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Die Erfindung betrifft ein Kochfeld, insbesondere ein Induktionskochfeld, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit einem derartigen Kochfeld nach dem Patentanspruch 9.
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Um Kochprozesse für den Benutzer immer einfacher, komfortabler und bzw. oder sicherer zu gestalten, wird angestrebt, dem Benutzer zusätzliche Informationen zur Verfügung zu stellen und bzw. oder zusätzliche Informationen automatisch zur Steuerung und bzw. oder Regelung des Kochprozesses zu verwenden.
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Dies kann z. B. die Erfassung der Temperatur eines Kochprozesses sein. Insbesondere kann das Erreichen des Siede- und Kochpunktes eines Kochprozesses von Interesse sein.
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Die
US 5 067 474 A betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung des Siedens oder Kochens einer Flüssigkeit in einem Kochgefäß. Es werden mittels eines Schwingungssensors die Schwingungen des Kochgefäßes erkannt, welche durch das Sieden bzw. Kochen entstehen können. Hierdurch soll z.B. eine Gasversorgung abgeschaltet werden, wenn die Flüssigkeit zum Sieden bzw. zum Kochen gebracht wurde.
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Nachteilig ist hierbei, dass diese Vorrichtung durch andere Schwingungen gestört werden kann, so dass eine Ermittlung des Siede- bzw. Kochpunktes und damit ein vorbestimmtes Abschalten des Kochprozesses nicht sicher erreicht werden kann.
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Die
DE 196 38 355 A1 betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Siede- und Kochpunktes einer Flüssigkeit bzw. eines Gemenges von Flüssigkeit und Kochgut in einem Gargefäß, wobei die Geräusche, die beim Aufheizen des befüllten Gargefäßes durch das Entstehen und Zerplatzen von Dampfblasen verursacht werden können, mit Hilfe mindestens eines außerhalb des Gargefäßes angeordneten schwingungsempfindlichen Sensors erfasst werden. Der Übergang vom Blasensieden zum sprudelnden Kochen soll mit Hilfe einer Frequenzanalyse erkannt werden.
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Aus der Druckschrift
US 6 583 392 B2 ist bekannt, von der Änderung eines Signals zwischen Sender und Empfänger auf eine Temperatur zu schließen. Auch die Druckschrift
DE 102 15 043 A1 befasst sich mit der Ermittlung einer Temperatur, nämlich der Temperatur eines Gargefäßes. Hierzu werden Oberflächenwellen verwendet. Oberflächenwellen werden nach der Offenbarung der
DE 103 42 006 C5 genutzt um eine Berührung einer Oberfläche durch einen menschlichen Finger zu detektieren.
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Auch die
WO 2011/ 069 695 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kochprozesses eines in einem Kochgefäß enthaltenen Kochguts, wobei auch hier das Geräusch des Kochprozesses mittels mindestens eines akustischen Sensors erfasst und der Verlauf des Geräusches direkt zur Bestimmung der Temperatur des Kochgutes ausgewertet wird.
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Nachteilig ist hierbei jeweils, dass ein akustisches Signal aufgenommen und ausgewertet wird. Dieses akustische Signal kann jedoch leicht z.B. in einer Küche durch andere Geräusche gestört werden. Insbesondere können diese Verfahren zur Ermittlung des Siede- und Kochpunktes nicht sicher angewendet werden, falls wenigstens zwei Kochprozesse zeitgleich auf demselben Kochfeld ablaufen. Denn zum einen können die erfassten akustischen Signale beider Kochprozesse keinem der beiden Kochprozesse eindeutig zugeordnet werden können. Zum anderen können die akustischen Signale eines Kochprozesses die akustischen Signale des anderen Kochprozesses derart überlagern, dass dessen Siede- und Kochpunkt gar nicht erkannt werden kann. Dies kann insbesondere dadurch auftreten, dass die lautesten Geräusche eines Kochprozesses durch Kavitation zu einem Zeitpunkt entstehen, wenn die Flüssigkeit kurz davor ist zu sieden, d.h. bei ca. 60°C bis 80°C. Dadurch ist es möglich, dass ein weiteres Gargeschirr lautere Geräusche erzeugt als das siedende bzw. kochende Gargeschirr, dessen Siede- und Kochpunkt in diesem Moment akustisch nicht wie gewünscht erkannt werden kann.
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Aus der
EP 2 574 145 A2 ist ein Verfahren zum Zubereiten von Lebensmitteln, die in einer in einem Kochgefäß enthaltenen Flüssigkeit gekocht werden, mittels einer Induktionsheizeinrichtung bekannt, wobei die Induktionsheizeinrichtung einen Schwingkreis mit einer Induktionsheizspule aufweist. Zur Ermittlung der Temperatur der Flüssigkeit wird eine Periodendauer einer eigenresonanten Schwingung des Schwingkreises fortlaufend ermittelt, da dieser Parameterwert des Schwingkreises von einer Temperatur des Kochgefäßes, insbesondere von der Temperatur des Kochgefäßbodens, abhängig ist.
