WO2012131571A1

WO2012131571A1 - Induktionsheizvorrichtung

Info

Publication number: WO2012131571A1
Application number: PCT/IB2012/051443
Authority: WO
Inventors: Daniel Anton Falcon; Miguel Angel BUÑUEL MAGDALENA; Jose-Ramon Garcia Jimenez; Jose Andres Garcia Martinez; Ignacio Garde Aranda; Pablo Jesus Hernandez Blasco; Sergio Llorente Gil; Alfonso Lorente Perez; David Ortiz Sainz; Ramon Peinado Adiego; Carmelo Pina Gadea; Diego Puyal Puente; Julio Rivera Peman
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2012-10-04
Also published as: EP2692205A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Induktionsheizvorrichtung, insbesondere einer Induktionskochfeldvornchtung, mit zumindest einem Leistungsmodul (18), zumindest zwei Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26), die zumindest in einem Betriebszustand von dem Leistungsmodul (18) mit Energie versorgt werden, und zumindest einer Steuereinheit (34). Um einen erhöhten Komfort zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, die Steuereinheit (34) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebsmodus eine der Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) mit einer Maximalleistung zu betreiben, die kleiner ist als 100 % einer verfügbaren Leistung des Leistungsmoduls (18).

Description

Induktionsheizvorrichtung

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

Es sind Induktionskochfelder mit einem Leistungsmodul und zwei Induktionsheizeinheiten, die zumindest in einem Betriebszustand von dem Leistungsmodul mit Energie versorgt werden, und einer Steuereinheit bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbessertem Komfort 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

Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einem Leistungsmodul, zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, Induktionsheizeinheiten, die zumindest in einem

Betriebszustand von dem Leistungsmodul mit Energie versorgt werden, und zumindest einer Steuereinheit.

Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebsmodus, insbesondere einem Betriebsmodus, in dem zumindest zwei der

Induktionsheizeinheiten betrieben werden, eine der Induktionsheizeinheiten mit einer Maximalleistung zu versorgen, die kleiner ist als 100 %, insbesondere kleiner ist als 95 %, vorteilhaft kleiner ist als 90 %, vorzugsweise kleiner ist als 85%, einer verfügbaren Leistung des Leistungsmoduls. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebsmodus eine der Induktionsheizeinheiten mit einer

Maximalleistung zu betreiben, die größer ist als 60 %, insbesondere größer ist als 65 %, vorteilhaft größer ist als 70 %, vorzugsweise größer ist als 75 %, einer verfügbaren

Leistung des Leistungsmoduls. Eine weitere Induktionsheizeinheit bzw. mehrere weitere Induktionsheizeinheiten kann bzw. können demnach mit Leistungen betrieben werden, die in Summe maximal 40 %, insbesondere maximal 30 %, vorzugsweise maximal 25 %, der verfügbaren Leistung entsprechen. Unter einem„Leistungsmodul" soll insbesondere eine Anordnung von elektronischen Bauteilen verstanden werden, die vorzugsweise dazu vorgesehen ist, elektrische Leistung, die das Leistungsmodul insbesondere von einer einzelnen Phase eines Hausnetzanschlusses, insbesondere eines

Dreiphasenanschlusses, bezieht, über eine Verteileranordnung, vorzugsweise eine Schaltanordnung, die zumindest ein mechanisches Schaltelement, insbesondere ein Relais, und/oder zumindest ein elektronisches Schaltelement, insbesondere einen Transistor, aufweist, den Induktionsheizeinheiten zuzuführen. Insbesondere weist das Leistungsmodul zumindest einen Spannungswandler, insbesondere zumindest eine Heizfrequenzeinheit und insbesondere zumindest einen Gleichrichter, auf, um eine

Netzwechselspannung in eine in den Induktionsheizeinheiten nutzbare Spannungsform, insbesondere eine hochfrequente Wechselspannung, umzuwandeln. Unter einer „Heizfrequenzeinheit" soll insbesondere eine elektrische Einheit verstanden werden, die ein oszillierendes elektrisches Signal, vorzugsweise mit einer Schaltfrequenz 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 eine 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 Heizfrequenzeinheit ist insbesondere an einer gemeinsamen Kontaktstelle zweier bidirektionaler unipolarer Schalter angeordnet. Unter einer "Induktionsheizeinheit" soll insbesondere eine Induktionsheizeinheit mit zumindest einem Induktionsheizelement verstanden werden. 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. Vorzugsweise weisen zumindest zwei der Induktionsheizeinheiten einen gemeinsamen Kontakt auf. Dadurch kann insbesondere eine Bauteilersparnis erreicht werden. Unter einem„gemeinsamen Kontakt" zweier Induktionsheizeinheiten soll insbesondere ein Stück eines elektrischen Leiters verstanden werden, der in jedem Betriebszustand direkt mit jeweils einem Pol der

