WO2008148529A1 - Verfahren zur kochfeldsteuerung und kochfeld zur durchführung des verfahrens - Google Patents

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WO2008148529A1
WO2008148529A1 PCT/EP2008/004434 EP2008004434W WO2008148529A1 WO 2008148529 A1 WO2008148529 A1 WO 2008148529A1 EP 2008004434 W EP2008004434 W EP 2008004434W WO 2008148529 A1 WO2008148529 A1 WO 2008148529A1
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hob
cookware
heat sensor
plate
hob plate
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PCT/EP2008/004434
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Holger Ernst
Uwe Femmer
Sonja Heitmann
Thomas KRÜMPELMANN
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Miele & Cie. Kg
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Priority to US12/663,080 priority patent/US8581159B2/en
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    • 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
    • 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
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/10—Tops, e.g. hot plates; Rings
    • F24C15/102—Tops, e.g. hot plates; Rings electrically heated
    • F24C15/105—Constructive details concerning the regulation of the temperature
    • 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
    • F24C7/082—Arrangement or mounting of control or safety devices on ranges, e.g. control panels, illumination
    • F24C7/083—Arrangement or mounting of control or safety devices on ranges, e.g. control panels, illumination on tops, hot plates
    • 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
    • H05B2213/05—Heating plates with pan detection means

Definitions

  • the invention relates to a method for hob control, with a hob plate, in particular made of glass ceramic, with at least one cooking zone, which by means of an arranged in the installed position of the hob below the hob plate induction
  • Heating device is heated, with an electrical control unit with processing unit and memory and with the cooking plate below in the region of a limited measuring spot arranged heat sensor units, with the first heat sensor unit essentially in the cooking zone alone of the hob plate and with the second and third heat sensor unit is detected substantially in the cooking zone of the hob plate and a turned-off cookware downgoing outgoing heat flow, as well as with a light source for performing a reflectance measurement via at least one thermal sensor to determine the emissivity ⁇ K ⁇ chgeschir r of the cooking pot one on the hob plate off the cookware and a hob to carry out the process.
  • Such a method is known for example from DE 10 2004 002 058 B3.
  • the known method controls a cooking process in a hob, with a hob plate, in particular glass ceramic, which has perpendicular to their Hauptausdehnungslegien limited by a flat top and bottom material thickness s, with at least one cooking zone, by means of a in the installation position of the hob below the cooktop panel arranged heating device is heated, with an electrical control for controlling the heating power of the heater and arranged below the cooktop plate heat sensor units.
  • the known method proposes that with the first heat sensor unit essentially one in the region of the cooking zone alone of the hob plate and with the second and third heat sensor unit substantially a plate in the region of the cooking zone of the hob and a cookware placed on the bottom outgoing heat flow is detected.
  • the heat sensor units are arranged on the underside of the hob plate in the region of a limited measuring spot, which is limited to the environment, for example by a measuring shaft or waveguide.
  • the cookware bottom temperature T K ochgeschirr is determined and evaluated in the electrical control device with processing unit and memory for controlling or regulating the heating power of the heater.
  • the known method it is not absolutely necessary for this purpose to know the emissivity of the cooking utensil ⁇ Och gesc h i rr .
  • consideration of the emissivity of the cookware tray would result in a more accurate measurement of the cookware tray temperature Tis ch g eschi rr .
  • DE 10 2004 002 058 B3 it is therefore proposed to carry out a reflection measurement in order to determine ⁇ K ⁇ ch g esch i rr .
  • the invention thus presents the problem of providing a method for hob control in which the cookware temperature, taking into account the influence of the emissivity of the cookware and the transmittance of the hob plate is determined as accurately as possible and evaluated for the hob control in terms of controlling the power of the induction heating.
  • the invention also raises the problem of providing a hob for carrying out the method according to the invention.
  • the achievable with the present invention consist in particular in the improved accuracy of the control of a cooking process in a hob. This is achieved by an improved accuracy of determining the actually available to the cooking utensil bottom, and thus the cooking utensil temperature T cooking g esch i rr considering the influence of the emissivity of the cooking utensil, as well as the changed by contamination of the cooktop panel transmission coefficient.
  • the emissivity of the cookware for carrying out the method according to the invention is preferably detected metrologically via the second heat sensor unit by means of a reflection measurement of the light beam emanating from a light source and directed against the cookware bottom.
  • It is also possible to determine the emissivity of the cookware or cookware tray ⁇ och dish set and thereby to a usual mean, for example ⁇ O chgeschirr 0.5, set and store as a memory value in the controller.
  • the transmission coefficient of the hob plate is known as a value and stored in the controller as a memory value.
  • the influence of a possibly brought about by contamination of the hob plate variation of the transmission coefficient is ge by the above described reflection measurement and determination of the emissivity of the cooking utensil and the cooking pot bottom cooking sch e i rr also considered.
  • the cookware bottom temperature T K ⁇ ch esch i rr is determined from the ratio of the two output signals of the second and third heat sensor units and a correction value from the output signal of the first heat sensor unit.
  • the heat sensor units can be selected according to type, arrangement and measuring range within wide suitable limits. Therefore, it is possible that with the first heat sensor unit, for example, only the part of the heat flow emanating from the cooktop plate by means of heat conduction, for example by means of a touch temperature sensor, is detected.
  • the heat sensor units in particular the second and third heat sensor unit, are designed as a pyrometer. It when the second and third heat sensor unit are combined as a unit to a single ratio pyrometer is particularly advantageous.
  • a high measuring accuracy is achieved in the method according to the invention in that the hob plate is heated in the region of the measuring spot by means of the additional heater and by the temperature measured via the first heat sensor unit T S ⁇ ⁇ is adjustable. In this way, it is ensured that the temperature of the hob plate in the region of the measuring spot is maintained approximately at T S ⁇ ⁇ .
  • the value for Ts O ⁇ corresponds to an assumed value for the temperature of the cookware or the cooking zone, which should be achieved after the heating phase.
  • the measuring spot is preferably provided in the center of the cooking zone. A decentralized arrangement of the measuring corner, eg in the edge area of the cooking zone, is also possible.
  • the auxiliary heater for direct heating of the hob plate is arranged in the region of the measuring spot in heat-conducting contact with the underside of the hob.
  • the heat transfer from the auxiliary heater to the hob plate is improved, so that the heating phase is not extended by heating the Kochfeidpiatte in the range of Meßfiecks on T S ⁇ ⁇ in an undesirable manner.
  • a waveguide in particular a waveguide, delimits the beam path between the hob plate and the heat sensor units designed as a pyrometer to the environment. In this way, on the one hand, it is ensured that the heat radiation radiated from the hob plate and the cookware passes largely loss-free to the heat sensor units. On the other hand, interference radiation from the environment is largely shielded, so that the measurement results are not affected in an undesirable manner.
  • Another advantageous alternative to the aforementioned embodiment further provides that a reflective half shell, in particular Ulbrichtkugel, the beam path between the hob plate and designed as a pyrometer heat sensor units limited to the environment, wherein the reflective half-shell has openings for the aforementioned heat sensor units.
  • the multiple reflection of the heat radiation radiated from the cooking plate and the cookware bottom in the direction of the aforementioned heat sensor units is further increased, so that the input signals of the heat sensor units are amplified, resulting in an improved signal quality.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a cooking hob according to the invention in a side view
  • FIG. 2 shows a diagram which shows the degree of transmission T " F - PI of a hob plate of the hob of FIG. 1 as a function of the wavelength ⁇ of the electromagnetic radiation,
  • FIG. 3 is a graph showing the correlation between the calculated and the actual cookware bottom temperature T « G ,
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a cooking hob according to the invention in a similar representation as in Fig. 1st
  • Fig. 1 shows an embodiment of a hob according to the invention.
