WO2012131526A1

WO2012131526A1 - Induktionsheizvorrichtung

Info

Publication number: WO2012131526A1
Application number: PCT/IB2012/051302
Authority: WO
Inventors: Daniel Anton Falcon; Claudio Carretero Chamarro; Jose Maria De La Cuerda Ortin; Ignacio Garde Aranda; Pablo Jesus Hernandez Blasco; Sergio Llorente Gil; Paul Muresan; Jose Joaquin Paricio Azcona; Diego Puyal Puente; Magdy Saoudi
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2012-10-04
Also published as: ES2615930T3; RU2013144044A; CN103548416A; CN103548416B; RU2567853C2; EP2692202B1; EP2692202A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Induktionsheizvorrichtung, insbesondere einer Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Steuereinheit (34), zumindest einer ersten und einer zweiten Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) und zumindest einer ersten und einer zweiten Heizfrequenzeinheit (30, 32), die in zumindest einem Betriebsmodus, in dem die erste Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) direkt mit der ersten Heizfrequenzeinheit (30, 32) verbunden ist und die zweite Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) direkt mit der zweiten Heizfrequenzeinheit (30, 32) verbunden ist, über die zumindest zwei Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) verbunden sind. Um die Flexibilität der Heizvorrichtung zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit (34) dazu vorgesehen ist, die Heizfrequenzeinheiten (30, 32) in einem Betriebsmodus, in dem die Heizfrequenzeinheiten (30, 32) über die Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) verbunden sind, in sich voneinander unterscheidenden Betriebsabschnitten (90, 91, 92, 93) zu betreiben.

Description

Induktionsheizvorrichtung

Die Erfindung geht aus von einer Induktionsheizvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Induktionsherde bekannt, die eine Steuereinheit, einen ersten und einen zweiten Induktor und einen ersten und einen zweiten Wechselrichter aufweisen, die in einem Betriebsmodus, in dem die erste Induktionsheizeinheit direkt mit dem ersten

Hochfrequenzerzeuger verbunden ist und die zweite Induktionsheizeinheit direkt mit der zweiten Heizfrequenzeinheit verbunden ist, über die zumindest zwei

Induktionsheizeinheiten verbunden sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit hoher Flexibilität bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Die Erfindung geht aus von einer Induktionsheizvorrichtung, insbesondere einer

Induktionskochfeldvornchtung, mit zumindest einer Steuereinheit, zumindest einer ersten und einer zweiten Induktionsheizeinheit und zumindest einer ersten und einer zweiten Heizfrequenzeinheit, die in zumindest einem Betriebsmodus, in dem die erste

Induktionsheizeinheit mit der ersten Heizfrequenzeinheit, vorzugsweise nur mit der ersten Heizfrequenzeinheit, direkt verbunden ist und die zweite Induktionsheizeinheit mit der zweiten Heizfrequenzeinheit, vorzugsweise nur mit der zweiten Heizfrequenzeinheit, direkt verbunden ist, über die zumindest zwei Induktionsheizeinheiten verbunden sind.

Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, die

Heizfrequenzeinheiten in einem Betriebsmodus, in dem die Heizfrequenzeinheiten über die Induktionsheizeinheiten verbunden sind, in separaten Betriebsabschnitten zu betreiben. Unter einer„Steuereinheit" soll insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, die vorzugsweise in einer Steuer- und/oder Regeleinheit der Induktionsheizvorrichtung zumindest teilweise integriert ist und die vorzugsweise dazu vorgesehen ist, zumindest die Heizfrequenzeinheiten zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit eine Recheneinheit und insbesondere zusätzlich zur Recheneinheit eine Speichereinheit mit einem darin gespeicherten Steuer- und/oder Regelprogramm, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden. Unter einer„Heizfrequenzeinheit" soll insbesondere eine elektrische Einheit verstanden werden, die ein oszillierendes elektrisches Signal, vorzugsweise mit einer Frequenz von zumindest 1 kHz, insbesondere von wenigstens 10 kHz, vorteilhaft von mindestens 20 kHz und insbesondere von maximal 100 kHz für eine Induktionsheizeinheit erzeugt.

Insbesondere ist die Heizfrequenzeinheit dazu vorgesehen, eine, von der

Induktionsheizeinheit geforderte, maximale elektrische Leistung von zumindest 1000 W, insbesondere zumindest 2000 W, vorteilhaft zumindest 3000 W und vorzugsweise zumindest 3500 W bereitzustellen. Die Heizfrequenzeinheit umfasst insbesondere zumindest einen Wechselrichter, der vorzugsweise zumindest zwei, vorzugsweise in Reihe geschaltete, bidirektionale unipolare Schalter, die insbesondere von einem