Induktionsheizeinheiten verbunden ist und über den in einem Betriebszustand, in dem über zumindest einer der beiden Induktionsheizeinheiten eine Leistung abfällt, ein elektrischer Strom fließt. Vorteilhaft ist an dem gemeinsamen Kontakt eine

Resonanzeinheit angeordnet. 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 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 Heizfrequenzeinheit 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 einer„Steuereinheit" soll insbesondere eine elektronische Einheit verstanden werden, die vorzugsweise in einer Steuer- und/oder Regeleinheit einer Induktionsheizvorrichtung zumindest teilweise integriert ist und die vorzugsweise dazu vorgesehen ist, zumindest das Leistungsmodul, also die Heizfrequenzeinheiten und/oder die Schaltanordnung, 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„Maximalleistung" soll insbesondere eine Leistung verstanden werden, die über eine Zeitspanne von insbesondere zumindest 2 s, insbesondere zumindest 5 s, vorzugsweise zumindest 10s im Mittel abfällt und sich insbesondere von einer Leistung unterscheidet, die in irgendeinem regulären, also defektfreien, Betriebsmodus, überschritten wird. Insbesondere wird eine Maximalleistung durch eine obere Grenze eines Einstell- und/oder Bedienmittels festgelegt. Unter einer „verfügbaren Leistung" soll insbesondere eine geräteseitige Begrenzung der Leistung verstanden werden, die von dem Leistungsmodul über die Phase abgenommen werden kann. Insbesondere entspricht diese geräteseitige Begrenzung einer Einstellung, die einer maximalen Belastbarkeit der Phase, an der das Leistungsmodul angeschlossen ist, entspricht und insbesondere durch einen Bediener und/oder einen Servicetechniker festgelegt ist, und/oder die einer maximalen Belastbarkeit der elektronischen

Komponenten, insbesondere der Heizfrequenzeinheiten, des Leistungsmoduls entspricht und bei einem Produktionsprozess der Induktionsheizvorrichtung in einer Speichereinheit der Steuereinheit hinterlegt wurde. Darunter, dass eine Induktionsheizeinheit„betrieben" wird, soll insbesondere verstanden werden, dass die Steuereinheit die Schaltanordnung des Leistungsmoduls ansteuert, um eine direkte Verbindung zwischen der

Induktionsheizeinheit und zumindest einem Spannungsabgriff zumindest einer der

Heizfrequenzeinheiten herzustellen, und die zumindest eine Heizfrequenzeinheit, deren Spannungsabgriff direkt mit der Induktionsheizeinheit verbunden ist, ansteuert, um einen hochfrequenten Wechselstrom zu erzeugen, der in der Induktionsheizeinheit zu einem Leistungsabfall führt. 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 ist als 10 V/A, insbesondere kleiner ist als 1 V/A, vorzugsweise kleiner ist als 0,1 V/A 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 3 % schwankt. Es kann insbesondere ein erhöhter Komfort erreicht werden, da auch bei hoher Belastung einer der Induktionsheizeinheiten eine genügende Leistungsreserve besteht, die den übrigen Induktionsheizeinheiten zugeordnet werden kann.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass zumindest eine, insbesondere zumindest zwei, vorteilhaft jede der zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, Induktionsheizeinheiten dazu ausgelegt ist, zumindest 60 %, insbesondere zumindest 70 %, vorzugsweise zumindest 75 %, der verfügbaren Leistung des Leistungsmoduls aufzunehmen.

Insbesondere ist diese Induktionsheizeinheit dazu ausgelegt, maximal 95 %,

insbesondere maximal 90 %, vorzugsweise maximal 85 % der verfügbaren Leistung aufzunehmen. Darunter, dass die Induktionsheizeinheiten dazu„ausgelegt" sind, eine bestimmte Leistung aufzunehmen, soll insbesondere verstanden werden, dass diese Leistung gefahrlos über die Induktionsheizeinheiten in elektromagnetische Feldenergie und Wärme umgesetzt werden kann. Insbesondere wird dabei vermieden, dass eine durch den hochfrequenten Wechselstrom hervorgerufene Erwärmung der

Induktionsheizeinheit einen kritischen Wert überschreitet. Es kann insbesondere ein sicherer Betrieb bei größtmöglicher Kosten- und/oder Bauteilersparnis erreicht werden.