  • the hob has a designed as a glass ceramic hob plate 1, with a perpendicular to the Hauptausdehnungslegien by a flat top and bottom 1.1 and 1.2 limited material thickness s, with at least one cooking zone 2, the plate in the installation position of the hob below the hob 1 arranged induction heating device 3 is heated.
  • it is a hob with a total of four cooking zones 2, of which only a single cooking zone 2 is shown and explained in the drawing.
  • the following explanations apply equally to the other, not shown cooking zones 2 of the hob.
  • a Sensor assembly 4 arranged, which comprises a first, second and third heat sensor unit 4.1, 4.2, 4.3, wherein the three heat sensor units 4.1 to 4.3 are each formed here as a pyrometer.
  • the second and the third heat sensor unit 4.2, 4.3 together form a known per se quotient pyrometer.
  • the sensor assembly 4 is preferably arranged in the center s of the cooking zone 2 below the hob plate 1. This area is referred to as a measuring spot 5.
  • a decentralized arrangement of the sensor module 4 or the measuring corner, for example in the edge region of the cooking zone, is likewise possible.
  • the first heat sensor unit 4.1 is formed to measure the heat flow in the region of the cooking zone 2 substantially solely from the cooktop plate 1 down-out o, while the second and third heat sensor unit 4.2, 4.3 each for measuring in the cooking zone 2 substantially are formed of the hob plate 1 and from a placed thereon cookware 6 downgoing outgoing heat flow, which will be explained in more detail below.
  • the measuring range of the first heat sensor unit 4.1 is limited to the measurement of heat radiation in a first wavelength range x, here about 5 to about 6 ⁇ m.
  • the measuring range of the second and the third heat sensor unit 4.2, 4.3 is the measurement of heat radiation in a second and a third wavelength range y and z, here about 3 microns to about 3.6 microns and about 3.7 microns to about 4.2 microns , limited.
  • a second and a third wavelength range y and z here about 3 microns to about 3.6 microns and about 3.7 microns to about 4.2 microns , limited.
  • the second and the third wavelength range y and z differ from each other and at the same time are close to each other.
  • the two wavelength ranges y and z should be chosen so large that the input signals of the heat sensor units 4.2 and 4.3 are sufficiently large for further processing. Therefore, both wavelength ranges y and z not only cover wavelengths for which the transmittance of the hob plate 1 is as large as possible, which is clearly evident from the following Fig. 2 explained in more detail.
  • the heat sensor units 4.1 to 4.3 of the sensor assembly 4 and the induction heater 3 are connected to an electrical controller 7, a processing unit 7.1 and has a memory 7.2, in signal transmission connection.
  • the signal transmission connection is symbolized in FIG. 1 by a dashed double arrow 8.
  • the thermal radiation of the cooking utensil base 6.1 also depends on its emissivity ⁇ och g e s s s ch s rr , it is therefore also necessary to specify the emissivity of the cooking utensil 6.1 e ß g esch i rr and store it in the memory 7.2 or during the cooking process be measured and made available for processing in the processing unit 7.1. In principle, it is possible to do this another
  • Heat sensor unit to use Alternatively, in the present embodiment, the second heat sensor unit 4.2 is used for this purpose.
  • the hob according to the invention also has a light source 9 for this purpose.
  • the determination of the emissivity ⁇ O chgesc h i rr of the shut off on the cooking zone 2 cookware 6 or cookware 6.1 is preferably carried out by means of a reflection measurement.
  • the first embodiment of the hob according to the invention has a from the inside with a heat radiation reflecting coating , For example, a gold layer, mirrored and designed as a waveguide waveguide 10.
  • the waveguide 10 delimits the beam path between the hob plate 1 and the pyrometer-designed heat sensor units 4.1 to 4.3 to the environment.
  • the radiated from the hob plate 1 and the cookware 6 heat radiation is symbolized in Fig. 1 by arrows. It is only a symbolic representation, because the actual beam path is much more complex due to the multiple reflection occurring.
  • an additional heater 11 for example a resistance heater, is arranged in the area of the measuring spot 5.
  • the additional heater 11 is arranged for the purpose of heat-conducting contact with the hob plate 1 directly to the bottom 1.2. In this way, the direct heating of the hob plate 1 in the region of the measuring spot 5 is made particularly effective by the additional heater 11.
  • This is also connected signaiübertragend with the electrical control 7.
  • the additional heater 11 can surround the area of the measuring spot 5 as a ring-shaped component (see FIG. 1). It is also possible to arrange the additional heating within the measuring spot 5 (not shown).
  • FIG. 2 shows a diagram which indicates the transmittance ⁇ K ⁇ c hf eid P iatte.
  • T KF -P I Abbreviated T KF -P I , a cooking surface according to the invention as a function of the wavelength ⁇ of the electromagnetic radiation using the example of the formed as a glass ceramic hob plate 1 of the present embodiment shows.
  • a ratio value is formed in a manner known per se from the output signals of the two heat sensor units 4.2, 4.3 continuously or at predetermined time intervals.
  • the ratio value determined from the output signals of the heat sensor units 4.2 and 4.3 is further processed in the processing unit 7.1 as follows:
  • the thermal radiation M received by the heat sensor units 4.2 and 4.3 ie the quotient pyrometer, is composed of three radiation components, namely component a, the heat radiation of the hob plate 1, component b, the heat radiation from the cookware tray 6.1 and component c, the heat radiation from the hob plate 1, which is reflected on the cookware tray 6.1 and is transmitted through the hob plate 1 in the direction of the heat sensor units 4.2, 4.3.
  • the ratio value is as follows: (1 )
  • the emissivity ⁇ K ⁇ chididpiatte and the transmittance ⁇ K ⁇ chfeidpiatte the hob plate 1 are 20 known and are stored in the memory 7.2 for the further processing of the comparison value V.
  • the temperature of the cooktop panel 1 T K ⁇ c hf ei d pia tte is measured during the cooking process continuously or at predetermined intervals by means of the heat sensor unit 4.1 and is thus also for the further processing of the comparison value V ago.
  • the same applies to the emissivity of the cookware tray 6.1 ⁇ ochgesch ⁇ rr. which is determined in the manner explained above.
  • the temperature of the cookware tray 6.1 T ⁇ o ch g es c h ⁇ rr remains as the only unknown and thus can be calculated.
  • a reflective half-shell 12 designed as an integrating sphere is used becomes.
  • the reflective half-shell 12 has openings 12.1, so that the beam path between the hob plate 1 and the cooking utensil bottom 6.1 and the heat sensor units 4.1 to 4.3 and the light source 9 is not blocked in an undesired manner.
  • the integrating sphere 12 used has an inner surface 12.2 with a high degree of reflection.
  • other forms of a reflective half-shell known to the person skilled in the art, for example a paraboloid cut-out, are also conceivable.
  • the cookware 6 is heated to the desired temperature by means of the induction heating device 3.
  • the hob plate 1 is heated in the region of the measuring spot 5 of the cooking zone 2 by the additional heater 11 to T S ⁇ ⁇ .
  • the value for T S ⁇ ⁇ corresponds to an assumed value for the temperature of the cookware, which is to be achieved after the heating phase.
  • a temperature which is approximately in the range of T S ⁇ ⁇ is reached by the heating means of induction heating 3, a temperature which is approximately in the range of T S ⁇ ⁇ .
  • the known per se Quotientenpyrometer temperature measurement in the hob according to the invention with a high accuracy to use, as well as the determined by reflection measurement emissivity for the cookware in the calculation 2 5 is taken into account for the temperature of the cookware 6.1.
