vorbeschriebenen Stand der Technik in etwa zu entnehmen ist, wenn mehrere bzw. eine Vielzahl von Induktions-Heizelementen vorgesehen ist. Diese sollten einzeln an¬ steuerbar sein je nachdem, ob ein Kochgefäß auf ihnen steht oder nicht bzw. in welcher Form eine Beheizung gewünscht ist.
Ein Induktions-Heizelement kann mittels einer elektrischen Verbindung an dem Träger befestigt sein oder daran verbunden werden. Diese elektrische Verbindung besteht vorzugsweise aus Anschlussdrähten für die Stromversorgung. Diese Anschlussdrähte können vorteilhaft massiv ausgeführt sein, wodurch eine gewisse Festigkeit der Verbindung gege¬ ben ist. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Befestigung die elektrische Verbindung der Heizeinrichtung an jeweils ein Induktions-Heizelement bildet.
Verbindungsdrähte oder Anschlussdrähte für die Stromversorgung kön¬ nen bei einer solchen Verbindung bzw. Befestigung in einer Federklem¬ me gehalten werden. Vorteilhaft ist diese Federklemme selbstschlie¬ ßend, so dass nach einem Einstecken sowohl ein Kontakt als auch eine klemmende Befestigung herstellt ist.
Die Federklemmen können an dem Träger vorgesehen sein, insbeson¬ dere mit einer von dem Träger weg weisenden Klemmrichtung. Es ist von Vorteil, die Federklemme auf der andern Seite des Trägers anzuord- nen. So ist es einerseits möglich, die Oberfläche des Trägers aus¬ schließlich für die Befestigung und Anordnung der Induktions-Heizele¬ mente bzw. der Baueinheiten mit den Umrichtern vorzusehen. Des wei¬ teren können auf der anderen Seite des Trägers die Federklemmen mit entsprechenden Stromanschlüssen verbunden sein. Es ist möglich, die Federklemmen nicht direkt an dem Träger anzuordnen, sondern an ei¬ ner Halterung. Die Halterung wiederum kann mit mehreren oder sämtli¬ chen Federklemmen an dem Träger verbunden sein. Beispielsweise kann es eine Leiterplatte sein, welche neben den Federklemmen Leiter¬ bahnen zur Stromversorgung trägt.
Des weiteren ist es möglich, da die Baueinheiten der Induktions-Heizele- mente jeweils eigene Umrichter aufweisen, eine Stromversorgung meh¬ rerer Induktions-Heizelemente zusammenzufassen und an einen An- schluss zu führen. Dies kann beispielsweise eine Stromschiene oder dergleichen sein, an welcher vorteilhaft sämtliche Induktions-Heizele¬ mente einer Heizeinrichtung angeschlossen sind.
Des weiteren können an einem Induktions-Heizelement Steueranschlüs¬ se vorgesehen sein, mit welchen dieses bzw. der Umrichter gesteuert wird. Eine Kontaktierung an die Steueranschlüsse kann grundsätzlich auf vielfältige Art und Weise erfolgen. Bevorzugt wird eine lösbare Kon- taktierung, insbesondere mit einer Steckeranordnung. Diese kann auch halternde Funktion übernehmen. Eine Kontaktierung kann auch den An¬ schlüssen für die Stromversorgung einer Baueinheit entsprechen.
Um den Anschlussaufwand für die Ansteuerung der Baueinheiten bzw. Induktions-Heizelemente zu verringern, können mehrere oder alle Steu¬ eranschlüsse über ein Bus-System geführt sein. Dieses Bus-System kann entweder mit einer Stromversorgung der Induktions-Heizelemente zusammengefasst sein, beispielsweise durch Aufmodulierung auf eine Netzspannung oder Versorgungsspannung. Bevorzugt wird es jedoch, wenn die Ansteuerung von der Stromversorgung getrennt ist. Ein sol¬ ches Bus-System kann als Zweidraht-Bus ausgeführt sein. Entsprechen¬ de elektrische Leitungen können sämtliche Induktions-Heizelemente ver¬ binden, wobei über das Bus-System einzelne Induktions-Heizelemente gezielt ansprechbar sind.