Transistor und einer parallel geschalteten Diode gebildet sind, und besonders vorteilhaft zumindest jeweils einen parallel zu den bidirektionalen unipolaren Schaltern geschaltete Dämpfungskapazität, die insbesondere von zumindest einem Kondensator gebildet ist, aufweist. Hierdurch kann eine hochfrequente Energieversorgung der Induktionsheizeinheit bereitgestellt werden. Ein Spannungsabgriff der Hochfrequenzeinheit ist insbesondere an einer gemeinsamen Kontaktstelle zweier bidirektionaler unipolarer Schalter angeordnet. Unter einer "Induktionsheizeinheit" soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Induktionsheizelement verstanden werden. Insbesondere werden in einem

Betriebszustand, in dem die Induktionsheizeinheit mit hochfrequentem Wechselstrom versorgt wird, alle Induktionsheizelemente der Induktionsheizeinheit, vorzugsweise gleichzeitig, mit hochfrequentem Wechselstrom versorgt. Unter einem

„Induktionsheizelement" soll insbesondere ein gewickelter elektrischer Leiter verstanden werden, vorzugsweise in Form einer Kreisscheibe, der in zumindest einem

Betriebszustand von hochfrequentem Wechselstrom durchflössen wird. Das

Induktionsheizelement ist vorzugsweise dazu vorgesehen, elektrische Energie in ein magnetisches Wechselfeld umzuwandeln, das dazu vorgesehen ist, in einem

metallischen, vorzugsweise zumindest teilweise ferromagnetischen, Heizmittel, insbesondere einem Gargeschirr, Wirbelströme und/oder Ummagnetisierungseffekte hervorzurufen, die in Wärme umgewandelt werden. Unter einer„direkten Verbindung" soll insbesondere eine elektrische Verbindung verstanden werden, die, zumindest in einem Betriebszustand mit einem Stromfluss von Wechselstrom über die Verbindung mit einer Frequenz zwischen 1 kHz und 100 kHz, eine Impedanz aufweist, die von ihrem Betrag her kleiner als 10 V/A, insbesondere kleiner als 1 V/A, vorzugsweise kleiner als 0,1 V/A ist und deren Betrag insbesondere über einen Frequenzbereich von 1 kHz bis 100 kHz um maximal 100 %, insbesondere maximal 40 %, vorteilhaft maximal 10 % und vorzugsweise maximal 5 % schwankt. Unter einem„Betriebsabschnitt" einer Heizfrequenzeinheit soll insbesondere ein zeitlicher Bereich, der vorzugsweise eine Länge von zumindest 1 ms, insbesondere von zumindest 10 ms, aufweist, verstanden werden, in dem die

Heizfrequenzeinheit mit einer, insbesondere im Wesentlichen konstanten, Frequenz zwischen 1 kHz und 100 kHz betrieben wird. Unter„im Wesentlichen konstant" soll insbesondere verstanden werden, dass ein Wert einer Größe maximal um 25 %, insbesondere maximal um 15 % und vorzugsweise maximal um 5 % von einem Mittelwert der Größe abweicht. Unter„separaten" Betriebsabschnitten sollen insbesondere

Betriebsabschnitte verstanden werden, die sich von Betriebsabschnitten unterscheiden, die sich zeitlich zumindest teilweise überschneiden. Es kann insbesondere eine flexible Heizvorrichtung erreicht werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die

Heizfrequenzeinheiten dazu vorgesehen sind, über eine einzelne Phase betrieben zu werden. Unter einer„einzelnen Phase" soll insbesondere eine Phase eines

Hausstromanschlusses, vorzugsweise eines Dreiphasenhausanschlusses, verstanden werden. Vorzugsweise sind beide Heizfrequenzeinheiten an einen einzelnen Gleichrichter angeschlossen, der von der einzelnen Phase mit Wechselspannung versorgt wird. Es kann insbesondere ein einfache, kostengünstige Heizvorrichtung bereitgestellt werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Induktionsheizvorrichtung zumindest eine

Resonanzeinheit aufweist, die in zumindest einem Betriebszustand direkt mit einem gemeinsamen Kontakt zumindest der ersten und der zweiten Induktionsheizeinheit verbunden ist. Unter einer„Resonanzeinheit" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zumindest eine Resonanzkapazität, die vorzugsweise von zumindest einem Kondensator gebildet ist, umfasst, der vorzugsweise von einer Dämpfungskapazität und/oder einer Kapazität, die zu einem Schaltelement parallelgeschaltet ist, verschieden ist. Insbesondere ist eine Resonanzkapazität von einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltungen von mehreren Kondensatoren gebildet. Die Resonanzkapazität ist insbesondere Bestandteil eines elektrischen Schwingkreises, insbesondere eines elektrischen Reihenschwingkreises. Vorzugsweise ist die Resonanzkapazität in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere über ein Schaltelement, in Reihe mit der