  • T S ⁇ ⁇ is kept substantially constant by means of temperature controls both for the cookware 6 as well as for the hob plate 1
  • the temperature of the cookware 6.1 T K ⁇ ch g esch ⁇ rr from the above ratio Mediated.
  • I 0 stored reference values for different temperatures T S ⁇ ⁇ for the cookware 6 compared. If the current ratio value V is less than the reference value stored for T S ⁇ , ie the cookware temperature is too low, the cookware 6 is further heated by means of the induction heating device 3 until T KG TS OII . Such a case could occur, for example, when the user fills additional, cold i 5 water in the cookware 6 during a cooking process. If the current ratio value V is greater than the reference value, ie the cookware temperature is too high, the heating power of the induction heater 3 is reduced accordingly. The hob plate 1 is meanwhile held in the region of the measuring spot 5 to T S ⁇ ⁇ . Instead of setting values for the temperature of the hob plate 1 / of the cookware 6 T S ⁇ ⁇ and to deposit reference values in a table
  • hob according to the invention and the method according to the invention for hob control can be applied and designed in a variety of ways.
  • many hob functions are conceivable in which the cookware temperature and / or their control / regulation is required or advantageous.
  • overcooking protection for example, overcooking protection
  • a so-called hold function can be realized, in which the current cookware temperature for the further cooking or frying process is automatically maintained at the push of a button or the like of the user.
  • a so-called keep-warm function in which, based on the input of the user, the average heating power of the relevant cooking zone is automatically reduced to a predetermined value.
  • the cooking utensil temperature is controlled to a predetermined lower value, for example, 3O 0 C,. This has the advantage over the solutions already available on the market that not the temperature at the bottom of the hob plate, but the temperature of the cookware tray is used for controlling the heating power.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kochfeldsteuerung, mit einer Kochfeldplatte, insbesondere aus Glaskeramik, mit wenigstens einer Kochzone, die mittels einer in der Einbaulage des Kochfelds unterhalb der Kochfeldplatte angeordneten Induktions-Heizeinrichtung beheizbar ist. Um ein Verfahren zur Kochfeldsteuerung anzugeben, bei dem die Kochgeschirrtemperatur unter Berücksichtigung des Einflusses des Emissionsgrades des Kochgeschirrs und des Transmissionsgrades der Kochfeldplatte ermittelbar und für die Kochfeldsteuerung hinsichtlich der Steuerung der Leistung der Induktionsbeheizung auszuwerten ist, wird die Kochfeldplatte im Bereich eines Messfleckes (5) durch eine Zusatzheizung (11) auf TSoll aufgeheizt wird, wobei TSoll wenigstens annähernd dem Solltemperaturwert für das Kochgeschirr TKochgeschirr entspricht.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Kochfeldsteuerung und Kochfeld zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kochfeldsteuerung, mit einer Kochfeldplatte, insbesondere aus Glaskeramik, mit wenigstens einer Kochzone, die mittels einer in der Einbaulage des Kochfelds unterhalb der Kochfeldplatte angeordneten Induktions-
Heizeinrichtung beheizbar ist, mit einer elektrischen Steuerung mit Verarbeitungseinheit und Speicher und mit unterhalb der Kochfeld platte im Bereich eines zur Umgebung hin begrenzten Messfleckes angeordneten Wärmesensoreinheiten, wobei mit der ersten Wärmesensoreinheit im Wesentlichen ein im Bereich der Kochzone allein von der Kochfeldplatte und mit der zweiten und dritten Wärmesensoreinheit im Wesentlichen ein im Bereich der Kochzone von der Kochfeldplatte und einem darauf abgestellten Kochgeschirr nach unten ausgehender Wärmestrom detektiert wird, sowie mit einer Lichtquelle zur Durchführung einer Reflexionsmessung über wenigstens einen Wärmesensor zur Bestimmung des Emissionsgrades εKθchgeschirr des Kochgeschirrbodens eines auf der Kochfeld platte abgestellten Kochgeschirrs sowie ein Kochfeld zur Durchführung des Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 2004 002 058 B3 bekannt. Das bekannte Verfahren steuert einen Kochprozess bei einem Kochfeld, mit einer Kochfeldplatte, insbesondere aus Glaskeramik, die senkrecht zu deren Hauptausdehnungsrichtungen eine durch eine flächige Ober- und Unterseite begrenzte Materialstärke s aufweist, mit wenigstens einer Kochzone, die mittels einer in der Einbaulage des Kochfelds unterhalb der Kochfeldplatte angeordneten Heizeinrichtung beheizbar ist, mit einer elektrischen Steuerung zur Steuerung der Heizleistung der Heizeinrichtung und mit unterhalb der Kochfeldplatte angeordneten Wärmesensoreinheiten.
Um die Heizleistung der Heizeinrichtung unter Berücksichtigung des Einflusses eines auf die Kochzone abgestellten Kochgeschirrs regeln zu können, schlägt das bekannte Verfahren vor, dass mit der ersten Wärmesensoreinheit im Wesentlichen ein im Bereich der Kochzone allein von der Kochfeldplatte und mit der zweiten und dritten Wärmesensoreinheit im Wesentlichen ein im Bereich der Kochzone von der Kochfeld platte und einem darauf abgestellten Kochgeschirr nach unten ausgehender Wärmestrom detektiert wird. Die Wärmesensoreinheiten sind auf der Unterseite der Kochfeld platte im Bereich eines begrenzten Messfleckes angeordnet, der zur Umgebung beispielsweise durch einen Messschacht bzw. Hohlleiter begrenzt ist. In Abhängigkeit der Ausgangssignale der Wärmesensoreinheiten wird die Kochgeschirrbodentemperatur TKochgeschirr ermittelt und in der elektrischen Steuerungseinrichtung mit Verarbeitungseinheit und Speicher zur Steuerung bzw. Regelung der Heizleistung der Heizeinrichtung ausgewertet. Gemäß dem bekannten Verfahren ist es nicht unbedingt erforderlich, hierfür den Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens εκOchgeschirr zu kennen. Die Berücksichtigung des Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens würde jedoch zu einem genaueren Messergebnis der Kochgeschirrbodentemperatur Tischgeschirr führen. In der DE 10 2004 002 058 B3 wird zur Bestimmung von εKθchgeschirr deshalb vorgeschlagen, eine Reflexionsmessung durchzuführen. Dieses Verfahren führt zu genaueren Messergebnissen zur Bestimmung der Kochgeschirrbodentemperatur, wenn der Transmissionskoeffizient der Kochfeld platte bekannt ist und konstant bleibt. Im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Kochfeld platte ist jedoch der Transmissionskoeffizient der Kochfeldplatte durch Verschmutzung veränderbar. Bei einer verschmutzten Kochfeldplatte ist die Transmission verringert, was zu einer fehlerhaften Bestimmung von eKochgeschirr führt. Damit wird auch das Messergebnis der Kochgeschirrbodentemperatur verfälscht.
Der Erfindung stellt sich somit das Problem ein Verfahren zur Kochfeldsteuerung anzugeben, bei dem die Kochgeschirrtemperatur unter Berücksichtigung des Einflusses des Emissionsgrades des Kochgeschirrs und des Transmissionsgrades der Kochfeldplatte möglichst exakt ermittelbar und für die Kochfeldsteuerung hinsichtlich der Steuerung der Leistung der Induktionsbeheizung auszuwerten ist.
Der Erfindung stellt sich darüber hinaus das Problem ein Kochfeld zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patent- anspruchs 1 sowie ein Kochfeld mit den Merkmalen des Anspruch 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere in der verbesserten Genauigkeit der Steuerung eines Kochprozesses bei einem Kochfeld. Dies wird durch eine verbesserte Genauigkeit der Bestimmung der an dem Kochgeschirrboden und damit dem Kochgeschirr tatsächlich vorhandenen Temperatur TKoChgeschirr unter Berücksichtigung des Einflusses des Emissionsgrades des Kochgeschirrs sowie des durch Verunreinigungen der Kochfeldplatte veränderten Transmissionskoeffizienten erreicht.