Bezüglich eines Aufbaus der Heizeinrichtung bzw. einer Anordnung der Induktions-Heizelemente ist es von Vorteil, diese nebeneinander anzu- ordnen. Insbesondere sind sie direkt aneinanderliegend nebeneinander angeordnet. So ist eine möglichst dichte Belegung der Fläche der Heiz¬ einrichtung bzw. des Trägers mit Induktions-Heizelementen und somit mit einer Induktions-Heizwirkung möglich. Dazu ist es von Vorteil, wenn die Induktions-Heizelemente eine Form aufweisen, welche sich mit wei¬ teren identischen Formen zu einer im wesentlichen möglichst geschlos¬ senen Fläche zusammensetzen lässt. Als Formen bieten sich hier bei¬ spielsweise Quadrate oder regelmäßige Sechsecke an. Diese können ohne Zwischenraum zusammengesetzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, insbesondere mit einem zuvor beschriebenen Bus-System zur Ansteuerung einzelner In¬ duktions-Heizelemente, jedem Induktions-Heizelement eine eigene Steuerung zuzuweisen bzw. in der Baueinheit anzuordnen. Diese Steue- rung sollte dahingehend intelligent ausgebildet sein, dass sie die Aus¬ wertung von Ansteuersignalen oder von Signalen einer Kochgefäß-Er¬ kennung zumindest teilweise vornehmen kann. Dies bedeutet, dass die¬ se Steuerung über das Bus-System angesteuert wird und mit entspre¬ chenden Steuerbefehlen eine Aktivierung des Induktions-Heizelements mit bestimmten Charakteristika, insbesondere Leistungshöhe und/oder Leistungsdauer, möglich ist.
Des weiteren kann vorteilhaft eine Kochgefäß-Erkennung mittels des Induktions-Heizelements erfolgen derart, dass ein Stromfluss bei Heiz¬ betrieb ausgewertet wird. Diese Auswertung kann von der Steuerung übernommen werden, welche anhand des Stromflusses ein eindeutiges Signal abgibt, ob ein geeignetes Kochgefäß über dem Induktions- Heizelement angeordnet ist oder nicht. Hierzu sind vorteilhaft Mittel zur Messung des Stromflusses vorgesehen. Der Vorteil liegt hier darin, dass nicht Signale von einer einzelnen Baueinheit einen längeren Weg zu ei- ner zentralen Steuerung der Heizeinrichtung übertragen werden müs¬ sen. Die Vorauswertung in der Steuerung der einzelnen Baueinheit er¬ möglicht die Bildung eines bestimmten Signals, welches hinsichtlich Störanfälligkeit und Auswertbarkeit verbessert ist. Insbesondere wertet die Steuerung einer Baueinheit eine Kochgefäß-Erkennung bereits voll¬ ständig aus und gibt sozusagen ein positives oder ein negatives Signal an eine zentrale Steuerung.
Eine Überwachung des Stromflusses durch ein Induktions-Heizelement bzw. eine Induktionsspule desselben oder eine Überwachung der Leis¬ tung ist vorteilhaft mit einer Umrichter-Einrichtung verbunden. Insbeson¬ dere wird hier aus dem normalen Betrieb der Umrichter-Einrichtung be- reits die Information über den Stromfluss oder die Leistungsaufnahme gewonnen.
Ein Induktions-Heizelement weist, wie zuvor beschrieben worden ist, vorteilhaft eine einzelne Induktionsspule auf. Diese ist vorteilhaft bei kleinen Baueinheiten mehrwindig, beispielsweise mit 50 bis 100 Win¬ dungen. Der Leistungsbereich kann von einem niedrigen Bereich, bei¬ spielsweise 50 Watt bis wenige 100 Watt, bis zu einigen 100 Watt oder sogar mindestens einem Kilowatt reichen. Ein Spulendraht weist vorteil¬ haft bei dieser Anzahl von Windungen viele einzelne Litzen auf. So eig- net er sich aufgrund des Skin-Effekts besonders gut für diese Anwen¬ dung.