Insbesondere ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebsmodus, vorzugsweise einem Betriebsmodus, insbesondere in dem eine

Gesamtleistungsaufnahme kleiner ist als 1000 W, insbesondere kleiner ist als 700 W, vorzugsweise kleiner ist als 500 W, zumindest zwei der Induktionsheizeinheiten abwechselnd, insbesondere mit einer Periodendauer die maximal 7 s, insbesondere maximal 5 s, vorzugsweise maximal 2 s beträgt, vorzugsweise mit einer einzelnen der Heizfrequenzeinheiten, zu betreiben. Darunter, dass zwei Induktionsheizeinheiten „abwechselnd" betrieben werden, soll insbesondere verstanden werden, dass in zeitlich voneinander verschiedenen Betriebsabschnitten, also insbesondere Zeiträumen, in denen eine Induktionsheizeinheit von hochfrequentem Wechselstrom durchflössen wird, entweder eine erste oder eine zweite, oder insbesondere eine weitere,

Induktionsheizeinheit betrieben wird. Vorzugsweise liegt zwischen zwei

Betriebsabschnitten, in denen die erste Induktionsheizeinheit betrieben wird, ein

Betriebsabschnitt, in dem die zweite Induktionsheizeinheit betrieben wird. Vorzugsweise sind zwei direkt aufeinanderfolgende Zeiträume, in denen unterschiedliche Induktionsheizeinheiten betrieben werden, weniger als 1 s, insbesondere weniger als 0,3 s, vorteilhaft weniger als 100 ms, besonders vorteilhaft weniger als 30 ms und

vorzugsweise weniger als 10 ms, beabstandet. Insbesondere unterscheiden sich

Leistungen innerhalb unterschiedlicher Zeiträume um maximal 10 %, vorzugsweise maximal 5 %. Vorzugsweise sind Startpunkte von aufeinanderfolgenden

Betriebsabschnitten zumindest 30 ms, insbesondere zumindest 50 ms, vorzugsweise zumindest 100 ms und vorteilhaft maximal 5 s, insbesondere maximal 2 s, vorzugsweise maximal 1 ,9 s, zueinander beabstandet. Insbesondere beträgt ein Abstand zwischen den Startpunkten aufeinanderfolgender Betriebsabschnitte ein Vielfaches von 50 ms, insbesondere ein Vielfaches von 100 ms. Unter einer Gesamtleistungsaufnahme soll insbesondere eine Summe der für die Induktionsheizeinheiten angeforderten Leistungen verstanden werden. Es können insbesondere eine hohe Flexibilität und/oder ein geringer Flicker, also ins Netz rückkoppelnde Spannungsschwankungen, die auf

Leistungsschwankungen zurückzuführen sind, erreicht werden. Weiterhin kann eine Geräuschentwicklung durch Schwebungen im hörbaren Bereich zwischen

unterschiedlichen Schaltfrequenzen von mehreren Heizfrequenzeinheiten vermieden werden. In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Leistungsmodul zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten aufweist. Vorzugsweise werden wenigstens die zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten vom gleichen Wechselrichter versorgt. Insbesondere ist die Schaltanordnung des Leistungsmoduls dazu vorgesehen, zumindest eine, insbesondere zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, der Induktionsheizeinheiten direkt , insbesondere gleichzeitig, mit zumindest zwei der Heizfrequenzeinheiten, vorzugsweise mit den Spannungsabgriffen der Heizfrequenzeinheiten, zu verbinden. Es kann insbesondere eine erhöhte Flexibilität erreicht werden.