Der Emissionsgrad des Kochgeschirrs wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise messtechnisch über die zweite Wärmesensoreinheit mittels einer Reflexionsmessung des von einer Lichtquelle ausgehenden und gegen den Kochgeschirrboden gerichteten Lichtstrahls erfasst. Grundsätzlich ist es auch möglich, hierzu eine weitere Wärmesensoreinheit zu verwenden. Es ist ebenfallsmöglich, den Emissionsgrad des Kochgeschirrs bzw. des Kochgeschirrbodens εκochgeschirr vorzugeben und dabei auf einen üblichen Mittelwert, beispielsweise εκOchgeschirr= 0,5, festzulegen und als Speicherwert in der Steuerung zu hinterlegen.
Der Transmissionskoeffizient der Kochfeldplatte ist als Wert bekannt und in der Steuerung als Speicherwert hinterlegt. Der Einfluss einer evtl. durch Verschmutzung der Kochfeldplatte herbeigeführten Veränderung des Transmissionskoeffizienten wird durch die oben beschriebene Reflexionsmessung und Bestimmung des Emissionsgrades des Kochgeschirrs bzw. des Kochgeschirrbodens eKochgeschirr ebenfalls berücksichtigt.
Die Kochgeschirrbodentemperatur TKθchgeschirr wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während der Garphase aus dem Verhältniswert der beiden Ausgangssignale der zweiten und der dritten Wärmesensoreinheit sowie einem Korrekturwert aus dem Ausgangssignal der ersten Wärmesensoreinheit ermittelt.
Grundsätzlich sind die Wärmesensoreinheiten nach Art, Anordnung und Messbereich in weiten geeigneten Grenzen wählbar. Deshalb ist es möglich, dass mit der ersten Wärmesensoreinheit beispielsweise nur der mittels Wärmeleitung von der Kochfeldplatte nach unten ausgehende Teil des Wärmestroms, beispielsweise mittels eines Berührungs-Temperaturfühlers, erfasst wird. Vorteilhafterweise ist es vorgesehen, dass die Wärmesensoreinheiten, insbesondere die zweite und dritte Wärmesensoreinheit, als ein Pyrometer ausgebildet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite und dritte Wärmesensoreinheit als Baueinheit zu einem einzigen Verhältnispyrometer zusammengefasst sind.
Eine hohe Messgenauigkeit wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, dass die Kochfeldplatte im Bereich des Messflecks mittels der Zusatzheizung aufgeheizt wird und durch die über die erste Wärmesensoreinheit gemessene Temperatur auf TSθιι regelbar ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Temperatur der Kochfeldplatte im Bereich des Messflecks etwa auf TSθιι gehalten wird. Der Wert für TsOιι entspricht einem angenommenen Wert für die Temperatur des Kochgeschirrs bzw. der Kochzone, der nach der Aufheizphase erreicht werden soll. Der Messfleck ist vorzugsweise im Zentrum der Kochzone vorgesehen. Eine dezentrale Anordnung des Messfecks, z.B. im Randbereich der Kochzone, ist ebenfalls möglich.
Die Zusatzheizung zur direkten Beheizung der Kochfeld platte ist im Bereich des Messflecks in wärmeleitendem Kontakt mit deren Unterseite an dem Kochfeld angeordnet ist. Hierdurch ist der Wärmeübergang von der Zusatzheizung zu der Kochfeld platte verbessert, so dass die Aufheizphase durch die Aufheizung der Kochfeidpiatte im Bereich des Messfiecks auf TSθιι nicht in ungewünschter Weise verlängert wird. Im Bereich des Messflecks begrenzt ein Wellenleiter, insbesondere Hohlleiter, den Strahlenweg zwischen der Kochfeldplatte und den als Pyrometer ausgebildeten Wärmesensoreinheiten zur Umgebung hin. Auf diese Weise ist zum einen sichergestellt, dass die von der Kochfeldplatte und dem Kochgeschirr abgestrahlte Wärmestrahlung weitgehend verlustfrei zu den Wärmesensoreinheiten gelangt. Zum anderen wird Störstrahlung aus der Umgebung weitgehend abgeschirmt, so dass die Messergebnisse dadurch nicht in ungewünschter Weise beeinflusst werden.
Eine andere vorteilhafte und zu der vorgenannten Ausführungsform alternative Weiterbildung sieht vor, dass eine reflektierende Halbschale, insbesondere Ulbrichtkugel, den Strahlenweg zwischen der Kochfeld platte und den als Pyrometer ausgebildeten Wärmesensoreinheiten zur Umgebung hin begrenzt, wobei die reflektierende Halbschale Durchbrüche für die vorgenannten Wärmesensoreinheiten aufweist. Im Vergleich zu der vorgenannten Ausführungsform ist die Mehrfachreflexion der von der Kochfeldplatte und dem Kochgeschirrboden in Richtung der vorgenannten Wärmesensoreinheiten ausgestrahlten Wärmestrahlung weiter erhöht, so dass die Eingangssignale der Wärmesensoreinheiten verstärkt werden, was zu einer verbesserten Signalqualität führt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kochfelds in einer Seitenansicht,
Figur 2 ein Diagramm, das den Transmissiongrad T«F-PI einer Kochfeld platte des Kochfelds aus Fig. 1 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ der elektromagnetischen Strahlung zeigt,
Figur 3 ein Diagramm, das die Korrelation zwischen der berechneten und der tatsäch- liehen Kochgeschirrbodentemperatur T«G zeigt,
Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kochfelds in ähnlicher Darstellung wie in Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kochfelds. Das Kochfeld weist eine als Glaskeramikplatte ausgebildete Kochfeldplatte 1 auf, mit einer senkrecht zu deren Hauptausdehnungsrichtungen durch eine flächige Ober- und Unterseite 1.1 und 1.2 begrenzte Materialstärke s, mit wenigstens einer Kochzone 2, die mittels einer in der Einbaulage des Kochfelds unterhalb der Kochfeld platte 1 angeordneten Induktions-Heizeinrichtung 3 beheizbar ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Kochfeld mit insgesamt vier Kochzonen 2, von denen in der Zeichnung lediglich eine einzige Kochzone 2 dargestellt und erläutert ist. Die nachfolgenden Ausführungen gelten jedoch gleichermaßen für die übrigen, nicht dargestellten Kochzonen 2 des Kochfelds. Unterhalb der Kochfeldplatte 1 ist eine Sensorbaueinheit 4 angeordnet, die eine erste, zweite und dritte Wärmesensoreinheit 4.1 , 4.2, 4.3 umfasst, wobei die drei Wärmesensoreinheiten 4.1 bis 4.3 hier jeweils als Pyrometer ausgebildet sind. Die zweite und die dritte Wärmesensoreinheit 4.2, 4.3 bilden zusammen ein an sich bekanntes Quotientenpyrometer. Die Sensorbaueinheit 4 ist vorzugsweise im Zentrum s der Kochzone 2 unterhalb der Kochfeldplatte 1 angeordnet. Dieser Bereich wird als Messfleck 5 bezeichnet. Eine dezentrale Anordnung der Sensorbaueinheit 4 bzw. des Messfecks, z.B. im Randbereich der Kochzone, ist ebenfalls möglich.