Eine Heizeinrichtung kann vorteilhaft eine Zentralsteuerung aufweisen. Diese ist mit sämtlichen Induktions-Heizelementen verbunden und steu- ert sie an bzw. wertet deren Betrieb, deren Signale wie beispielsweise bei einer Kochgefäß-Erkennung sowie sonstige Daten aus. Dabei kann die Zentralsteuerung vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass sie aus ei¬ ner Rückmeldung einer Kochgefäß-Erkennung, welche von den einzel¬ nen Induktions-Heizelementen kommt, einen Belegungszustand der Heizeinrichtung erkennt. Somit kann sie erfassen, ob zum einen über¬ haupt ein für Induktions-Heizung geeignetes Kochgefäß aufgestellt ist, oder sogar mehrere. Des weiteren kann sie aus den räumlich verteilten Signalen der einzelnen Induktions-Heizelemente erkennen, an welcher Stelle Kochgefäße aufstehen und welche Induktions-Heizelemente somit ausreichend überdeckt sind und betrieben werden sollen. Des weiteren ist es möglich, über die Zentralsteuerung eine von einer Bedienperson vorgegebene Leistung an die einzelnen Induktions-Heizelemente weiter¬ zugeben zu deren Ansteuerung. Bei einer vorgenannten Möglichkeit ei¬ nes Bus-Systems kann über eine Zentralsteuerung sehr leicht eine An¬ steuerung eines bestimmten Induktions-Heizelementes mit der Informa¬ tion über die gewünschte Leistungsstufe erfolgen. Über den eigenen Umrichter setzt das Induktions-Heizelement die Information der Leis¬ tungsstufe im Umrichter um.
So ist es einerseits möglich, mit einer Zentralsteuerung jedes einzelne Induktions-Heizelement einzeln anzusteuern. Vorteilhaft werden im Be- trieb jedoch jeweils mehrere Induktions-Heizelemente zu einer beheiz¬ baren Fläche zusammengefasst, welche einer sonst üblichen Kochstelle entspricht. Der Vorteil bei einer Heizeinrichtung mit einer Vielzahl von Induktions-Heizelemente liegt darin, eine solche Kochstelle sozusagen an einer beliebigen Stelle entstehen zu lassen. Auch mehrere Kochge- fäße können so an beliebiger Stelle nebeneinander betrieben werden.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unter- kombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf ande¬ ren Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähi¬ ge Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwi- schen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussa- gen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit. Kurzbeschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die Fig. 1 in einem Seitenschnitt, wie eine Vielzahl von Baueinheiten mit Induktions-Spulen und Umrichtern unter einem Glaskeramik-Kochfeld angeordnet sind und jeweils angesteuert werden.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der schematischen Darstellung in Fig. 1 ist ein Glaskeramik-Kochfeld 11 dargestellt. Unterhalb diesem befinden sich mehrere nebeneinander angeordnete Baueinheiten 13. Diese Baueinheiten 13 grenzen mit ge¬ ringem Abstand aneinander an, vorteilhaft liegen sie aneinander an. Sie sind an einem nicht dargestellten Träger befestigt, beispielsweise einer Metallplatte. Es können Einzelmodule sein. Wie oben ausgeführt, kön¬ nen sie auch zusammensteckbar sein, beispielsweise auch ohne Träger.
Die Baueinheiten 13 bestehen jeweils aus einer Induktions-Spule 15 und einem Umrichter 17. Der Umrichter 17 weist zum einen eine Umrichter¬ schaltung auf. Des weiteren weist er eine Umrichter-Steuerung 18 auf, vorteilhaft mit einem Microcontroller. Die Induktions-Spule 15, welche an die Unterseite des Glaskeramik-Kochfeldes 11 angelegt ist, ist mit dem Umrichter 17 über eine Verbindung 19 verbunden. Diese Verbindung ist zum einen mechanisch halternd und zum anderen elektrisch leitend. Beispielsweise kann es eine Steckverbindung sein, über welcher der Umrichter 17 die Induktions-Spule 15 speist.
Mittels Anschlussdrähten 20 und 21 sind die Umrichter 17 jeweils an Federklemmen 23 verbunden, welche mit jeweils einer positiven Strom¬ schiene 25 und einer negativen Stromschiene 26 verbunden sind. Die Ausbildung solcher Federklemmen 23 sowie deren Anbringung an den Stromschienen 25 und 26 ist beispielsweise aus der DE 102 587 26.4 zu entnehmen, auf welche diesbezüglich ausdrücklich Bezug genommen wird.
Des weiteren sind die Umrichter 17 über Steueranschlüsse 28 mit einem Bus-System 30 verbunden. Darauf wird nachfolgend noch genauer ein¬ gegangen. Das Bus-System 30 wiederum ist mit einer Zentralsteuerung 32 verbunden. Die Zentralsteuerung 32 gibt über das Bus-System 30 Befehle an einzelne Umrichter 17 zum Betrieb der Induktions-Spulen 15. Ebenso kann eine Rückmeldung auch in der anderen Richtung vorgese¬ hen sein, worauf nachfolgend genauer eingegangen wird. Die Zentral¬ steuerung 32 ist mit Bedienelementen verbunden, über welche eine Be¬ dienperson Steuerbefehle, wie beispielsweise Leistungsstufen oder der¬ gleichen, vorgeben kann.