Induktionsheizeinheit geschaltet und ist besonders vorteilhaft dazu vorgesehen, über die Induktionsheizeinheit durch zumindest eine Heizfrequenzeinheit aufgeladen zu werden, insbesondere wenn die Induktionsheizeinheit durch die Schaltanordnung auf ein höheres elektrisches Potential gelegt wird. Die Resonanzkapazität ist insbesondere auf einer in Richtung eines Leitungspfads, gesehen von der Frequenzeinheit abgewandten Seite der Induktionsheizeinheit, angeordnet. Insbesondere wird eine Induktionsheizeinheit in einer Vollbrückenschaltung betrieben. In einer Vollbrückenschaltung ist die

Induktionsheizeinheit gemeinsam mit einer, vorzugsweise in Reihe zur

Induktionsheizeinheit geschalteten, Resonanzkapazität zwischen zwei von

Heizfrequenzeinheiten gebildeten Spannungsteilern im Brückenzweig angeordnet.

Vorzugsweise wird eine Induktionsheizeinheit in einer Halbbrückenschaltung betrieben. In einer Halbbrückenschaltung ist die Induktionsheizeinheit zwischen einem, von der Heizfrequenzeinheit gebildeten, Spannungsteiler und einem, von zwei

Resonanzkapazitäten gebildeten, Spannungsteiler im Brückenzweig angeordnet. Unter einem„gemeinsamen Kontakt" der Induktionsheizeinheiten soll insbesondere ein Kontakt verstanden werden, der jeweils direkt mit den Induktionsheizeinheiten verbunden ist und dessen Verbindungen zu den Heizfrequenzeinheiten sich von direkten Verbindungen unterscheiden. Unter einem„Kontakt" soll insbesondere ein elektrischer Anschlusspunkt, insbesondere ein Pol eines elektrischen Bauteils, verstanden werden. Es kann

insbesondere eine Kosten reduzierte Induktionsheizvorrichtung erreicht werden. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, in einem Betriebsmodus, in dem die Heizfrequenzeinheiten über die Induktionsheizeinheiten verbunden sind und in sich voneinander unterscheidenden Betriebsabschnitten betrieben werden, Startpunkte von zumindest zwei, insbesondere zumindest fünf, vorteilhaft zumindest zehn und

insbesondere von allen aufeinanderfolgenden Betriebsabschnitten einer

Induktionsheizeinheit mit maximal 5 s, insbesondere maximal 2 s, insbesondere maximal 700 ms, vorteilhaft maximal 500 ms und vorzugsweise maximal 300 ms zu beabstanden. Es kann insbesondere eine zeitlich gleichmäßige Wärmeerzeugung erreicht werden. Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Induktionsheizvorrichtung zumindest eine weitere Induktionsheizeinheit und eine Schaltanordnung aufweist, die durch Schaltbefehle der Steuereinheit dazu vorgesehen ist, zumindest drei, insbesondere zumindest sechs, vorteilhaft zumindest zehn, unterschiedliche Kombinationen von wenigstens einer der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten und zumindest einer der zumindest drei

Induktionsheizeinheiten direkt miteinander zu verbinden. Insbesondere weist die

Schaltanordnung zumindest zwei Schaltelemente auf, die insbesondere beide zwischen der ersten Induktionsheizeinheit und der ersten Heizfrequenzeinheit angeordnet sind. Darunter, dass die Schaltelemente„zwischen" der Heizfrequenzeinheit und der

Induktionsheizeinheit angeordnet sind, soll insbesondere verstanden werden, dass in einem Betriebszustand, in dem die Induktionsheizeinheit mit hochfrequentem

Wechselstrom versorgt wird, die Induktionsheizeinheit mit den Schaltmitteln in beliebiger Reihenfolge an einem einzelnen Kontakt, vorzugsweise einem Spann ungsabgriff, der Heizfrequenzeinheit in Reihenschaltung angeordnet sind. Vorzugsweise ist in einem beliebigen Betriebszustand das erste Schaltelement mit der Heizfrequenzeinheit, mit dem ersten Schaltelement das zweite Schaltelement und mit dem zweiten Schaltelement die Induktionsheizeinheit direkt verbunden. Vorzugsweise ist die Steuereinheit zumindest dazu vorgesehen, wenigstens zwei der Induktionsheizeinheiten abwechselnd, vorzugsweise periodisch abwechselnd, insbesondere mit einer Periodendauer die maximal 7 s, insbesondere maximal 5 s, vorzugsweise maximal 2 s beträgt, über eine der Heizfrequenzeinheiten mit hochfrequentem Wechselstrom zu versorgen, wobei dazu insbesondere die Schaltzustände der Schaltanordnung und/oder die Frequenz der Heizfrequenzeinheit durch die Steuereinheit verändert werden. Es kann insbesondere eine flexible, Kosten reduzierende Induktionsheizvorrichtung bereitgestellt werden.