Die erste Wärmesensoreinheit 4.1 ist zur Messung des im Bereich der Kochzone 2 im Wesentlichen allein von der Kochfeldplatte 1 nach unten ausgehenden Wärmestroms aus-o gebildet, während die zweite und dritte Wärmesensoreinheit 4.2, 4.3 jeweils zur Messung des im Bereich der Kochzone 2 im Wesentlichen von der Kochfeldplatte 1 und von einem darauf abgestellten Kochgeschirr 6 nach unten ausgehenden Wärmestroms ausgebildet sind, was nachfolgend näher erläutert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Messbereich der ersten Wärmesensoreinheit 4.1 auf die Messung von Wärmestrahlung in einem ersten Wellen-5 längenbereich x, hier etwa 5 bis etwa 6 μm, begrenzt. Der Messbereich der zweiten und der dritten Wärmesensoreinheit 4.2, 4.3 ist auf die Messung von Wärmestrahlung in einem zweiten und einem dritten Wellenlängenbereich y und z, hier etwa 3 μm bis etwa 3,6 μm und etwa 3,7 μm bis etwa 4,2 μm, begrenzt. Für die Funktion des Quotientenpyrometers mit den Wärmesensoreinheiten 4.2 und 4.3 ist es wichtig, dass sich der zweite und der dritte Wellenlängen-0 bereich y und z voneinander unterscheiden und gleichzeitig nah beieinander liegen. Ferner sollten die beiden Wellenlängenbereiche y und z derart groß gewählt werden, dass die Eingangssignale der Wärmesensoreinheiten 4.2 und 4.3 für die weitere Verarbeitung genügend groß sind. Deshalb decken beide Wellenlängenbereiche y und z nicht nur Wellenlängen ab, für die der Transmissionsgrad der Kochfeld platte 1 möglichst groß ist, was aus der nachfolgend5 noch näher erläuterten Fig. 2 deutlich erkennbar ist.
Wird abweichend von dem vorgenannten Ausführungsbeispiel eine bezüglich des Transmissionsgrads inhomogene Kochfeld platte 1 verwendet, ist es ausreichend, dass die Kochfeldplatte 1 im Bereich der Kochzone 2 wenigstens in dem Erfassungsbereich der ersten Wärmesensoreinheit 4.1 einen möglichst geringen und in dem Erfassungsbereich der zweiten und0 dritten Wärmesensoreinheit 4.2, 4.3 einen möglichst hohen Transmissionsgrad für Wärmestrahlung aufweist.
Die Wärmesensoreinheiten 4.1 bis 4.3 der Sensorbaueinheit 4 und die Induktions- Heizeinrichtung 3 sind mit einer elektrischen Steuerung 7, die eine Verarbeitungseinheit 7.1 und einen Speicher 7.2 aufweist, in Signalübertragungsverbindung. Die Signalübertragungsverbindung ist in Fig. 1 durch einen gestrichelten Doppelpfeil 8 symbolisiert.
Um die Heizleistung der Heizeinrichtung 3 des erfindungsgemäßen Kochfelds möglichst genau steuern oder regeln zu können, ist es erforderlich, die Temperatur des auf der Kochzone 2 abgestellten Kochgeschirrs 6 zu ermitteln, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Da die Wärmestrahlung des Kochgeschirrbodens 6.1 jedoch auch von dessen Emissionsgrad εκochgeschirr abhängig ist, ist es deshalb ebenfalls erforderlich, den Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens 6.1 Eßgeschirr vorzugeben und in dem Speicher 7.2 abzuspeichern oder während des Kochvorgangs zu messen und für eine Verarbeitung in der Verarbeitungseinheit 7.1 zur Verfügung zu stellen. Grundsätzlich ist es möglich, hierzu eine weitere
Wärmesensoreinheit zu verwenden. Alternativ wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hierfür die zweite Wärmesensoreinheit 4.2 verwendet. Das erfindungsgemäße Kochfeld weist zu diesem Zweck ferner eine Lichtquelle 9 auf. Die Bestimmung des Emissionsgrades εκOchgeschirr des auf der Kochzone 2 abgestellten Kochgeschirrs 6 bzw. Kochgeschirrbodens 6.1 erfolgt vorzugsweise mittels einer Reflexionsmessung.
Um den Einfluss von direkter und indirekter Störstrahlung auf die Ausgangssignale der Wärmesensoreinheiten 4.1 bis 4.3 zu verringern und gleichzeitig die an die Wärmesensoreinheiten 4.1 bis 4.3 abgestrahlte Wärmestrahlung mittels Mehrfachreflexion zu verstärken, weist das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kochfelds einen von innen mit einer die Wärmestrahlung reflektierenden Beschichtung, beispielsweise einer Goldschicht, verspiegelten und als Hohlleiter ausgebildeten Wellenleiter 10 auf. Der Wellenleiter 10 (Hohlleiter) begrenzt den Strahlengang zwischen der Kochfeldplatte 1 und den als Pyrometer ausgebildeten Wärmesensoreinheiten 4.1 bis 4.3 zur Umgebung hin. Die von der Kochfeldplatte 1 und dem Kochgeschirr 6 abgestrahlte Wärmestrahlung ist in Fig. 1 durch Pfeile symbolisiert. Es handelt sich dabei lediglich um eine symbolische Darstellung, da der tatsächliche Strahlengang aufgrund der auftretenden Mehrfachreflexion viel komplexer ist.
Im Bereich des Messfleckes 5 ist eine Zusatzheizung 11 , z.B. ein Widerstandsheizkörper, angeordnet. Die Zusatzheizung 11 ist zwecks wärmeleitenden Kontakts mit der Kochfeldplatte 1 direkt an deren Unterseite 1.2 angeordnet. Auf diese Weise ist die direkte Beheizung der Kochfeldplatte 1 im Bereich des Messfleckes 5 durch die Zusatzheizung 11 besonders effektiv gestaltet. Zur Regelung der Zusatzheizung 11 ist diese mit der elektrischen Steuerung 7 ebenfalls signaiübertragend verbunden. Die Zusatzheizung 11 kann ais ringförmig ausgebildetes Bauelement den Bereich des Messfleckes 5 umschließen (siehe Figur 1 ). Es ist auch möglich, die Zusatzheizung innerhalb des Messfleckes 5 anzuordnen (nicht dargestellt). In Fig. 2 ist ein Diagramm dargestellt, dass den Transmissionsgrad τKθchfeidPiatte. abgekürzt TKF-PI, eines erfindungsgemäßen Kochfelds in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ der elektromagnetischen Strahlung am Beispiel der als Glaskeramikplatte ausgebildeten Kochfeldplatte 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigt. Wie bereits anhand von Fig. 1 erläutert, sind die
5 Messbereiche der Wärmesensoreinheiten 4.1 bis 4.3 auf den Transmissionsgrad τKθchfeidpiatte der für das erfindungsgemäße Kochfeld verwendeten Kochfeldplatte 1 derart abgestimmt, dass der Messbereich der ersten Wärmesensoreinheit 4.1 auf einen ersten Wellenlängenbereich x begrenzt ist, für den die Kochfeld platte 1 einen Transmissionsgrad von weniger als 20 %, insbesondere annähernd 0% ist. Der Messbereich der zweiten und dritten Wärmesensoreinheit
10 4.2, 4.3 ist auf einen zweiten und dritten Wellenlängenbereich y und z begrenzt, für den die Kochfeld platte 1 einen möglichst hohen Transmissionsgrad τKθchfeidpiatte aufweist und gleichzeitig die bereits oben erläuterten Bedingungen für den Einsatz eines Quotientenpyrometers erfüllt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert:
i5 In der Verarbeitungseinheit 7.1 wird auf an sich bekannte Weise aus den Ausgangssignalen der beiden Wärmesensoreinheiten 4.2, 4.3 fortlaufend oder in vorher festgelegten zeitlichen Abständen ein Verhältniswert gebildet. Um die Genauigkeit der Steuerung oder Regelung der Heizleistung bei dem erfindungsgemäßen Kochfeld zu verbessern, ist es erforderlich, den Emissionsgrad des Kochgeschirrs 6 bzw. des Kochgeschirrbodens 6.1 εκOchgeschιrr zu berück-
20 sichtigen.