Auf dem Glaskeramik-Kochfeld 11 steht ein Kochgefäß 34, beispielswei¬ se ein metallischer Kochtopf. Dieses überdeckt zumindest drei Indukti¬ ons-Spulen 15 bzw. entsprechende Baueinheiten 13. Zusätzlich zu den drei dargestellten Baueinheiten können auch noch daneben angeordne- te Baueinheiten überdeckt werden, welche in die Zeichenebene hinein oder heraus angeordnet sind. Eine solche Anordnung mehrerer als ein¬ zelne Heizelemente dienender Baueinheiten ist beispielsweise aus der zuvor genannten DE 102 587 26.4 bekannt, auf welche diesbezüglich ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die positive Stromschiene 25 und die negative Stromschiene 26 sind vorteilhaft mit gleichgerichteter Netzspannung verbunden. Aus dieser wird der Umrichter 17 gespeist und betreibt die Induktions-Spulen 15. Funktion
Zum einen weisen die Baueinheiten 13 eine eigene Topferken nungs- Funktion auf. Dies kann auf an sich bekannte Art und Weise dadurch er- reicht werden, dass sie in bestimmten Zeitabständen kurzzeitig die In¬ duktions-Spulen 15 aktivieren. Befindet sich ein entsprechend geeigne¬ tes Kochgefäß, wie beispielsweise das Kochgefäß 34, über einer Induk¬ tionsspule 15, so kann dieses am Stromfluss erkannt werden und ent¬ sprechend als Topferkennung ausgewertet werden. Diese Auswertung erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhaft durch die Erfassung des Stroms im Umrichter 17 und Verarbeitung in der Umrich¬ ter-Steuerung 18.
Die Umrichter-Steuerung 18 gibt somit ein bereits ausgewertetes und direkt aussagekräftiges Signal, beispielsweise „geeigneter Topf aufge¬ stellt", über die Steuereinflüsse 28 an das Bus-System 30. Dieses wie¬ derum gibt das Signal an die Zentralsteuerung 32 weiter. Die Zentral¬ steuerung 32 sammelt diese Signale für alle Baueinheiten 13 und kann somit jederzeit erfassen, wie die Belegungssituation des Kochfeldes 11 bzw. der Baueinheiten 13 ist. Für zusammenhängende Flächen von be¬ legten Baueinheiten 13 erkennt die Zentralsteuerung 32 dieses als ein aufgestelltes, zusammenhängendes Kochgefäß und gibt entsprechende Aktivierungs-Signale an diese Baueinheiten. Diese Aktivierungs-Signale hängen von der von einer Bedienperson gewünschten Leistungseinstel- lung ab, also beispielsweise in Leistungsstufen von ein bis neun.
Die entsprechende Ansteuerung mit der gewünschten Leistungsstufe wird von der Zentralsteuerung 32 über das Bus-System 30 und die Steuereinflüsse 28 an die Umrichter-Steuerungen 18 derjenigen Bauein- heiten 13 gegeben, welche aufgrund der Topferkennung aktiviert werden sollen. Dabei kann in der Zentralsteuerung 32 hinterlegt sein, dass bei Detektierung eines ferromagnetischen Gegenstandes durch lediglich eine einzige Baueinheit 13 dieses bei entsprechend kleiner Ausbildung kein geeignetes Kochgefäß sein kann, sondern beispielsweise ein metallisches Besteck oder dergleichen. Diesen Zustand wertet die Zentralsteuerung 32 als nicht betriebsgemäß aus und aktiviert die be- troffene Baueinheit oder Induktions-Spule 15 nicht. Anstelle dessen kann beispielsweise ein Fehlersignal an eine Bedienperson ausgegeben werden, um den nicht betriebsgemäßen Zustand anzuzeigen und zu beseitigen. Die Umrichter-Steuerung 18 erkennt ihre Ansteuerung durch die Zent- ralsteuerung 32 entsprechend dem Aufbau des Bus-Systems. Sie setzt die gewünschte Information über dem Betrieb um und aktiviert den Um¬ richter 17 entsprechend zur Leistungsversorgung der Induktions-Spule 15. Grundsätzlich können die Induktions-Spulen 15 mittels der Umrichter 17 sowie der Umrichter-Steuerung 18 betrieben werden wie gebräuchli- che Induktionsspulen zur Beheizung eines Kochfeldes. Über das Bus- System 30 ist es möglich, jeweils eine gewünschte Baueinheit anzu¬ sprechen sowie die Stelle jeder Baueinheit an dem Glaskeramik- Kochfeld zu erkennen.