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Nachteilig ist hierbei, dass auf diese Weise lediglich die Temperatur des Kochgefäßbodens erfasst werden kann, von der dann auf die Temperatur der Flüssigkeit geschlossen werden muss. Somit kann die Temperatur der Flüssigkeit lediglich indirekt ermittelt werden. Dies ist jedoch fehleranfällig, weil die Wärmeübertragung vom Kochgefäßboden in die Flüssigkeit z.B. durch die zu kochenden Lebensmittel als Wärmesenken wie z.B. Kartoffeln, Eier oder dergleichen signifikant behindert werden kann, siehe weiter unten. Dies kann zu einer vermeintlichen Erkennung einer Siede- bzw. Kochtemperatur im Kochgefäßboden führen, obwohl die Flüssigkeit tatsächlich noch gar nicht siedet bzw. kocht.
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Seitens der Fa. Miele ist eine Funktion „Miele Temp Control“ bekannt. Hierbei wird die Temperatur im Kochgefäßboden mittels eines Infrarotsensors durch die Oberfläche des Kochfeldes hindurch berührungslos gemessen.
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Nachteilig ist hierbei, dass auch in diesem Fall lediglich die Temperatur des Kochgefäßbodens erfasst werden kann, von der dann auf die Temperatur der Flüssigkeit geschlossen werden muss. Jedoch kann die Temperatur des Kochgefäßbodens durch die Temperatur des Lebensmittels im Kochgefäß beeinflusst werden. Ferner kann die Temperatur des Kochgefäßbodens durch eine Wärmeleitung der eingebrachten Leistung in horizontaler Richtung durch den Kochgefäßboden hindurch beeinflusst werden. Denn da z.B. Wasser beim Sieden unter Atmosphärendruck unabhängig von der eingebrachten Leistung eine Temperatur von ca. 100°C aufweist, kann eine Leistungssteigerung zwar zu mehr Dampfblasen und auch durch die Querwärmeleitung zu einer erhöhten Temperatur im Kochgefäßboden führen, aber nicht zu einer Erhöhung der Wasser- bzw. Lebensmitteltemperatur.
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Außerdem können Wärmesenken im Kochgefäß wie z.B. Kartoffeln oder Eier, die noch nicht durchgewärmt sind, nicht berücksichtigt werden. Diese können sich auf die Temperaturverteilung innerhalb des Kochgefäßes auswirken, weil am Kochgefäßboden entstehende Dampfblasen aufsteigen und an den noch nicht durchgewärmten Kartoffeln kondensieren können. Somit kann ein deutlicher Unterschied zwischen der Temperatur der Flüssigkeit und der Temperatur des Kochgefäßbodens bestehen. Dies kommt auch bei einer Einstellung der Kochleistung durch den Benutzer zum Tragen, denn da der Benutzer üblicherweise die Leistung des Kochfeldes subjektiv über die Menge der austretenden Blasen regelt, können diese Wärmesenken als nicht zu erfassende Störgröße des Regelkreises angesehen werden.
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Nachteilig ist ferner, dass ausschließlich eine Messung auf einem Induktionskochfeld möglich ist, da Gas oder Strahlungsbeheizung die Messung der niedrigen Temperaturen am Kochgefäßboden erschweren bzw. unmöglich machen kann. Nachteilig ist weiterhin, dass eine Erfassung einer Temperatur im Kochgefäßboden mittels eines Infrarotsensors bei einem Kochfeld mit Flächeninduktion zu starken Einschränkungen führen kann, da das zu überwachende Kochgefäß genau über der Sensorposition platziert werden muss.
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Neben der Erfassung der Temperatur eines Kochprozesses kann z. B. auch die Erfassung des Gewichts des Gargutes eines Kochprozesses von Interesse sein, um z.B. das Abmessen von Lebensmittelmengen für einen Kochprozess für den Benutzer zu vereinfachen.
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Bei dem Produkt „Thermomix“ sind Wägezellen in den Gerätefüßen untergebracht. Bei der Gewichtsmessung werden immer das Gesamtgewicht des Gerätes und die Lebensmittelmenge gemeinsam gewogen. Durch die Tara-Funktion können eine Gewichtszunahme und damit die Menge des eingefüllten Lebensmittels bestimmt werden.
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Nachteilig ist hierbei, dass diese Art des Wiegens lediglich für dieses bewegliche Produkt angewendet werden kann, welches ein Zusatzgerät für die Küche darstellt und Platz auf der Arbeitsfläche benötigt. Eine Anwendung auf ein Kochfeld ist nicht möglich, weil ein Kochfeld mit einer Arbeitsplatte bzw. mit einem Herd fest verbaut ist. Hierdurch wird eine relative Beweglichkeit über die Wägezellen zwischen Kochfeld und Untergrund, wie sie für diese Art der Gewichtsmessung erforderlich ist, verhindert.