Vorteilhaft kann durch Anwendung des vorgeschlagenen Betriebsmodus in einer derartigen Anwendung ein verringerter Verschleiß durch seltenere Ansteuerung von Schaltelementen der Schaltanordnung erreicht werden.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die Erfindung vorteilhaft zumindest einen Sensor auf, der zumindest in einem Betriebsmodus, in dem die erste Induktionsheizeinheit direkt mit dem ersten Hochfrequenzerzeuger verbunden ist und die zweite Induktionsheizeinheit direkt mit der zweiten Heizfrequenzeinheit verbunden ist, über die zumindest zwei Induktionsheizeinheiten verbunden sind, dazu vorgesehen ist, zumindest eine

Leistungskenngröße der ersten Induktionsheizeinheit in einem Betriebsabschnitt der zweiten Induktionsheizeinheit zu bestimmen. Unter einer„Leistungskenngröße" soll insbesondere eine elektrische Kenngröße, vorzugsweise eine Größe eines elektrischen Stroms, einer elektrischen Spannung und/oder der elektrischen Leistung verstanden werden. Insbesondere weist der Sensor mehrere Sensorelemente auf, die dazu vorgesehen sind, gemeinsam eine elektrische Leistung zu bestimmen und/oder abzuschätzen. Darunter, dass eine Größe„abgeschätzt" wird, soll insbesondere verstanden werden, dass ein ermittelter Wert der Größe maximal 30 %, insbesondere maximal 20%, vorteilhaft maximal 10% und vorzugsweise maximal 5% von einem exakten Wert der Größe abweicht. Es kann insbesondere eine Reduktion von Flicker, also durch Leistungsschwankungen hervorgerufene Spannungsschwankungen in der Netzspannung, erreicht werden.

Vorteilhaft ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, in einem Betriebsmodus, in dem die Heizfrequenzeinheiten über die Induktionsheizeinheiten verbunden sind und in dem sowohl für die erste als auch die zweite Induktionsheizeinheit zumindest eine mittlere Leistung angefordert ist, die Heizfrequenzeinheiten in einem Modus mit

phasenverzögerter Ansteuerung gleichzeitig zu betreiben. Unter einer mittleren Leistung soll insbesondere eine Leistung von mehr als 800 W, vorzugsweise mehr als 1000 W und insbesondere mehr als 1200 W verstanden werden. Insbesondere ist eine Summe der mittleren Leistungen größer als 1500 W, vorteilhaft größer als 1800 W und vorzugsweise größer als 2000 W. Insbesondere ist ein Schwellpunkt der angeforderten Leistungen für einen Wechsel in den Modus mit phasenverzögerter Ansteuerung abhängig von durch die erste und zweite Induktionsheizeinheit beheizten Heizmitteln, insbesondere

Gargeschirren. Unter einem„Modus mit phasenverzögerter Ansteuerung" soll

insbesondere ein Modus verstanden werden, in dem die Heizfrequenzeinheiten bei gleichen eingestellten Frequenz arbeiten und eine über die Induktionsheizeinheiten abgegebene Leistung insbesondere von der eingestellten Frequenz, einer

Phasenverschiebung der Schaltzeitpunkte der Heizfrequenzeinheiten gegeneinander und/oder einem Tastverhältnis der erzeugten hochfrequenten Wechselströme abhängig ist. Es kann insbesondere eine erhöhte Flexibilität erreicht werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Induktionskochfeld in einer schematischen Darstellung von

oben,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Induktionsheizvorrichtung in einer

schematischen Darstellung und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines beispielhaften, zeitlichen

Verlaufs der Leistung zweier Induktionsheizeinheiten.

Figur 1 zeigt ein als Induktionskochfeld ausgebildetes Hausgerät 10 mit einer als

Induktionskochfeldvorrichtung ausgebildeten Induktionsheizvorrichtung 12 mit vier Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26, die jeweils ein als Induktor ausgebildetes

Induktionsheizelement aufweisen. Die Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 sind unter einer Kochfeldplatte 14 angeordnet. Weiterhin weist die Induktionsheizvorrichtung 12 ein von einer einzelnen Phase 16 eines Drei-Phasen-Hausanschlusses betriebenes

Leistungsmodul 18 auf, das dazu vorgesehen ist, die Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 mit hochfrequentem Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 20 kHz und 100 kHz zu versorgen. Dazu weist das Leistungsmodul 18 zwei Heizfrequenzeinheiten 30, 32 auf, die dazu vorgesehen sind, über die einzelne Phase 16 betrieben zu werden und die Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 zu versorgen (Fig. 2). Die Frequenz der

Heizfrequenzeinheiten 30, 32 ist unter anderem abhängig von einer für die

Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26 über eine Bedieneinheit 28 angeforderten

Heizleistung und einem Gargeschirr, das in einer Kochzone auf der Kochfeld platte 14 über der Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26 angeordnet ist, und wird durch eine

Steuereinheit 34 der Induktionsheizvorrichtung 12 bestimmt. Die Steuereinheit 34 weist eine Recheneinheit, eine Speichereinheit und ein in der Speichereinheit hinterlegtes Betriebsprogramm auf, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden.