Insbesondere ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebsmodus eine der zumindest zwei Induktionsheizeinheiten mit zumindest zwei der

Heizfrequenzeinheiten in einem Boostmodus zu betreiben. Insbesondere wird die Induktionsheizeinheit mit einer maximal verfügbaren Anzahl, insbesondere jeder, der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten in einem Boostmodus betrieben. Unter einem „Boostmodus" soll insbesondere ein Betriebsmodus verstanden werden, in dem zumindest zwei der Heizfrequenzeinheiten des Leistungsmoduls gleichzeitig mit einer Induktionsheizeinheit verbunden sind und gleichzeitig jeweils einen hochfrequenten Wechselstrom erzeugen. Vorzugsweise sind die Schaltfrequenzen der

Heizfrequenzeinheiten gleich und insbesondere sind die hochfrequenten Wechselströme phasengleich. Es kann insbesondere ein erhöhter Komfort erreicht werden, da eine

Induktionsheizeinheit mit einer Leistung betrieben werden kann, die eine Leistung, die von einer einzelnen Heizfrequenzeinheit bereitgestellt werden kann, übersteigt. Weiterhin kann eine Effizienzsteigerung erreicht werden, da ein Energieverlust einer

Heizfrequenzeinheit überproportional zu einer durch die Heizfrequenzeinheit gelieferten Leistung ansteigt.

Vorteilhaft ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebsmodus zumindest zwei der Induktionsheizeinheiten abwechselnd in einem Boostmodus zu betreiben. Es kann insbesondere eine Effizienzsteigerung erreicht werden.

Vorteilhaft weist die Induktionsheizvorrichtung zumindest eine dritte Induktionsheizeinheit auf, die zumindest in einem Betriebszustand von dem Leistungsmodul mit Energie versorgt wird. Es kann insbesondere ein erhöhter Komfort und/oder 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 mit einer erfindungsgemäßen

Induktionsheizvorrichtung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Induktionsheizvorrichtung. 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 Schaltfrequenz 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 Schaltfrequenz 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 Bedieneinheit 28 ist als berührungsempfindliches Display ausgebildet. 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. Ein Filtermodul 17 ist dazu vorgesehen, Spannungsschwankungen und/oder Überspannungen einer an der Phase 16 anliegenden Netzspannung zwischen 220 V und 230 V mit einer Netzfrequenz zwischen 49 Hz und 51 Hz zu filtern. Ebenso filtert das Filtermodul 17 rückkoppelnde, durch das Leistungsmodul 18 verursachte hochfrequente Störspannungen, um deren Auswirkungen auf die Netzspannung zu vermeiden. Die gefilterte Netzspannung 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 jeweils 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 Heizfrequenzeinheiten 30, 32 direkt verbunden sein. Ebenso ist für jede der Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 ein Boostmodus, 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, aus einzelnen Kondensatoren gebildeten Resonanzkapazitäten 82, 84 und 83, 85 gebildet ist. Die Resonanzkapazitäten 82, 84 bzw. 83, 85 sind jeweils in Reihe geschaltet, wobei eine der Resonanzkapazitäten 82, 83 direkt mit einem der Außenkontakte 40 verbunden ist und die andere der

Resonanzkapazitäten 84, 85 direkt mit dem anderen Außenkontakt 42 verbunden ist. Beide Resonanzkapazitäten 82, 84 bzw. 83, 85 sind jeweils direkt mit den zwei

Induktionsheizeinheiten 20, 22 bzw. 24, 26 verbunden.

Die Induktionsheizvorrichtung 12 weist somit ein Leistungsmodul 18, eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26, die in jeweils einem Betriebszustand von dem Leistungsmodul 18 mit Energie versorgt werden, und eine Steuereinheit 34 auf. Die Steuereinheit 34 ist dazu vorgesehen, in einigen Betriebsmodi eine der Induktionsheizeinheiten 22, 24 mit einer Maximalleistung zu betreiben, die 80 % einer verfügbaren Leistung des Leistungsmoduls 18 entspricht, und in einigen der Betriebsmodi eine der Induktionsheizeinheiten 20, 26 mit einer maximalen Leistung zu betreiben, die 70 % einer verfügbaren Leistung des Leistungsmoduls 18 entspricht. Die Induktoren der Induktionsheizeinheiten 22, 24 weisen einen Durchmesser von 18 cm auf und die Induktoren der Induktionsheizeinheiten 20, 26 weisen einen Durchmesser von 15 cm auf. Die verfügbare Leistung ist durch die Belastbarkeit, der durch eine Sicherung begrenzten Phase gegeben. Sie beträgt 3650 W. Jede der Heizfrequenzeinheiten 30, 32 ist dazu ausgelegt, eine Leistung bereitzustellen, die 2000 W beträgt.