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Seitens der Firma Panasonic wurde auf der IFA 2015 ein Kochfeld mit einer Wägefunktion vorgestellt, bei der die Messung über Dehnungsmessstreifen erfolgt, die unter der Glasplatte des Kochfeldes angeordnet sind. Die Gewichtskräfte erzeugen Spannungen in der gesamten Glasfläche, die in die Glasscheibe eingeleitet werden. Die Höhe der Spannung ist abhängig von der Position, an der die Gewichtskraft eingebracht wird.
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Nachteilig ist hierbei, dass von unten an die Kochfeldplatte gedrückte Heizelemente den Spannungsverlauf in der Kochfeldplatte beeinflussen können. Dies kann die Messung verfälschen.
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Seitens der Fa. Miele ist ein separates Gerät mit Wägezellen bekannt, welche z.B. neben dem Kochfeld in die Arbeitsplatte der Küche eingebaut sein kann. Die Funktionsfläche der Wägezelle auf der das zu wiegende Gut zu positionieren ist, ist hierbei eine Glasplatte aus Ceranglas. Die Glasplatte liegt dabei frei mit einem Luftspalt auf den Wägezellen auf, ohne eine weitere Ankopplung der Glasplatte an das Gehäuse der Wägezellen.
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Nachteilig ist hierbei, dass zum Wiegen ein separates Gerät verwendet werden muss, welches Platz in der Küche und insbesondere auf der Arbeitsplatte einnimmt. Nachteilig ist ferner, dass in den Luftspalt um die Glasplatte herum Flüssigkeit eindringen kann.
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Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Kochfeld der eingangs beschrieben Art bereitzustellen, so dass Informationen über einen Kochprozess einfacher, genauer und bzw. oder schneller erfasst werden können als bisher bekannt. Insbesondere soll eine Temperatur, insbesondere eine Siede- bzw. Kochtemperatur, und bzw. oder ein Gewicht und bzw. oder eine Gewichtsänderung eines Kochgeschirrs bzw. des Inhalts eines Kochgeschirrs einfacher, genauer und bzw. oder schneller erfasst werden können als bisher bekannt. Insbesondere soll dies für mehrere Kochprozesse zeitgleich, d.h. parallel zueinander, erfolgen können. Zumindest soll dies auf eine alternative Art und Weise durchgeführt werden können.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Kochfeld mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Kochfeld, insbesondere ein Induktionskochfeld, mit einer Kochfeldplatte, welche wenigstens eine erste Kochstelle aufweist.
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Das Kochfeld weist wenigstens eine erste Sender-Einheit zum Aussenden einer ersten akustischen Oberflächenwelle in die Kochfeldplatte hinein und wenigstens eine erste Empfänger-Einheit zum Erfassen der ersten akustischen Oberflächenwelle aus der Kochfeldplatte heraus auf. Eine akustische Oberflächenwelle (AOW) ist eine Körperschall-Welle, die sich planar auf einer Oberfläche eines Körpers, also nur in zwei Dimensionen, ausbreitet. Im Englischen wird eine akustische Oberflächenwelle als „surface acoustic wave“ (SAW) bezeichnet. Eine akustische Oberflächenwelle kann mittels eines elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktors erzeugt und mittels eines elektromagnetischen, optischen oder piezoelektrischen Sensors erfasst werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die erste akustische Oberflächenwelle unter einem Kochgeschirr, welches sich auf der ersten Kochstelle befindet, hindurch laufen kann. Dabei beschreiben die Elemente der Oberfläche der Kochfeldplatte eine elliptische Bahn. Sobald die Wellenbewegung der ersten akustischen Oberflächenwelle das Kochgeschirr erreicht, tritt die Oberfläche der Kochfeldplatte mit der Unterseite des Kochgeschirrs in Interaktion. Über Reibung wird dabei ein Teil der Wellenenergie in das Kochgeschirr ausgekoppelt, so dass sich die Energie der in der Kochfeldplatte weiterlaufenden ersten akustischen Oberflächenwelle verringert. Somit wird von der ersten Empfänger-Einheit eine unterschiedlich starke Restwelle erfasst, wobei die verbliebene Energie der erfassten ersten akustischen Oberflächenwelle von der Stärke der Kopplung zwischen Oberfläche der Kochfeldplatte und Unterseite des Kochgeschirrs abhängt. Auf diese Art und Weise kann die Stärke der Restwelle erfasst und der Verlauf der Kopplungseigenschaften ausgewertet werden.