Figur 2 zeigt eine Schaltung für die Induktionsheizvorrichtung 12. Eine an einer Phase 16 anliegende Netzspannung zwischen 220 V und 230 V mit einer Netzfrequenz zwischen 49 Hz und 51 Hz wird in einem Gleichrichter 36 gleichgerichtet und in einer Pufferkapazität 38 teilweise gespeichert. Die Pole der Pufferkapazität 38 bilden zwei Außenkontakte 40, 42 zwischen denen eine pulsierende Gleichspannung anliegt. Die Heizfrequenzeinheiten 30, 32 sind zwischen den Außenkontakten 40, 42 angeordnet und wandeln die

pulsierende Gleichspannung in hochfrequenten Wechselstrom um. Die

Heizfrequenzeinheiten 30, 32 weisen dazu jeweils zwei zwischen den Außenkontakten 40, 42 in Reihe geschaltete, als bidirektionale unipolare Schalter ausgebildete,

Schaltelemente 44, 46, mit jeweils einem parallelgeschalteten Dämpfungskondensator 48, 50, auf. Die Schaltelemente 44, 46 sind jeweils von einem IGBT 52, 54 (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) und einer parallelgeschalteten Diode 56, 58 gebildet. Ein

Spannungsabgriff 60, 62 ist jeweils an einem gemeinsamen Kontakt der beiden IGBTs 52, 54 angeordnet. Die Steuereinheit 34 verursacht durch abwechselnde, hochfrequente Ansteuerung der beiden IGBTs 52, 54 am Spannungsabgriff 60 eine hochfrequente Wechselspannung mit pulsierender Amplitude, der bei Anschluss einer

Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26 ein hochfrequenter Wechselstrom folgt. Die

Spannungsabgriffe 60, 62 der Heizfrequenzeinheiten 30, 32 sind mit einer

Schaltanordnung 64 verbunden, die sechs von Relais gebildete Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 74, 76 aufweist, die als einpolige Wechselschalter ausgebildet sind, und durch Schaltbefehle der Steuereinheit 34 dazu vorgesehen ist, 16 unterschiedliche

Kombinationen von bis zu zwei der zwei Heizfrequenzeinheiten 30, 32 und bis zu zwei der vier Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 direkt miteinander zu verbinden. Die als einpolige Wechselschalter ausgebildeten Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 74, 76 weisen drei Kontakte und zwei Schaltzustände auf. In einem ersten Schaltzustand ist der erste Kontakt mit dem zweiten Kontakt direkt verbunden und in einem zweiten Schaltzustand sind der erste und der dritte Kontakt direkt verbunden (in der Darstellung ist der erste

Kontakt jeweils links und der zweite Kontakt rechts oben angeordnet). Die Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 74, 76 sind in einer kaskadierten Schaltung angeordnet. Ein erster Kontakt des Schaltelements 66 ist mit dem Spannungsabgriff 60 der Heizfrequenzeinheit 30 direkt verbunden. Ein zweiter und ein dritter Kontakt des Schaltelements 66 ist jeweils mit einem ersten Kontakt der beiden Schaltelemente 68, 70 direkt verbunden. Die

Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 sind jeweils mit einem der zweiten oder dritten Kontakte der Schaltelemente 68, 70 direkt verbunden. Am Spannungsabgriff 62 der zweiten Heizfrequenzeinheit 32 ist mit den Schaltelementen 72, 74, 76 eine gleichartige Anordnung angeschlossen. Jede der Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 kann so durch geeignete Schaltzustände der Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 74, 76 einzeln mit jeder der Heizfrequenzeinheiten 30, 32 direkt verbunden werden. Weiterhin können zwei beliebige der Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 gleichzeitig mit unterschiedlichen Induktionsheizeinheiten 30, 32 direkt verbunden sein. Ebenso ist für jede der

Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 ein Boost-Betrieb, in dem eine einzelne

Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26 mit beiden Heizfrequenzeinheiten 30, 32 gleichzeitig direkt verbunden ist, möglich. Die Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 werden jeweils in Halbbrückenschaltung betrieben. Die Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 weisen jeweils einen gemeinsamen Kontakt 78, 79 auf, der jeweils direkt mit einer

Resonanzeinheit 80, 81 verbunden ist, die von zwei Resonanzkapazitäten 82, 84 und 83, 85 gebildet sind, die jeweils aus einzelnen Kondensatoren bestehen. Die

Resonanzkapazitäten 82, 84 bzw. 83, 85 sind jeweils in Reihe geschaltet und eine der Resonanzkapazitäten 82, 83 ist direkt mit einem der Außenkontakte 40 verbunden und die andere der Resonanzkapazitäten 84, 85 ist direkt mit dem anderen Außenkontakt 42 verbunden. Beide der Resonanzkapazitäten 84, 82 bzw. 83, 85 sind jeweils direkt mit den zwei Induktionsheizeinheiten 20, 22 bzw. 24, 26 verbunden. Die Induktionsheizvorrichtung 12 weist somit eine Steuereinheit 34, eine erste und eine zweite Induktionsheizeinheit 20, 22 und eine erste und eine zweite Heizfrequenzeinheit 30, 32 auf, die in einem