Es sind weitere Ausgestaltungen denkbar, in denen eine Begrenzung der Phase 16 zu einer verfügbaren Leistung von 4700 W oder mehr führt. In einer derartigen Ausgestaltung kann eine Anzahl der Heizfrequenzeinheiten 30, 32 beispielsweise auf drei erhöht werden oder können Heizfrequenzeinheiten 30, 32 genutzt werden, die dazu ausgelegt sind, eine höhere Leistung, beispielsweise 2500 W, bereitzustellen. Wenn eine Auslegung auf noch höhere Leistungen, beispielsweise 7000 W, stattfindet, würde entsprechend einer oder beiden dieser Möglichkeiten verfahren. Die Induktionsheizeinheiten 22, 24 sind dazu ausgelegt, dauerhaft 80 % der verfügbaren Leistung, also 2920 W in einer Ausgestaltung mit 3650 W Begrenzung, bzw. 3750 W in einer Ausgestaltung mit 4700 W Begrenzung, des Leistungsmoduls 18 aufzunehmen. Die Induktionsheizeinheiten 20, 26 sind dazu ausgelegt, dauerhaft 70 % der verfügbaren Leistung, also 2550 W in einer Ausgestaltung mit 3650 W Begrenzung, bzw. 3290 W in einer Ausgestaltung mit 4700 W Begrenzung, des Leistungsmoduls 18 aufzunehmen. Die Steuereinheit 34 ist dazu vorgesehen, in unterschiedlichen Betriebsmodi, in denen eine Gesamtleistungsaufnahme kleiner ist als 300 W, zwei, drei oder vier der

Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 in sich voneinander unterscheidenden

Betriebsabschnitten abwechselnd zu betreiben. Eine geringe Leistung ist dabei eine Leistung unter 500 W. Die Schaltelemente 66, 68, 72, 74 werden dabei entsprechend geschaltet, um jeweils eine direkte Verbindung zwischen der zu betreibenden

Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26 und einer der Heizfrequenzeinheiten 30, 32 herzustellen. Werden zwei der Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 abwechselnd betrieben, die mit unterschiedlichen Resonanzeinheiten 80, 81 direkt verbunden sind, ist die Steuereinheit 34 dazu vorgesehen, die Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 mit unterschiedlichen Heizfrequenzeinheiten 30, 32 zu verbinden. So kann auf ein

Umschalten der Schaltanordnung 64 zwischen den Betriebsabschnitten verzichtet werden. Werden zwei oder mehr Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26, von denen sich zumindest zwei eine Resonanzeinheit 80, 81 teilen, abwechselnd betrieben, werden die Induktionsheizeinheiten 20, 22 bzw. 24, 26 jeweils mit einer der Heizfrequenzeinheiten 30, 32 abwechselnd verbunden und von dieser betrieben. Zwischen zwei

aufeinanderfolgenden Betriebsabschnitten der beiden Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 liegt in einem derartigen Betriebsmodus eine Pause von mindestens 8 ms, um ein Umschalten der Schaltanordnung 64 zu ermöglichen.

Die Steuereinheit 34 ist dazu vorgesehen, in weiteren Betriebsmodi jeweils eine der vier Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 mit zumindest zwei der Heizfrequenzeinheiten 30, 32 in einem Boostmodus zu betreiben. Dazu wird die Schaltanordnung 64 derart angesteuert, dass beide Heizfrequenzeinheiten 30, 32 direkt mit der Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26 verbunden sind. Die Heizfrequenzeinheiten 30, 32 werden mit gleicher Schaltfrequenz betrieben und erzeugen phasengleiche hochfrequente Wechselströme, die sich in der jeweiligen Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26 addieren. Die Steuereinheit 34 ist dazu vorgesehen, in weiteren Betriebsmodi zwei, drei oder vier der Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 abwechselnd in einem Boostmodus zu betreiben. Dazu werden die Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 in unterschiedlichen Betriebsabschnitten jeweils direkt mit beiden Heizfrequenzeinheiten 30, 32 verbunden. Zwischen aufeinanderfolgenden Betriebsabschnitten liegt eine Pause von 8 ms, in der die Schaltanordnung 64 umgeschaltet wird, um die Verbindungen zwischen einer ersten Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26 und den Heizfrequenzeinheiten 30, 32 zu trennen und Verbindungen zwischen einer zweiten Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26 und den Heizfrequenzeinheiten 30, 32 herzustellen. Weiterhin sind Mischmodi denkbar, in denen in zumindest einem ersten Betriebsabschnitt zumindest eine der Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 in einem Boostmodus betrieben wird und in weiteren Betriebsabschnitten zumindest eine Induktionsheizeinheit 20, 22, 24, 26 von einer einzelnen Heizfrequenzeinheit 30, 32 betrieben wird. In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung mit drei Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24 wird auf die Schaltelemente 70, 76 und die Induktionsheizeinheit 26 verzichtet. Die Induktionsheizeinheit 24 wird durch eine Induktionsheizeinheit 24' ersetzt, die direkt mit dem dritten Kontakt des Schaltelements 72 verbunden ist. Die Induktionsheizeinheit 24' weist einen Induktor mit einem Durchmesser von 24 cm auf und ist dazu ausgelegt, eine Leistung aufzunehmen, die 80 % der verfügbaren Leistung des Leistungsmoduls 18 entspricht.