Deshalb wird der aus den Ausgangssignalen der Wärmesensoreinheiten 4.2 und 4.3 ermittelte Verhältniswert in der Verarbeitungseinheit 7.1 wie folgt weiter verarbeitet:
Die von den Wärmesensoreinheiten 4.2 und 4.3, also dem Quotientenpyrometer, empfangene Wärmestrahlung M setzt sich aus drei Strahlungsanteilen zusammen, nämlich aus Anteil a, der 25 Wärmestrahlung der Kochfeld platte 1 , Anteil b, der Wärmestrahlung vom Kochgeschirrboden 6.1 und Anteil c, der Wärmestrahlung von der Kochfeldplatte 1 , die an dem Kochgeschirrboden 6.1 reflektiert und durch die Kochfeldplatte 1 in Richtung der Wärmesensoreinheiten 4.2, 4.3 transmittiert wird.
Demnach ergibt sich der Verhältniswert wie folgt: (1 )
Figure imgf000010_0001
mit V= Verhältniswert, M= spezifische Wärmestrahlung.
Die Abhängigkeiten der einzelnen Strahlungsanteile von der Temperatur der Kochfeld platte 1 TKochfeidpiatte . dem Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens 6.1 eKoChgeschirr und dem 5 Emissionsgrad εKθchfeicipiatte sowie dem Transmissionsgrad τKochfeicipiatte der Kochfeldplatte 1 sind aus der nachfolgenden Gleichung ersichtlich, wobei F allgemein für eine mathematische Funktion steht.
V =
F Anteila ( rp \ rΑnteilb ( y _ \ ■ τ? Anteile ( rp \ /n\ 4 2 Vfc KF-Pl > L KF-Pl J + r 4 2 \bKG » ■* KG » T KF-Pl ) "*" r 4 2 \b KF-PI » 1 KF-PI ' 0KG ' T KF-PI ) ^' jjAnteila I rp \ p - Anteilb I T" _ \ ■ j? Anteile I rp \ r A i \bKF-PI > 1 KF-Pl J + " 4 3 V6ZfG ' -' KG ' Z KF-PI / + r 4 ^ K0 KF-Pl i 1 KF-PI > b KG > T KF-Pl /
In der Gleichung wurden die Indizes aus Gründen der Übersichtlichkeit abgekürzt, nämlich I0 Kochgeschirr mit KG und Kochfeld platte mit KF-PI. Hierbei sei angemerkt, dass bei dem Anteil c der Reflexionsgrad= 1 -Emissionsgrad ist, da der Transmissionsgrad des Kochgeschirrbodens näherungsweise gleich 0 gesetzt werden kann.
Nach einer Umformung der Gleichung (2) ergibt sich
V =
Figure imgf000010_0002
i5 mit F*= aufgrund des Herausziehens der multiplikativen Faktoren geänderte Funktion. Hierbei ist zu beachten, dass aus der von Anteil c abhängigen Funktion FAπteιl c für beide Wärmesensoreinheiten 4.2 und 4.3, Index 4.2 und 4.3, aufgrund der auftretenden Mehrfachreflexionen εκochgeschιrr , εKθchfeidpiatte und τKθchfeidpiatte nicht aus der Klammer herausgezogen werden können.
Der Emissionsgrad εKθchfeidpiatte und der Transmissionsgrad τKθchfeidpiatte der Kochfeldplatte 1 sind 20 bekannt und sind in dem Speicher 7.2 für die weitere Verarbeitung des Vergleichswertes V hinterlegt. Die Temperatur der Kochfeldplatte 1 TKθchfeidpiatte wird während des Kochprozesses fortlaufend oder in vorher festgelegten Zeitabständen mittels der Wärmesensoreinheit 4.1 gemessen und liegt so ebenfalls für die weitere Verarbeitung des Vergleichswertes V vor. Gleiches gilt für den Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens 6.1 εκochgeschιrr. der auf die oben erläuterte Weise ermittelt wird. Somit bleibt als einzige Unbekannte die Temperatur des Kochgeschirrbodens 6.1 Tκochgeschιrr übrig und kann somit berechnet werden.
Bei einer sauberen Kochfeldplatte 1 , also wenn auf der Oberseite 1.1 keine Verschmutzungen
5 vorhanden sind, ergibt sich der in Fig. 3 als Linie k dargestellte Zusammenhang zwischen der berechneten und der tatsächlichen Kochgeschirrbodentemperatur TKθchgeschιrr. Beide Temperaturen stimmen im Wesentlichen überein. Bei einer verschmutzten Oberseite 1.1 , was im Betriebsfall immer vorkommen kann, wird der aus der an sich bekannten und bereits erläuterten Reflexionsmessung ermittelte Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens 6.1 εκOchgeschιrr iö durch die Abweichungen in den Eigenschaften der Kochfeldplatte 1 , nämlich Emissionsgrad εκochfeidPiatte und Transmissionsgrad τKochfeidpiatte- verfälscht und entspricht somit nicht dem tatsächlichen Wert. Deshalb ergibt sich für die meisten Anwendungsfälle, also bei denen die Oberseite 1.1 der Kochfeldplatte 1 im Bereich der Kochzone 2 verschmutzt ist, eine gewisse Streuung des berechneten Wertes für die Kochgeschirrbodentemperatur Teegeschirr- Siehe i5 hierzu die Linien m, die den Streubereich begrenzen. Der Einfluss eines verfälschten Wertes für den Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens 14.1 wird durch die Beheizung der Kochfeldplatte im Bereich des Messfleckes minimiert. Die Abweichungen zwischen dem berechneten Wert und dem tatsächlichen Wert für die Kochgeschirrbodentemperatur Teegeschirr liegt deshalb in einer akzeptablen Größenordnung, so dass die Heizleistung der Heizeinrichtung 3 eines
20 erfindungsgemäßen Kochfelds mit hoher Qualität und Reproduzierbarkeit gesteuert oder geregelt werden kann.
In einer einfacheren Ausführungsform, in der auf eine automatische Ermittlung des Emissionsgrades des Kochgeschirrbodens 6.1 εKochgeschιrr verzichtet wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, diesen analog zu dem Emissionsgrad εKθchfeidpiatte Und dem Transmissionsgrad 25 Tκochfeidpiatte der Kochfeldplatte 1 vorher festzulegen, abzuspeichern und für die weitere
Verarbeitung des Verhältniswerts V in der oben erläuterten Weise zu verwenden. Hierfür wird ein mittlerer Emissionsgrad des Kochgeschirrbodens 6.1 εKθchgeschιrr> beispielsweise 0,5, gewählt. Auf diese Weise sind die Abweichungen bei Kochgeschirr mit einem geringeren oder einem höheren Emissionsgrad εκOchgeschιrr nicht zu groß. Siehe hierzu beispielhaft die Linien o in Fig. 3.