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Hierbei hat sich gezeigt, dass sich ein Kochgeschirr mit siedendem Wasser einfacher auf der Oberfläche der Kochfeldplatte verschieben lässt als ein Kochgeschirr mit nicht-siedendem Wasser. Folglich verringert sich die Kopplung zwischen Unterseite des Kochgeschirrs und Oberfläche der Kochfeldplatte, wenn das Wasser siedet. Dies ist insbesondere bei Kochgeschirren ohne ferritisches Material der Fall, welche auf einer leistungsstarken Induktionskochstelle anfangen können zu wandern, wenn das Wasser siedet.
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Die einfachere Verschiebbarkeit des Kochgeschirrs auf der Oberfläche der Kochfeldplatte stellt dabei eine Gewichtsveränderung dar. Somit wird abhängig vom Gewicht des Kochgeschirrs inklusive Inhalt die erste akustische Oberflächenwelle mehr oder weniger stark gedämpft. Die Dämpfung der Welle kann somit erfindungsgemäß als Gewicht interpretiert werden. Zur Erfassung einer Gewichtsänderung kann ein leeres Kochgeschirr auf die erste Kochstelle des Kochfeldes gestellt werden. Diese plötzliche Veränderung der Kopplung zwischen Unterseite des Kochgeschirrs und Oberfläche der Kochfeldplatte kann vom Kochfeld erkannt und zur Auslösung einer Tara-Funktion verwendet werden. Wird dann das Kochgeschirr befüllt, kann dies über die Kopplung zwischen Unterseite des Kochgeschirrs und Oberfläche der Kochfeldplatte als Gewichtsveränderung gegenüber dem tarierten Zustand erkannt werden.
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Diese Veränderung der Kopplung zwischen Unterseite des Kochgeschirrs und Oberfläche der Kochfeldplatte kann über die erste akustische Oberflächenwelle erfasst und ausgewertet werden, um eine Temperatur wie z.B. eine Siede- bzw. Kochtemperatur, ein Gewicht und bzw. oder eine Gewichtsänderung des Kochgeschirrs bzw. des Inhalts des Kochgeschirrs bestimmen zu können. Diese Information kann dann z.B. dem Benutzer angezeigt und bzw. oder zur Steuerung und bzw. oder Regelung des Kochprozesses bzw. für Sicherheitsfunktionen wie eine Abschaltung bei zu starker Erwärmung der Kochstelle verwendet werden.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass kein Sensor am Kochgeschirr verwendet und insbesondere befestigt werden muss. Ferner kann die Betrachtung der Veränderung der Kopplung zwischen Unterseite des Kochgeschirrs und Oberfläche der Kochfeldplatte ortsunabhängig auf dem gesamten Kochfeld erfolgen. Somit ist die vorliegende Erfindung auch für den Einsatz bei vollflächigen Induktionskochfeldern geeignet. Zur Erkennung des Erreichens des Siedepunktes von Wasser kann ferner vorteilhafterweise eine Messgröße ausgewertet werden, deren Maximum direkt beim Sieden des Wassers auftritt, so dass dieser Zeitpunkt einfach und sicher erkannt werden kann.
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Zur Bestimmung des Gewichts bzw. der Gewichtsveränderung ist es vorteilhaft, dass direkt auf dem Kochfeld gewogen werden kann, ohne dass ein zusätzliches Gerät benötigt wird. Es gibt keine Spalte, in die Flüssigkeit eindringen kann. Das Gewicht kann örtlich begrenzt bestimmt werden, da sich die Kopplung zwischen Kochgeschirr und Oberfläche der Kochfeldplatte nur im Bereich des aufgestellten Kochgeschirrs ändert. Eine Positions-, Größen- und Formerkennung für Kochgeschirre ist ebenso möglich. Es befinden sich keine empfindlichen Sensorelemente direkt unter den mit hohen Temperaturen belasteten Kochgeschirren. Die Optik der Oberfläche der Kochfeldplatte wird durch die erste Sender-Einheit und die erste Empfänger-Einheit nicht verändert.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die kürzeste Entfernung zwischen der ersten Sender-Einheit und der ersten Empfänger-Einheit durch die Kochfeldplatte hindurch eine erste Messstrecke dar, wobei die erste Messstrecke, vorzugsweise mittig, durch die erste Kochstelle hindurchführt. Auf diese Weise kann gezielt die Kopplung zwischen der Unterseite des Kochgeschirrs und der Oberfläche der Kochfeldplatte einer bestimmten Kochstelle erfasst werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Kochfeld ferner eine Steuerungseinheit auf, welche ausgebildet ist, die Werte der ausgesendeten ersten akustischen Oberflächenwelle mit den Werten der erfassten ersten akustischen Oberflächenwelle, vorzugsweise hinsichtlich ihrer Amplituden, zu vergleichen. Durch einen derartigen Vergleich kann auf die Kopplung zwischen Unterseite des Kochgeschirrs und Oberfläche der Kochfeldplatte geschlossen und hieraus die zuvor beschriebenen Rückschlüsse gezogen werden. Hierzu kann vorzugsweise die Amplitude verwendet werden, welche ein Maß für den Anteil der über das Kochgeschirr aus der ausgesendeten ersten akustischen Oberflächenwelle ausgekoppelten Wellenenergie darstellt.