Betriebsmodus, in dem die erste Induktionsheizeinheit 20 direkt mit der ersten

Heizfrequenzeinheit 30 verbunden ist und die zweite Induktionsheizeinheit 22 direkt mit der zweiten Heizfrequenzeinheit 32 verbunden ist, über die zwei Induktionsheizeinheiten 20, 22 verbunden sind. Weiterhin ist möglich, dass die Heizfrequenzeinheiten 30, 32 über die dritte und die vierte Induktionsheizeinheit 24, 26 verbunden sind. Weiterhin weist die Induktionsheizvorrichtung 12 als Stromwandler ausgebildete Amperemeter mit Analog- Digitalwandler auf, die als Sensoren 86, 88 zu einer Bestimmung einer über den

Spannungsabgriff 60, 62 der Heizfrequenzeinheiten 30, 32 fließenden Stromstärke vorgesehen sind. Die Amperemeter sind jeweils direkt mit dem Spannungsabgriff 60, 62 einer der Heizfrequenzeinheiten 30, 32 und dem ersten Kontakt der Schaltelemente 66, 72 der Schaltanordnung 64 verbunden und somit zwischen einer Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26 und einer Heizfrequenzeinheit 30, 32 angeordnet.

Die Steuereinheit 34 ist dazu vorgesehen, die Heizfrequenzeinheiten 30, 32 in einem Betriebsmodus, in dem die Heizfrequenzeinheiten 30, 32 über die Induktionsheizeinheiten 20, 22 bzw. 24, 26 verbunden sind, in sich voneinander unterscheidenden

Betriebsabschnitten 90, 91 zu betreiben. Die Figur 3 zeigt einen schematischen, beispielhaften Verlauf der elektrischen Leistungen Ρ-ι, P₂, die in einem solchen Betriebszustand in der ersten und der zweiten Induktionsheizeinheit 20, 22 umgesetzt werden, und eine Summe P_SUM dieser Leistungen Ρ-ι, P₂ in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Schaltelemente 66, 68, 72, 74 behalten in diesem Betriebsmodus ihren Schaltzustand dauerhaft bei, so dass die erste Induktionsheizeinheit 20 stetig direkt mit der ersten Heizfrequenzeinheit 30 und die zweite Induktionsheizeinheit 22 stetig direkt mit der zweiten Heizfrequenzeinheit 32 verbunden ist. Die Steuereinheit 34 ist dazu vorgesehen, in dem Betriebsmodus, in dem die Heizfrequenzeinheiten 30, 32 über die

Induktionsheizeinheiten 20, 22 verbunden sind und in sich voneinander unterscheidenden Betriebsabschnitten 90, 92 bzw. 91 , 93 betrieben werden, Startpunkte von

aufeinanderfolgenden Betriebsabschnitten 90, 92 bzw. 91 , 93 der ersten bzw. zweiten Induktionsheizeinheit mit 2 s zu beabstanden. Der in dem Diagramm dargestellte

Leistungsverlauf wiederholt sich periodisch mit einer Periodendauer t_Mux von 2 s.

Auf den Betriebsabschnitt 90, in dem die Heizfrequenzeinheit 32 aktiv ist, folgt ein erster Betriebsabschnitt 91 der Induktionsheizeinheit 20, in dem diese durch die erste

Heizfrequenzeinheit 30 mit hochfrequentem Wechselstrom versorgt wird. Die andere Heizfrequenzeinheit 32 ist in diesem Betriebszustand inaktiv, erzeugt also keinen hochfrequenten Wechselstrom. Dadurch, dass während des ersten Betriebsabschnitts 91 die zweite Heizfrequenzeinheit 32 mit der ersten Heizfrequenzeinheit 30 über die

Induktionsheizeinheiten 20, 22 verbunden ist, fließt ein Teil des hochfrequenten

Wechselstroms der ersten Heizfrequenzeinheit 30 vom Spannungsabgriff 60 über die Schaltanordnung 64, die erste Induktionsheizeinheit 20, den gemeinsamen Kontakt 79, die zweite Induktionsheizeinheit 22 und die Schaltanordnung 64 zum Spannungsabgriff 62 der zweiten Heizfrequenzeinheit 32 und von da über die Dioden und

Dämpfungskapazitäten der zweiten Heizfrequenzeinheit 32 ab und erzeugt so eine Leistungsabgabe über die zweite Induktionsheizeinheit 22. Das Amperemeter, das zwischen der zweiten Heizfrequenzeinheit 32 und der zweiten Induktionsheizeinheit 22 als Sensor 88 angeordnet ist, ist dazu vorgesehen, eine elektrische Stromstärke und somit eine Leistungskenngröße der zweiten Induktionsheizeinheit 22 in dem ersten