Der große Vorteil bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel liegt zum einen daran, dass die Baueinheiten 13 aus Induktions-Spule 15, Umrichter 17 sowie Umrichter-Steuerung 18 leicht gehandhabt und zu einer gesamten Heizeinrichtung bzw. einem Kochfeld zusammenge¬ baut werden können. Ist eine Baueinheit defekt, wird sie gegen eine neue ausgewechselt.
Durch eine lösbare Verbindung 19 zwischen Induktions-Spule 15 und Umrichter 17 ist es möglich, bei einer ausgetauschten oder defekten Baueinheit 13 den Fehler zu lokalisieren und den jeweils fehlerhaften Teil auszutauschen. So muss nicht jedes Mal eine komplette Baueinheit ersetzt werden. Über die beschriebenen Anschlussmöglichkeiten der Baueinheiten 13 an eine Energieversorgung über die Stromschienen 25 und 26 sowie an eine Steuerung über die Steueranschlüsse 28 mit dem Bus-System 30 ist die Montage bzw. der Anschluss vorteilhaft und einfach möglich. Es braucht nicht, wie beispielsweise im Stand der Technik, jeweils eine aufwendige Verkabelung vorgesehen werden. Insbesondere ist auch ein Austausch defekter Baueinheiten sehr leicht möglich ohne größere An¬ schlussarbeiten. Die beschriebene Möglichkeit, die Anschlussdrähte 20 und 21 in Federklemmen 23 zu haltern zur Befestigung einer gesamten Baueinheit 13 mit gleichzeitiger Stromversorgung, ermöglicht schnelle Montage sowie schnelles Austauschen.
Der Betrieb der Induktions-Spule 15 ist einerseits getaktet möglich. An¬ dererseits können sie mit gesenkten bzw. entsprechend geringeren Leis- tungen als der vollen Nennleistung betrieben werden. Außerdem sind auch Mischformen möglich. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, bei einer als eine Kochstelle zu beheizenden Fläche durch mehrere Induktions-Heizelemente diese abwechselnd einzuschalten, beispielsweise mit ablösender Regelung bzw. Leistungsversorgung. So kann eine geringere als deren volle Leistung zur Verfügung gestellt wer¬ den. Des weiteren kann durch wechselnde örtliche Beheizung eines Kochgefäßes eine gewisse Konvektion oder Bewegung in dem Kochgut hervorgerufen werden, was zur schnellen und gleichmäßigen Erwär¬ mung beiträgt.
Die Induktionsspulen können vorteilhaft in einer Art Gehäuse verlaufen. Derartige Gehäuse können rund, insbesondere kreisrund sein, zumin¬ dest für einen Spulenraum. Es können Ferrite zur Bündelung und Ab¬ schirmung der magnetischen Feldlinien vorgesehen sein. Deren Quer- schnitt kann beispielsweise wie bei bekannten Induktionsspulen ausge¬ bildet oder liegende E-Form aufweisen. Des weiteren ist es auch hier möglich, sogenannten Ankochstufen mit kurzzeitig überhöhter Leistung vorzusehen. Dabei entwickeln die Induk¬ tions-Heizelemente eine kurzzeitige Leistung, welche signifikant über ihre Nennleistung liegt.
Neben dargestellten Anschlussmöglichkeiten der Baueinheiten an sepa¬ rat verlaufende Stromschienen oder ein Bus-System ist es auch mög¬ lich, die Baueinheiten mit Steckverbindungen jeweils direkt miteinander zu verbinden, vorteilhaft in seitlicher Richtung. So können die genannten Stromschienen oder Bus-Systeme durch die Vielzahl zusammen ver¬ bundener Baueinheiten gebildet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Heizeinrichtung für eine flächige Beheizung, insbesondere für ein Kochfeld (11), mit: einem flächig ausgedehnten Träger, flächig auf dem Träger verteilten Induktions-Heizelementen, elektrischen Verbindungen (20, 21 , 28) an die Induktions- Heizelemente, dadurch gekennzeichnet, dass ein Induktions-Heizelement mit ei¬ ner ihm direkt zugeordneter, insbesondere daran befestig barer, Umrichter-Einrichtung (17) eine Baueinheit (13) bildet, wobei die Baueinheit selbständig handhabbar ist.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Induktions-Heizelement eine einzige Induktionsspule (15) und einen Umrichter (17) aufweist.