30 Die nachfolgend genannten Alternativen und weiteren Ausführungsbeispiele zu dem oben genannten ersten Ausführungsbeispie! sind nur soweit erläutert, wie sich diese von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem anstelle eines als Hohlleiter ausgebildeten Wellenleiters 10 ein als Ulbrichtkugel ausgebildete, reflektierende Halbschale 12 verwendet wird. Aus Gründen der Übersicht wurde hier die vorhandene Heizeinrichtung 3, die Zusatzheizung 11 sowie die elektrische Steuerung 7 nicht dargestellt und der Bereich der Sensorbaueinheit 4 des Kochfelds stark vergrößert dargestellt. Die reflektierende Halbschale 12 weist Öffnungen 12.1 , so dass der Strahlenweg zwischen der Kochfeldplatte 1 und dem 5 Kochgeschirrboden 6.1 und den Wärmesensoreinheiten 4.1 bis 4.3 sowie der Lichtquelle 9 nicht in ungewünschter Weise blockiert ist. Die verwendete Ulbrichtkugel 12 weist eine innere Oberfläche 12.2 mit einem hohen Reflexionsgrad auf. Alternativ zu der Ulbrichtkugel 12 sind auch andere dem Fachmann bekannte und geeignete Formen einer reflektierenden Halbschale, beispielsweise ein Paraboloid-Ausschnitt, denkbar.
iö Während der Aufheizphase bei dem auf die o.g. Weise ausgebildeten Kochfeld wird das Kochgeschirr 6 mittels der Induktions-Heizeinrichtung 3 auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Die Kochfeldplatte 1 wird im Bereich des Messfleckes 5 der Kochzone 2 durch die Zusatzheizung 11 auf TSθιι aufgeheizt. Der Wert für TSθιι entspricht einem angenommenen Wert für die Temperatur des Kochgeschirrs, der nach der Aufheizphase erreicht werden soll. Die i5 Überwachung von TSθιι erfolgt über den Wärmesensor 4.1. Am Boden des Kochgeschirrs 6 wird durch das Aufheizen mittels Induktionsheizung 3 eine Temperatur erreicht, die annähernd im Bereich von TSθιι liegt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Kochfeldplatte 1 somit im Bereich des Messfleckes 5 auf einer annähernd gleichen Temperatur wie die für das Kochgeschirr 6 aufgeheizt und gehalten. Dadurch ist es möglich, die Kochfeldplatte 1 und das
20 Kochgeschirr 6 messtechnisch näherungsweise als einen einzigen strahlenden Körper zu behandeln.
Dadurch ist die an sich bekannte Quotientenpyrometer-Temperaturmessung bei dem erfindungsgemäßen Kochfeld mit einer hohen Messgenauigkeit einzusetzen, da auch der mittels Reflexionsmessung bestimmte Emissionsgrad für das Kochgeschirr in der Berechnung 25 für die Temperatur des Kochgeschirrbodens 6.1 mit berücksichtigt wird. Somit kann während einer auf die Aufheizphase folgenden Garphase, in der TSθιι mittels Temperaturregelungen sowohl für das Kochgeschirr 6 wie auch für die Kochfeld platte 1 im Wesentlichen konstant gehalten wird, die Temperatur des Kochgeschirrbodens 6.1 TKθchgeschιrr aus dem o.g. Verhältniswert V ermittelt werden.
30 Nach Umstellung der Gleichung (1 ) ergibt sich:
Tκa = / (^) (2)
M 4 2 mit TKochgeschirr= Temperatur des Kochgeschirrbodens 6.1 und f= allgemeine Abkürzung für eine Funktion. In der Gleichung wurde der Index aus Gründen der Übersichtlichkeit abgekürzt, nämlich Kochgeschirr mit KG.
Nach dem Erreichen von TKochgeschirr für die Kochzone 2 sowie TSθιι im Bereich des Messfleckes 5
5 wird die Kochgeschirrbodentemperatur TKθchgeschirr in einer auf die Aufheizphase folgenden
Garphase, beispielsweise einer Fortkochphase, allein in Abhängigkeit der Ausgangssignale der zweiten und dritten Wärmesensoreinheit 4.2 und 4.3 ermittelt. Dies ist unter der Voraussetzung möglich, dass die Temperatur im Bereich des Messfleckes 5 auf TsOιι = konstant gehalten wird. Dabei wird der aktuelle Verhältniswert V mit vorher festgelegten und in dem Speicher 7.2
I0 abgespeicherten Referenzwerten für unterschiedliche Temperaturen TSθιι für das Kochgeschirr 6 verglichen. Ist der aktuelle Verhältniswert V geringer als der für TSθιι abgespeicherte Referenzwert, also die Kochgeschirrtemperatur zu niedrig, wird das Kochgeschirr 6 mittels der Induktions-Heizeinrichtung 3 weiter beheizt, bis TKG=TSOII ist. Ein solcher Fall könnte beispielsweise eintreten, wenn der Benutzer während eines Kochvorgangs zusätzliches, kaltes i5 Wasser in das Kochgeschirr 6 einfüllt. Sollte der aktuelle Verhältniswert V größer als der Referenzwert sein, also die Kochgeschirrtemperatur zu hoch, wird die Heizleistung der Induktions-Heizeinrichtung 3 entsprechend reduziert. Die Kochfeldplatte 1 wird währenddessen im Bereich des Messfleckes 5 auf TSθιι gehalten. Anstelle Sollwerte für die Temperatur der Kochfeldplatte 1 /des Kochgeschirrs 6 TSθιι und Referenzwerte in einer Tabelle zu hinterlegen
20 und abzuspeichern wäre auch die Hinterlegung einer mathematischen Formel denkbar.
Das erfindungsgemäße Kochfeld sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Kochfeldsteuerung kann in vielfältigster Weise angewendet werden und ausgebildet sein. So sind viele Kochfeldfunktionen denkbar, bei denen die Kochgeschirrtemperatur und/oder deren Steuerung/Regelung erforderlich oder vorteilhaft ist. Beispielsweise kann ein Überkochschutz
25 realisiert sein, bei dem durch die vorgenannte Steuerung oder Regelung ein Überkochen wirksam verhindert ist. Gleiches gilt für das Einhalten einer auf das Gargut abgestimmten optimalen Brattemperatur. Ein Tastendruck genügt um den Koch- oder Bratvorgang zu starten. Der Benutzer wird bei Erreichen des Ankochzeitpunktes oder bei Erreichen der gewünschten Pfannentemperatur beispielsweise durch akustische und/oder optische Signale informiert und
30 kann daher während des Koch- oder Bratvorgangs seine Aufmerksamkeit anderen Dingen im Haushalt zuwenden. Auch lässt sich durch die Kenntnis der Kochgeschirrtemperatur oder davon abhängiger Größen, wie beispielsweise deren Steigung oder deren zeitlicher Verlauf, eine Verkürzung der Aufheiz- und Garzeitdauer bei gleichzeitig verbessertem Schutz der Kochfeidpiatte vor überhitzung realisieren. Hierdurch ist beispielsweise sichergestellt, dass es
35 zu keiner Beschädigung der Kochfeldplatte und evtl. benachbarter Küchenmöbel sowie des Kochgeschirrs selbst kommt. Dies könnte der Fall sein, wenn das Kochgeschirr leergekocht bzw. leer ist oder in dem Kochgeschirr befindliches Fett zu stark erhitzt würde. Somit lässt sich eine sogenannte Speed-Funktion realisieren, also die Möglichkeit, die Heizleistung während der Aufheizphase auf das individuelle Kochgeschirr und die darin befindliche Last, beispielsweise ein Fleischstück oder zu kochendes Wasser, anzupassen. Bei Kochgeschirr mit einer schlechteren Wärmeaufnahme und/oder mit einer großen Last wird die Kochzone dann während der Aufheizphase automatisch mit einer größeren mittleren Heizleistung beheizt als bei Kochgeschirr mit einer besseren Wärmeaufnahme und/oder einer kleineren Last. Ebenso ist es durch die Steuerung/Regelung der Heizleistung der Kochgeschirrbeheizung, also der Heizeinrichtung, direkt in Abhängigkeit der Kochgeschirrtemperatur möglich, den Schutz vor Leerkochen, Überkochen oder dergleichen durch eine automatische Sicherheitsabschaltung bei Erreichen einer vorher festgelegten Abschalttemperatur für das Kochgeschirr zu verbessern. Durch die direkte Abhängigkeit von der Kochgeschirrtemperatur ist die erforderliche Sicherheit gewährleistet, ohne dass dabei bei bestimmten Kochgeschirr, beispielsweise Kochgeschirr mit einer guten Wärmeaufnahme, die Heizleistung zu früh und damit unnötig reduziert wird. Hierdurch kann also die Aufheizphase verkürzt werden, ohne dass dabei die Sicherheit in ungewünschter Weise beeinflusst wird.