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Die Steuerungseinheit kann vorzugsweise als Mikrocontroller ausgebildet sein. Die Steuerungseinheit kann vorzugsweise der ersten Sender-Einheit das Signal der auszusendenden ersten akustischen Oberflächenwelle vorgeben bzw. dessen Aussendung veranlassen, so dass der Steuerungseinheit hierdurch die Werte der ausgesendeten ersten akustischen Oberflächenwelle bekannt sein können. Alternativ kann die Steuerungseinheit auch die Werte der ausgesendeten ersten akustischen Oberflächenwelle von der ersten Sender-Einheit erhalten. Seitens der ersten Empfänger-Einheit können die Werte der empfangenen ersten akustischen Oberflächenwelle der Steuerungseinheit zur Verfügung gestellt werden, so dass die Steuerungseinheit den Vergleich durchführen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Steuerungseinheit ausgebildet, Werte eines zeitlichen Verlaufs der Werte des Vergleichs zwischen ausgesendeter erster akustischer Oberflächenwelle und erfasster erster akustischer Oberflächenwelle zu speichern. Hierdurch kann eine Veränderung der Kopplung zwischen Unterseite des Kochgeschirrs und Oberfläche der Kochfeldplatte über die Zeit betrachtet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Steuerungseinheit ausgebildet, die Werte des gespeicherten zeitlichen Verlaufs des Vergleichs zwischen ausgesendeter erster akustischer Oberflächenwelle und erfasster erster akustischer Oberflächenwelle und bzw. oder die Werte des aktuellen Vergleichs zwischen ausgesendeter erster akustischer Oberflächenwelle und erfasster erster akustischer Oberflächenwelle mit wenigstens einem vorbestimmten Referenzwertverlauf bzw. mit wenigstens einem vorbestimmten Referenzwert zu vergleichen und hierdurch einen Wert einer Temperatur, insbesondere einer Siede- oder Kochtemperatur, und bzw. oder eines Gewichts und bzw. oder einer Gewichtsänderung eines auf der ersten Kochstelle befindlichen Kochgeschirrs zu bestimmen. Der Referenzwert kann fest vorbestimmt sein oder vorgegeben werden, z.B. durch ein Maß für die Kopplung zwischen Unterseite des Kochgeschirrs und Oberfläche der Kochfeldplatte bei ausgeschalteter, d.h. leistungsfreier, erster Kochstelle.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Sender-Einheit als erste Sender/Empfänger-Einheit ausgebildet, die erste akustische Oberflächenwelle sowohl auszusenden als auch zu empfangen, und die erste Empfänger-Einheit ist als zweite Sender/Empfänger-Einheit ausgebildet, die erste akustische Oberflächenwelle sowohl auszusenden als auch zu empfangen. Auf diese Weise können die beiden Kommunikationspartner der ersten akustischen Oberflächenwelle ihre Funktionen untereinander vertauschen, was mehr Möglichkeiten bei der Erfassung und Auswertung der Kopplung zwischen Unterseite des Kochgeschirrs und Oberfläche der Kochfeldplatte schaffen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Sender-Einheit ferner zum Aussenden einer zweiten akustischen Oberflächenwelle in die Kochfeldplatte hinein ausgebildet, wobei das Kochfeld ferner wenigstens eine zweite Empfänger-Einheit zum Erfassen der zweiten akustischen Oberflächenwelle aus der Kochfeldplatte heraus aufweist, wobei vorzugsweise die kürzeste Entfernung zwischen der ersten Sender-Einheit und der zweiten Empfänger-Einheit durch die Kochfeldplatte hindurch eine zweite Messstrecke darstellt und die zweite Messstrecke, vorzugsweise mittig, durch eine zweite Kochstelle des Kochfeldes hindurchführt. Auf diese Weise können mehrere Kochstellen zeitgleich und parallel zueinander betrachtet werden, wobei sich die unterschiedlichen Kopplungen über die beiden unterschiedlichen akustischen Oberflächenwellen voneinander differenzieren lassen. Hierdurch kann z.B. sichergestellt werden, dass die Betrachtung einer Kochstelle nicht durch das beginnende Sieden der anderen Kochstelle gestört wird.
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Hierbei ist es auch möglich, zwei verschiedene akustische Oberflächenwellen durch zwei unterschiedliche Sender-Einheiten aussenden und durch eine gemeinsame Empfänger-Einheit erfassen zu lassen, da sich die beiden akustischen Oberflächenwellen aufgrund ihrer Signale wie z.B. Frequenzen unterscheiden lassen können.