Betriebsabschnitt 91 der ersten Induktionsheizeinheit 20 zu bestimmen. Über ein

Spannungsmessgerät 98, das die Spannung zwischen den Außenkontakten 40, 42 misst, wird die elektrische Leistung bestimmt, die in der zweiten Induktionsheizeinheit 22 umgesetzt wird. Diese beträgt je nach Leistung der ersten Induktionsheizeinheit 20 zwischen 0 W und 100 W und nimmt mit abnehmender Frequenz der Heizfrequenzeinheit 30 zu. Der erste Betriebsabschnitt 91 kann entsprechend der gewählten Leistung der Induktionsheizeinheit 20 und der Summe der für die Induktionsheizeinheiten 20, 22 gewählten Leistungen eine beliebige Dauer t_! zwischen 0 und t_Mux, also 2 s, aufweisen, die insbesondere einem Vielfachen der halben Periodendauer der Netzfrequenz entspricht.

In einem auf den ersten Betriebsabschnitt 91 folgenden zweiten Betriebsabschnitt 92 wird die zweite Induktionsheizeinheit 22 durch die zweite Heizfrequenzeinheit 32 mit hochfrequentem Wechselstrom versorgt. Die andere Heizfrequenzeinheit 30 ist in diesem Betriebszustand inaktiv, erzeugt also keinen hochfrequenten Wechselstrom. Dadurch, dass während des zweiten Betriebsabschnitts 92 die erste Heizfrequenzeinheit 30 mit der zweiten Heizfrequenzeinheit 32 über die Induktionsheizeinheiten 20, 22 verbunden ist, fließt ein Teil des hochfrequenten Wechselstroms der zweiten Heizfrequenzeinheit 32 über die Dioden 56, 58 und Dämpfungskapazitäten 48, 50 der zweiten

Heizfrequenzeinheit 32 ab und erzeugt so eine Leistungsabgabe über die erste

Induktionsheizeinheit 20. Das Amperemeter, das als Sensor 88 zwischen der ersten Heizfrequenzeinheit 30 und der ersten Induktionsheizeinheit 20 angeordnet ist, ist dazu vorgesehen, eine elektrische Stromstärke und somit eine Leistungskenngröße der ersten Induktionsheizeinheit 20 in dem zweiten Betriebsabschnitt der zweiten

Induktionsheizeinheit 22 zu bestimmen. Über das Spannungsmessgerät 98, das die Spannung zwischen den Außenkontakten 40, 42 misst, wird wiederum die elektrische Leistung bestimmt, die in der ersten Induktionsheizeinheit 20 während des

Betriebszustands 92 der zweiten Induktionsheizeinheit 22 umgesetzt wird. Diese beträgt je nach Leistung der zweiten Induktionsheizeinheit 22 zwischen 0 und 100 W und nimmt mit abnehmender Frequenz der Heizfrequenzeinheit 32 zu. Der zweite Betriebsabschnitt 92 weist eine Dauer t₂ auf, die t_Mux, also 2 s, abzüglich der Dauer des ersten

Betriebsabschnitts 91 , entspricht.

Auf den zweiten Betriebsabschnitt 92 folgt erneut ein Betriebsabschnitt 93, in dem die Induktionsheizeinheit 20 von der Heizfrequenzeinheit 30 mit hochfrequentem

Wechselstrom versorgt wird. Der Startpunkt des Betriebsabschnitts 93 ist mit t_Mux, also 300 ms, zu dem Startpunkt des Betriebsabschnitts 91 beabstandet.

Die Steuereinheit 34 ist dazu vorgesehen auf das Stromnetz rückkoppelnde

Spannungsspitzen, die durch Leistungsschwankungen verursacht werden, zu minimieren, indem die Summe P_SUM der Leistungen P-i , P₂ der beiden Induktionsheizeinheiten 20, 22 in den unterschiedlichen Betriebsabschnitten 90, 92 im Wesentlichen konstant gehalten ist.

Weiterhin ist die Steuereinheit 34 dazu vorgesehen, in einem Betriebsmodus, in dem die Heizfrequenzeinheiten 30, 32 über die Induktionsheizeinheiten 20, 22 verbunden sind und in dem sowohl für die erste als auch die zweite Induktionsheizeinheit 20, 22 eine Leistung angefordert wird, die größer ist als 1000 W oder indem eine Summe der angeforderten Leistungen größer ist als 2000 W, die Heizfrequenzeinheiten 20, 22 in einem Modus mit phasenverzögerter Ansteuerung gleichzeitig zu betreiben.