In weiteren Ausgestaltungsvarianten kommen andere, dem Fachmann bekannte, Schaltanordnungen 64 zum Einsatz. Insbesondere sind Schaltanordnungen denkbar, die lediglich die Induktionsheizeinheiten 22, 24 direkt mit beiden Heizfrequenzeinheiten 30, 32 gleichzeitig verbinden können.

Weiterhin sind Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen über Schaltelemente verschiedene Resonanzeinheiten den Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 zugeordnet werden können oder in denen zumindest einige der Induktionsheizeinheiten 20, 22, 24, 26 eigene, separate Resonanzeinheiten aufweisen.

Alternativ sind beliebige Anzahlen von zumindest drei Induktionsheizeinheiten und zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten denkbar, wobei die Anzahl der

Heizfrequenzeinheiten vorzugsweise zumindest der Hälfte der Anzahl der

Induktionsheizeinheiten entspricht und/oder eine Anzahl der Resonanzeinheiten vorzugsweise der Anzahl der Heizfrequenzeinheiten entspricht. Bezugszeichen

10 Hausgerät 60 Spannungsabgriff

12 Induktionsheizvorrichtung 62 Spannungsabgriff

14 Kochfeld platte 64 Schaltanordnung

16 Phase 66 Schaltelement

17 Filtermodul 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

44 Schaltelement

46 Schaltelement

48 Dämpfungskondensator

50 Dämpfungskondensator

52 IGBT

54 IGBT

56 Diode

58 Diode

Claims

Patentansprüche

1. Induktionsheizvorrichtung, insbesondere Induktionskochfeldvorrichtung, mit zumindest einem Leistungsmodul (18), zumindest zwei Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26), die zumindest in einem Betriebszustand von dem

Leistungsmodul (18) mit Energie versorgt werden, und zumindest einer

Steuereinheit (34), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (34) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebsmodus eine der

Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) mit einer Maximalleistung zu betreiben, die kleiner ist als 100 % einer verfügbaren Leistung des Leistungsmoduls (18).

2. Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Steuereinheit (34) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebsmodus eine der Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) mit einer maximalen Leistung zu betreiben, die größer ist als 60 % einer verfügbaren Leistung des

Leistungsmoduls (18).

3. Hausgerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der zumindest zwei

Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) dazu ausgelegt ist, zumindest 60 % der verfügbaren Leistung des Leistungsmoduls (18) aufzunehmen.

4. Hausgerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (34) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebsmodus zumindest zwei der Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) abwechselnd zu betreiben.

5. Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmodul (18) zumindest zwei

Heizfrequenzeinheiten (30, 32) aufweist.

6. Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die

Steuereinheit (34) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebsmodus eine der zumindest zwei Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) mit zumindest zwei der Heizfrequenzeinheiten (30, 32) in einem Boostmodus zu betreiben.

7. Induktionsheizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (34) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebsmodus zumindest zwei der Induktionsheizeinheiten (20, 22, 24, 26) abwechselnd in einem Boostmodus zu betreiben.

8. Induktionsheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch zumindest eine dritte Induktionsheizeinheit (20, 22, 24,

26), die dazu vorgesehen ist, zumindest in einem Betriebszustand von dem Leistungsmodul (18) mit Energie versorgt zu werden.

9. Hausgerät mit einer Induktionsheizvorrichtung (12) nach einem der

vorhergehenden Ansprüche.

10. Verfahren zum Betrieb einer Induktionsheizvorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.