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Ferner ist es möglich, dass eine Sender-Einheit eine erste akustische Oberflächenwelle ringförmig an mehrere Empfänger-Einheiten abstrahlt, so dass mit einer akustischen Oberflächenwelle mehrere Kochstellen betrachtet werden können. Bei einer nicht eindeutigen geometrischen Zuordnung von Sender-Einheit und Empfänger-Einheit kann eine Unterscheidung der Signale der akustischen Oberflächenwellen durch einen zeitlichen Versatz der Sender-Einheit leicht zu erreichen sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Sender-Einheit als erste Sender/Empfänger-Einheit ausgebildet ist, die zweite akustische Oberflächenwelle sowohl auszusenden als auch zu empfangen, und die zweite Empfänger-Einheit ist als dritte Sender/Empfänger-Einheit ausgebildet, die zweite akustische Oberflächenwelle sowohl auszusenden als auch zu empfangen. Auf diese Weise können auch bei der Verwendung von zwei Messstrecken zur zeitgleichen Betrachtung von zwei Kochstellen die erweiterten Möglichkeiten genutzt werden, welche sich bieten, wenn alle beteiligten Sender- bzw. Empfänger-Einheiten die beiden akustischen Oberflächenwellen sowohl aussenden als auch empfangen können.
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Hierbei ist es auch vorstellbar, eine dritte Messtrecke zur Betrachtung einer dritten Kochstelle zwischen der zweiten Sender/Empfänger-Einheit und der dritten Sender/Empfänger-Einheit vorzusehen, wobei dann alle drei Sender/Empfänger-Einheiten ihre Funktionen, vorzugsweise abwechselnd reihum, untereinander tauschen können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Sender-Einheit bzw. die erste Sender/Empfänger-Einheit und bzw. oder die erste Empfänger-Einheit bzw. die zweite Sender/Empfänger-Einheit und bzw. oder die zweite Empfänger-Einheit bzw. die dritte Sender/Empfänger-Einheit als Interdigital-Transducer ausgebildet. Unter einem Interdigital-Transducer (IDT) ist ein Transducer zu verstehen, welcher fingerartige Strukturen aufweist, die wie Zinken zweier Kämme aussehen und die ohne sich zu berühren ineinandergreifen. Ein Interdigital-Transducer kann sowohl als Sender als auch als Empfänger von akustischen Oberflächenwellen verwendet werden. Vorteilhaft ist dabei, dass ein Interdigital-Transducer beide Funktionen des Aussendens und des Empfangens ausführen kann. Ferner kann ein Interdigital-Transducer einfach, günstig und kompakt umgesetzt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die ausgesendete erste akustische Oberflächenwelle und bzw. oder die zweite akustische Oberflächenwelle ein Burst-Signal auf. Ein Burst-Signal ist in der Nachrichtentechnik und der elektrischen Messtechnik ein Signal mit einer begrenzten Anzahl von Schwingungen fester Frequenz, d.h. ein Burst-Signal weist eine bestimmte, feste Dauer auf. Im Gegensatz zu einem andauernden z.B. Sinussignal, das nur eine Frequenzkomponente besitzt, ist die Bandbreite eines Burst-Signals umso größer, je kürzer der Burst ist. Burst-Signale können zu Prüfzwecken eingesetzt werden und eignen sich daher zur wiederkehrenden Messung der Kopplung zwischen Unterseite des Kochgeschirrs und Oberfläche der Kochfeldplatte.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass sich bei der Verwendung von Burst-Signalen keine stehende Welle in der Kochfeldplatte ausbilden kann. Auf diese Weise können ferner störende Echos vom Rand des Kochfelds ausgeschlossen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Wellenlänge der ausgesendeten ersten akustischen Oberflächenwelle und bzw. oder der zweiten akustischen Oberflächenwelle klein im Vergleich zur Dicke der Kochfeldplatte, vorzugsweise liegt sie mit Bereich zwischen ca. 20µm und ca. 400µm. Durch die Verwendung derartiger akustischer Oberflächenwellen, welche auch als Rayleigh-Wellen bezeichnet werden, können elliptische Bahnbewegungen der akustischen Oberflächenwellen erreicht werden, deren Amplitude exponentiell mit der Entfernung von der Grenzfläche abnimmt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen eines Wertes einer Temperatur, insbesondere einer Siede- oder Kochtemperatur, und bzw. oder eines Gewichts und bzw. oder einer Gewichtsänderung eines auf einer ersten Kochstelle eines Kochfeldes wie zuvor beschrieben befindlichen Kochgeschirrs mit den Schritten:
- • Aussenden einer ersten akustischen Oberflächenwelle in eine Kochfeldplatte des Kochfeldes hinein,
- • Erfassen der ersten akustischen Oberflächenwelle aus der Kochfeldplatte heraus, und
- • Vergleichen des Wertes der ausgesendeten ersten akustischen Oberflächenwelle mit dem Wert der erfassten ersten akustischen Oberflächenwelle, vorzugsweise hinsichtlich ihrer Amplituden.