3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere Induktions-Heizelemente (15), die jeweils einzeln an¬ steuerbar sind, wobei vorzugsweise eine Unterteilung, insbeson¬ dere für ein Kochfeld (11 ), in viele, kleine und jeweils einzelne In¬ duktions-Heizelemente (15) vorgesehen ist.
4. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass ein Induktions-Heizelement mittels einer elektrischen Verbindung, vorzugsweise über zwei An¬ schlussdrähte (20, 21) für die Stromversorgung, an den Träger mechanisch verbindbar ist zur Befestigung, wobei insbesondere die Befestigung an dem Träger die elektrische Kontaktierung an die elektrische Verbindung ist.
5. Heizeinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Be¬ festigung mittels des elektrischen Verbindungsdrahtes (20, 21 ) in einer Federklemme (23), vorzugsweise einer selbstschließenden Federklemme, die vorzugsweise an dem Träger befestigt ist, wo¬ bei insbesondere die Klemmrichtung von dem Träger wegweist und/oder die Federklemme auf der anderen Seite des Trägers an¬ geordnet und/oder lösbar ist.
6. Heizeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich¬ net, dass auf der von dem Träger abgewandten Seite eine Halte- rung angeordnet ist, wobei die Halterung die Federklemmen (23) trägt.
7. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung (20, 21 ) zur Stromversorgung der Induktions-Heizelemente (13) für mehre¬ re, insbesondere alle, Induktions-Heizelemente an einen An- schluss geht, vorzugsweise Stromschienen (25, 26) oder derglei¬ chen.
8. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass ein Induktions-Heizelement (13) Steueranschlüsse (28) aufweist zur Steuerung des Umrichters (17), wobei vorzugsweise eine Kontaktierung entsprechend den Anschlüssen (20, 21 , 23) für die Stromversorgung ausgebildet ist.
9. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Steueranschlüsse (28) mehrerer, vorzugsweise aller, Induktions-Heizelemente (13) über ein Bus- System (30) geführt sind, vorzugsweise über einen Zweidraht- Bus, wobei insbesondere das Bus-System separat ist von einer Stromversorgung (25, 26) der Induktions-Heizelemente.
10. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Induktions-Heizelemente (13) ei¬ ne äußere Form aufweisen, welche sich mit weiteren dieser Induk¬ tions-Heizelemente (13) zu einer im wesentlichen geschlossenen Fläche fügen lässt, wobei vorzugsweise die Form ein Quadrat o- der ein Sechseck ist.
11. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass eine Umrichter-Einrichtung (17) oder ein Induktions-Heizelement (15) eine eigene intelligente Steue¬ rung (18) aufweist zur zumindest teilweisen Auswertung von An¬ steuersignalen oder einer Kochgefäß-Erkennung, wobei vorzugs¬ weise eine Kochgefäß-Erkennung erfolgt über Auswertung des Stromflusses bei Heizbetrieb und die Steuerung (18) derart aus¬ gebildet ist, dass sie die Auswertung vornimmt und ein eindeuti¬ ges Signal abgibt, ob ein geeignetes Kochgefäß (34) aufgestellt ist oder nicht.
12. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass jedes Induktions-Heizelement (13) eine eigene Überwachung der Leistung bzw. des Stromflusses durch die Induktionsspule (15) aufweist, wobei vorzugsweise die¬ se Überwachung mit der Umrichter-Einrichtung (17) verbunden ist.
13. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass sie eine Zentralsteuerung (32) auf¬ weist, welche mit sämtlichen Induktions-Heizelementen (13) ver¬ bunden ist zu deren Ansteuerung und/oder Auswertung.
14. Heizeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralsteuerung (32) derart ausgebildet ist, dass aus einer Rückmeldung der Kochgefäß-Erkennung der einzelnen Indukti¬ ons-Heizelemente (13) der Belegungszustand der Heizeinrichtung (11) mit keinem, einem oder mehreren verteilt angeordneten ge¬ eigneten Kochgefäßen (34) erkennbar ist und ein von einer Be¬ dienperson vorgegebener Betriebszustand an die jeweilige von ei¬ nem geeigneten Kochgefäß überdeckten Induktions-Heizelemente (13) gegeben wird.
15. Heizeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralsteuerung (32) derart ausgebildet ist, dass sie die In¬ duktions-Heizelemente (13) einzeln ansteuert zu deren Betrieb.
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