Des Weiteren sind Ausgestaltungen denkbar, in denen zwischen den

Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 und den Resonanzeinheiten 80, 81 Schaltelemente angeordnet sind oder in denen Betriebsmodi zugelassen sind, in denen eine Summe der Längen der Betriebsabschnitte 90, 91 , 92, 93 kürzer ist als die Periodendauer t_Mux, mit der die Startpunkte der Betriebsabschnitte 91 , 93 bzw. 90, 92 beabstandet sind.

Bezugszeichen

10 Hausgerät 62 Spannungsabgriff

12 Induktionsheizvorrichtung 64 Schaltanordnung

14 Kochfeld platte 66 Schaltelement

16 Phase 68 Schaltelement

18 Leistungsmodul 70 Schaltelement

20 Induktionsheizeinheit 72 Schaltelement

22 Induktionsheizeinheit 74 Schaltelement

24 Induktionsheizeinheit 76 Schaltelement

26 Induktionsheizeinheit 78 gemeinsamer Kontakt

28 Bedieneinheit 79 gemeinsamer Kontakt

30 Heizfrequenzeinheit 80 Resonanzeinheit

32 Heizfrequenzeinheit 81 Resonanzeinheit

34 Steuereinheit 82 Resonanzkapazität

36 Gleichrichter 83 Resonanzkapazität

38 Pufferkapazität 84 Resonanzkapazität

40 Außenkontakt 85 Resonanzkapazität

42 Außenkontakt 86 Sensor

44 Schaltelement 88 Sensor

46 Schaltelement 90 Betriebsabschnitt

48 Dämpfungskondensator 91 Betriebsabschnitt

50 Dämpfungskondensator 92 Betriebsabschnitt

52 IGBT 93 Betriebsabschnitt

54 IGBT 98 Spannungsmessgerät

56 Diode

58 Diode

60 Spannungsabgriff

Claims

Patentansprüche

Induktionsheizvorrichtung, insbesondere Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einer Steuereinheit (34), zumindest einer ersten und einer zweiten Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) und zumindest einer ersten und einer zweiten Heizfrequenzeinheit (30, 32), die in zumindest einem Betriebsmodus, in dem die erste Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) direkt mit der ersten

Heizfrequenzeinheit (30, 32) verbunden ist und die zweite Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) direkt mit der zweiten Heizfrequenzeinheit (30, 32) verbunden ist, über die zumindest zwei Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (34) dazu vorgesehen ist, die Heizfrequenzeinheiten (30, 32) in einem Betriebsmodus, in dem die

Heizfrequenzeinheiten (30, 32) über die Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) verbunden sind, in sich voneinander unterscheidenden Betriebsabschnitten (90, 91 , 92, 93) zu betreiben.

Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Heizfrequenzeinheiten (30, 32) dazu vorgesehen sind, über eine einzelne Phase (16) betrieben zu werden.

Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch zumindest eine Resonanzeinheit (80, 81 ), die in zumindest einem Betriebszustand direkt mit einem gemeinsamen Kontakt (78, 79) zumindest der ersten und der zweiten Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) verbunden ist. Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (34) dazu vorgesehen ist, in einem Betriebsmodus, in dem die Heizfrequenzeinheiten (30, 32) über die

Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) verbunden sind und in den sich voneinander unterscheidenden Betriebsabschnitten (91 , 93) betrieben werden, Startpunkte von zumindest zwei aufeinanderfolgender Betriebsabschnitte (91 , 93) zumindest der ersten Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) mit maximal 1 s zu beabstanden.

Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch zumindest eine weitere Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) und eine Schaltanordnung (64), die dazu vorgesehen ist, durch Schaltbefehle der Steuereinheit (34) zumindest drei unterschiedliche Kombinationen von wenigstens einer der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten (30, 32) und zumindest einer der zumindest drei Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) direkt miteinander zu verbinden.

Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch zumindest einen Sensor (86, 88), der zumindest in einem Betriebsmodus, in dem die erste Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) direkt mit dem ersten Hochfrequenzerzeuger (30, 32) verbunden ist und die zweite Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) direkt mit der zweiten

Heizfrequenzeinheit (30, 32) verbunden ist, über die zumindest zwei

Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) verbunden sind, dazu vorgesehen ist, zumindest eine Leistungskenngröße der ersten Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) in dem Betriebsabschnitt (90, 92) der zweiten Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) zu messen. Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (34) dazu vorgesehen ist, in einem Betriebsmodus, in dem die Heizfrequenzeinheiten (30, 32) über die

Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) verbunden sind und in dem sowohl für die erste als auch die zweite Induktionsheizeinheit (20, 22, 24, 26) zumindest eine mittlere Leistung angefordert ist, die Heizfrequenzeinheiten (30, 32) in einem Modus mit phasenverzögerter Ansteuerung gleichzeitig zu betreiben.

Hausgerät mit einer Induktionsheizvorrichtung (12) nach einem der

vorhergehenden Ansprüche.

Verfahren zum Betrieb einer Induktionsheizeinrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 -7.