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Die diesbezüglichen Eigenschaften und Vorteile wurden bereits zuvor mit Bezug auf das erfindungsgemäße Kochfeld beschrieben, so dass diese hier nicht wiederholt werden sollen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner den Schritt auf:
- • Speichern von Werten eines zeitlichen Verlaufs des Vergleichs zwischen ausgesendeter erster akustischer Oberflächenwelle und erfasster erster akustischer Oberflächenwelle.
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Die diesbezüglichen Eigenschaften und Vorteile wurden bereits zuvor mit Bezug auf das erfindungsgemäße Kochfeld beschrieben, so dass diese hier nicht wiederholt werden sollen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner den Schritt auf:
- • Vergleichen der Werte des gespeicherten zeitlichen Verlaufs des Vergleichs zwischen ausgesendeter erster akustischer Oberflächenwelle und erfasster erster akustischer Oberflächenwelle und bzw. oder des aktuellen Vergleichs zwischen ausgesendeter erster akustischer Oberflächenwelle und erfasster erster akustischer Oberflächenwelle mit wenigstens einem vorbestimmten Referenzwertverlauf bzw. mit wenigstens einem vorbestimmten Referenzwert.
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Die diesbezüglichen Eigenschaften und Vorteile wurden bereits zuvor mit Bezug auf das erfindungsgemäße Kochfeld beschrieben, so dass diese hier nicht wiederholt werden sollen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner den Schritt auf:
- • Bestimmen eines Wertes einer Temperatur, insbesondere einer Siede- oder Kochtemperatur, und bzw. oder eines Gewichts und bzw. oder einer Gewichtsänderung des auf der ersten Kochstelle befindlichen Kochgeschirrs aus dem Vergleich des vorangegangenen Schrittes.
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Die diesbezüglichen Eigenschaften und Vorteile wurden bereits zuvor mit Bezug auf das erfindungsgemäße Kochfeld beschrieben, so dass diese hier nicht wiederholt werden sollen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
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1 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Kochfeld ohne Kochgeschirr;
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2 eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Kochfeld der 1 mit Kochgeschirr; und
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3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Kochfeld 1 ohne Kochgeschirr 2. Das Kochfeld 1 weist eine Kochfeldplatte 10 mit einer ersten Kochstelle 11 und mit einer zweiten Kochstelle 12 auf, welche beide kein Kochgeschirr 2 aufweisen (gestrichelte Darstellung der Kochstellen 11, 12). Zwischen den beiden Kochstellen 11, 12 weist das Kochfeld 1 oben mittig eine erste Sender-/Empfänger-Einheit 13 auf. Unten rechts weist das Kochfeld 1 eine zweite Sender-/Empfänger-Einheit 14 und unten links eine dritte Sender-/Empfänger-Einheit 15 auf. Die drei Sender-/Empfänger-Einheiten 13, 14, 15 sind mit einer Steuerungseinheit 16 in Form eines Mikrocontrollers 16 signalführend verbunden (nicht dargestellt).
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Die erste Sender-/Empfänger-Einheit 13 und die zweite Sender-/Empfänger-Einheit 14 bilden eine erste Messstrecke U, welche direkt zwischen ihnen gradlinig durch die Oberfläche der Kochfeldplatte 10 verläuft. Dabei sind die erste Sender-/Empfänger-Einheit 13 und die zweite Sender-/Empfänger-Einheit 14 derart angeordnet, dass die erste Messstrecke U mittig durch die kreisrunde erste Kochstelle 11 verläuft.
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Die erste Sender-/Empfänger-Einheit 13 und die dritte Sender-/Empfänger-Einheit 15 bilden eine zweite Messstrecke V, welche direkt zwischen ihnen gradlinig durch die Oberfläche der Kochfeldplatte 10 verläuft. Dabei sind die erste Sender-/Empfänger-Einheit 13 und die dritte Sender-/Empfänger-Einheit 15 derart angeordnet, dass die zweite Messstrecke V mittig durch die kreisrunde zweite Kochstelle 12 verläuft.