Ferner lässt sich eine sogenannte Hold-Funktion realisieren, bei der auf einen Tastendruck oder dergleichen des Benutzers die augenblickliche Kochgeschirrtemperatur für den weiteren Kochoder Bratprozess automatisch beibehalten wird. Gleiches gilt für eine sogenannte Warmhaltefunktion, bei der auf die Eingabe des Benutzers hin die mittlere Heizleistung der betreffenden Kochzone automatisch auf einen vorher festgelegten Wert reduziert wird. Denkbar ist hier auch, dass die Kochgeschirrtemperatur auf einen vorher festgelegten, niedrigeren Wert, beispielsweise 3O0C, geregelt wird. Dies hat gegenüber den bereits auf dem Markt verfügbaren Lösungen den Vorteil, dass nicht die Temperatur an der Unterseite der Kochfeldplatte, sondern die Temperatur des Kochgeschirrbodens für die Steuerung/Regelung der Heizleistung verwendet wird. Auf diese Weise können die an sich bekannte Hold-Funktion und Warmhaltefunktion bezüglich der Reaktionszeit der Steuerung/Regelung, beispielsweise bei einer Änderung in der Last durch Einfüllen von kaltem Wasser oder das Einlegen von einem großen Stück Fleisch in das Kochgeschirr, verbessert werden. Entsprechend der Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich auch sehr unterschiedliche Solltemperaturen für die Kochfeld platte und das Kochgeschirr TsOιι-

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kochfeldsteuerung, mit einer Kochfeldplatte (1 ), insbesondere aus Glaskeramik, mit wenigstens einer Kochzone (2), die mittels einer in der Einbaulage des Kochfelds unterhalb der Kochfeldplatte (1 ) angeordneten Induktions-Heizeinrichtung (3) beheizbar
5 ist, mit einer elektrischen Steuerung (7) mit Verarbeitungseinheit (7.1 ) und Speicher (7.2) und mit unterhalb der Kochfeldplatte (1 ) im Bereich eines zur Umgebung hin begrenzten Messfleckes (5) angeordneten Wärmesensoreinheiten (4.1 , 4.2, 4.3), wobei mit der ersten Wärmesensoreinheit (4.1 ) im Wesentlichen ein im Bereich der Kochzone (2) allein von der Kochfeldplatte (2) und mit der zweiten und dritten Wärmesensoreinheit (4.2, 4.3) im lo Wesentlichen ein im Bereich der Kochzone (2) von der Kochfeldplatte (1 ) und einem darauf abgestellten Kochgeschirr (6) nach unten ausgehender Wärmestrom detektiert wird, sowie mit einer Lichtquelle (9) zur Durchführung einer Reflexionsmessung über wenigstens einen Wärmesensor zur Bestimmung des Emissionsgrades εκ0Chgeschιrr des Kochgeschirrbodens (6.1 ) eines auf der Kochfeldplatte (1 ) abgestellten Kochgeschirrs (6), i5 dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kochfeldplatte (1 ) im Bereich der Kochzone (2) während einer Aufheizphase, in der das Kochgeschirr (6) durch die Induktions-Heizeinrichtung (3) aufgeheizt wird, auf eine vorher festgelegte Solltemperatur TKθchgeschιrr aufgeheizt wird,
20 - der Wert für den Emissionsgrad εKθchgeschιrr des Kochgeschirrbodens im Speicher (7.2) hinterlegt wird,
- der Bereich des Messfleckes (5) durch eine Zusatzheizung (11 ) auf TSθιι aufgeheizt wird, wobei Tsoii wenigstens annähernd dem Solltemperaturwert für das Kochgeschirr TKθchgeschιrr entspricht
25 und dass nach dem Erreichen von TSθιι für den Messfleck (5) sowie TKθchgeschιrr für die
Kochzone (2) in einer auf die Aufheizphase folgenden Garphase in der elektrischen Steuerung (7) aus den Ausgangssignalen der zweiten und der dritten Wärmesensoreinheit (4.2, 4.3) ein Verhältniswert gebildet wird, aus dem mittels der durch die erste Wärmesensoreinheit (4.1 ) an der Kochfeldplattenunterseite (1.2) gemessenen Temperatur
30 TKochfeidpiatte sowie dem Wert für den Emissionsgrad eKOchgeschirr des Kochgeschirrbodens die tatsächliche Kochgeschirrbodentemperatur TKθchgeschιrr ermittelt und in Abhängigkeit davon die Heizleistung der Heizeinrichtung (3) gesteuert oder geregelt wird.
2. Kochfeld zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 , mit einer Kochfeldplatte (1 ),
35 insbesondere aus Glaskeramik, die senkrecht zu deren Hauptausdehnungsrichtungen eine durch eine flächige Ober- und Unterseite (1.1 , 1.2) begrenzte Materialstärke s aufweist, mit wenigstens einer Kochzone (2), die mittels einer in der Einbaulage des Kochfelds unterhalb der Kochfeldplatte (1 ) angeordneten Induktions-Heizeinrichtung (3) beheizbar ist, mit unterhalb der Kochfeldplatte (1 ) im Bereich eines zur Umgebung begrenzten Messfleckes angeordneten Wärmesensoreinheiten (4.1 , 4.2, 4.3) sowie einer Lichtquelle (9) und mit einer s elektrischen Steuerung (7) mit Verarbeitungseinheit (7.1 ) und Speicher (7.2), in der in
Abhängigkeit der Ausgangssignale der Wärmesensoreinheiten (4.1 , 4.2, 4.3) die Kochgeschirrbodentemperatur Tischgeschirr ermittelbar und damit die Heizleistung der Heizeinrichtung (3) Steuer- oder regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, lo dass der Bereich des Messfleckes (5) mittels einer Zusatzheizung (11 ) beheizbar ist, wobei die Heizleistung der Zusatzheizung (11 ) über die elektrische Steuerung (7) Steuer- oder regelbar ist.
3. Kochfeld nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, i5 dass die Zusatzheizung (11 ) zur direkten Beheizung der Kochfeld platte (1 ) in wärmeleitenden Kontakt mit der Unterseite (1.2) des Kochfeldes angeordnet ist.
4. Kochfeld nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenleiter (10), insbesondere Hohlleiter, den Strahlenweg zwischen der Kochfeld- 20 platte (1 ) und den als Pyrometer ausgebildeten Wärmesensoreinheiten (4.1 , 4.2, 4.3) und/oder einer Lichtquelle (9) zur Bestrahlung der Unterseite (1.2) der Kochfeldplatte (1 ) zur Umgebung hin begrenzt.
5. Kochfeld nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
25 dass eine reflektierende Halbschale (12), insbesondere Ulbrichtkugel, den Strahlenweg zwischen der Kochfeld platte (1 ) und den als Pyrometer ausgebildeten Wärmesensoreinheiten (4.1 , 4.2, 4.3) und/oder einer Lichtquelle (9) zur Bestrahlung der Unterseite (1.2) der Kochfeldplatte (1 ) zur Umgebung hin begrenzt, wobei die reflektierende Halbschale (12) Durchbrüche (12.1 ) für die Wärmesensoreinheiten (4.1 , 4.2, 4.3) und/oder die Lichtquelle (9)
30 aufweist.
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