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Auf der ersten Messtrecke U kann nun z.B. von der ersten Sender-/Empfänger-Einheit 13 eine erste akustische Oberflächenwelle A durch die Oberfläche der Kochfeldplatte 10 hindurchgeleitet werden, welche die erste Kochstelle 11 passiert und von der zweiten Sender-/Empfänger-Einheit 14 erfasst werden kann. Die Werte der von der ersten Sender-/Empfänger-Einheit 13 ausgesendeten ersten akustischen Oberflächenwelle A und der von der zweiten Sender-/Empfänger-Einheit 14 erfassten ersten akustischen Oberflächenwelle A können nun von der Steuerungseinheit 16 miteinander verglichen werden, um z.B. einen Energieverlust der ersten akustischen Oberflächenwelle A über die erste Messstrecke U hinweg feststellen zu können. Dies gilt ebenso für die zweite Messtrecke V.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Kochfeld 1 der 1 mit Kochgeschirr 2. In diesem Fall befindet sich ein Kochgeschirr 2 in Form eines Kochtopfes 2 auf der ersten Kochstelle 11, d.h. auf dem Weg der ersten Messstrecke U. Somit läuft die erste akustische Oberflächenwelle A unter dem Kochgeschirr 2 hindurch, wobei über Reibung ein Teil der Energie der ersten akustischen Oberflächenwelle A in das Kochgeschirr 2 ausgekoppelt wird, so dass sich die Energie der in der Kochfeldplatte 10 weiterlaufenden ersten akustischen Oberflächenwelle A verringert. Dieser Energieverlust findet sich in der von der zweiten Sender-/Empfänger-Einheit 14 erfassten ersten akustischen Oberflächenwelle A wieder und kann durch den Vergleich der Steuerungseinheit 16 erkannt werden.
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Hieraus lässt sich wie folgt auf z.B. die Temperatur z.B. des Wassers im Kochgeschirr 2 schließen. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens:
In einem ersten Schritt 100 wird die erste akustische Oberflächenwelle A von der ersten Sender-/Empfänger-Einheit 13 in die Kochfeldplatte 10 des Kochfeldes 1 hinein ausgesendet.
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In einem zweiten Schritt 200 wird die erste akustische Oberflächenwelle A von der zweiten Sender-/Empfänger-Einheit 14 aus der Kochfeldplatte 10 heraus erfasst.
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In einem dritten Schritt 300 wird der Wert der Amplitude der ausgesendeten ersten akustischen Oberflächenwelle A mit dem Wert der Amplitude der erfassten ersten akustischen Oberflächenwelle A durch die Steuerungseinheit 16 verglichen.
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In einem vierten Schritt 400 werden die Werte eines zeitlichen Verlaufs des Vergleichs zwischen ausgesendeter erster akustischer Oberflächenwelle A und erfasster erster akustischer Oberflächenwelle A von der Steuerungseinheit 16 gespeichert.
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In einem fünften Schritt 500 werden die Werte des gespeicherten zeitlichen Verlaufs des Vergleichs zwischen ausgesendeter erster akustischer Oberflächenwelle A und erfasster erster akustischer Oberflächenwelle A bzw. des aktuellen Vergleichs zwischen ausgesendeter erster akustischer Oberflächenwelle A und erfasster erster akustischer Oberflächenwelle A mit einem vorbestimmten Referenzwertverlauf bzw. mit einem vorbestimmten Referenzwert durch die Steuerungseinheit 16 verglichen.
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In einem sechsten Schritt 600 wird aus dem Vergleich des vorangegangenen Schrittes 500 ein Wert bestimmt, der in diesem Fall angibt, ob eine Siedetemperatur erreicht ist. Ist dies der Fall, kann z.B. der Benutzer hierauf durch optische und bzw. oder akustische Signalmittel aufmerksam gemacht und bzw. oder die Leistungsstufe der ersten Kochstelle 11 reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- A
- erste akustische Oberflächenwelle
- B
- zweite akustische Oberflächenwelle
- U
- erste Messstrecke zwischen erster Sender/Empfänger-Einheit 13 und zweiter Sender/Empfänger-Einheit 14
- V
- zweite Messstrecke zwischen erster Sender/Empfänger-Einheit 13 und dritter Sender/Empfänger-Einheit 15
- 1
- (Induktions-)Kochfeld
- 10
- Kochfeldplatte
- 11
- erste Kochstelle
- 12
- zweite Kochstelle
- 13
- erste Sender-Einheit bzw. erste Sender/Empfänger-Einheit bzw. IDT
- 14
- erste Empfänger-Einheit bzw. zweite Sender/Empfänger-Einheit bzw. IDT
- 15
- zweite Empfänger-Einheit bzw. dritte Sender/Empfänger-Einheit bzw. IDT
- 16
- Steuerungseinheit; Mikrocontroller
- 2
- Kochgeschirr; Kochtopf
- 100
- Aussenden erste akustische Oberflächenwelle A
- 200
- Erfassen erste akustische Oberflächenwelle A
- 300
- Vergleichen ausgesendete und erfasste erste akustische Oberflächenwelle A
- 400
- Speichern zeitlicher Verlauf des Vergleichs 300
- 500
- Vergleichen gespeicherter Verlauf 400 mit Referenzwert
- 600
- Bestimmen Temperatur, Siede- oder Kochtemperatur, Gewicht, Gewichtsänderung
