-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrzweck-Induktionskochstelle.
-
Auf
einigen industriellen Gebieten kommt es vor, dass in Massenproduktion
hergestellte Produkte für
eine Verwendung durch das "breite
Publikum" (im Haushalt)
an eine "professionelle" Verwendung angepasst
werden können,
für die
die Produkte im Allgemeinen in Kleinserie hergestellt werden. Wenn
die Anpassung leicht erfolgen kann und die Mehrheit der Elemente
der Produkte für
das breite Publikum unverändert
oder mit geringfügigen
Veränderungen
verwendet werden können,
können
die Herstellungskosten der Produkte mit professioneller Verwendung deutlich
gesenkt werden.
-
Das
Gebiet des Kochens mit Induktion ist ein Gebiet, bei dem eine derartige
Anpassung in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhaft wäre. In Europa
werden nämlich
jährlich
mehrere hunderttausend Induktionskochstellen für eine Verwendung durch das
breite Publikum hergestellt, während
jährlich
einige tausend Kochstellen zur professionellen Verwendung (beispielsweise
für Restaurants)
hergestellt werden. Es ist jedoch anzumerken, dass die Induktoren
der Kochstellen zur professionellen Verwendung viel größer sein
und eine höhere
Leistung aufweisen müssen als
die der Induktoren der Kochstellen zur Verwendung durch das breite
Publikum, da die professionellen Töpfe viel größer sind als die Töpfe, die
im Haushalt verwendet werden.
-
Eine
erste Lösung
würde darin
bestehen, mehrere Generatoren mit Mehrfachinduktoren parallel zu
schalten, wie z.B. in der französischen
Patentanmeldung 9414818 angegeben ist, wobei diese Induktoren konzentrisch
sind, wie im französischen
Patent 2672763 und wie im europäischen
Patent 0498735 angegeben ist. Um die Verknüpfung mehrerer Generatoren
geringer Leistung zu ermöglichen, erfordert
eine derartige Lösung
jedoch die Synchronisierung der Frequenz und der Phase der verschiedenen
Generatoren. Die hohe gegenseitige Induktion zwischen den konzentrischen
Wicklungen der verschiedenen Induktoren erzeugt nämlich Frequenzüberlagerungen
zwischen den Generatoren, wenn diese bei unterschiedlichen Frequenzen
arbeiten. Diese Überlagerungen
erfolgen bei hörbaren
Frequenzen, die für
die Benutzer sehr störend
sind. Die Anwendung der Synchronisierung der Generatoren ist technisch
einfach durchzuführen,
führt jedoch
zur Auflösung
der Vereinheitlichung der Generatoren. Dies steht im Gegensatz zu
dem oben genannten Ziel, nämlich
die einheitliche Gestaltung der Bestandteile für die Verwendung durch das
breite Publikum und die professionelle Verwendung.
-
Gemäß der deutschen
Patentanmeldung 19 500 449 und der entsprechenden europäischen Patentanmeldung
0 722 261 ist eine Kochplatte bekannt, die unter anderem Induktionskochstellen
aufweist. In einer der in Betracht gezogenen Ausgestaltungen (3)
können
mehrere voneinander getrennte Induktoren gleichzeitig gespeist werden,
um ein Gefäß mit großem Durchmesser
zu erwärmen. Jeder
dieser Induktoren wird von seinem eigenen Wandler gespeist. In dieser
bekannten Ausgestaltung liegen die Induktoren nah beieinander, und wenn
mehrere von ihnen gleichzeitig gespeist werden, um ein großes Gefäß zu erwärmen, wie
in 3 dargestellt, führt die hohe gegenseitige Induktion
zwischen den gespeisten Induktoren zu den gleichen Störungen wie
die oben erwähnten,
wenn ihre Speisung hinsichtlich der Frequenz und der Phase nicht synchronisiert
wird.
-
Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Induktionskochstelle
zur professionellen Verwendung, die Elemente verwenden kann, die
bereits bei den Produkten für
das breite Publikum verwendet werden, wobei an diesen Elementen
für das
breite Publikum so wenig Veränderungen
oder Anpassungen wie möglich
vorgenommen und dabei Kochstellen erhalten werden, die so homogen
wie möglich Gefäße unterschiedlicher
Größe erwärmen können, und
die die Normen hinsichtlich der elektromagnetischen Störungen einhält.
-
Die
erfindungsgemäße Kochstelle
ist eine Mehrzweck-Induktionskochstelle mit mindestens zwei identischen
Induktoren, die voneinander getrennt sind, wobei die von mindestens
zwei Induktoren eingenommene Fläche
im Wesentlichen der Fläche
mindestens eines Teils der zu erwärmenden Gefäße entspricht, und sie ist
dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Generator aufweist,
der über
einen Schalter abwechselnd mit jedem der Induktoren eines Induktorenpaares
verbunden ist.
-
Die
Kochstelle weist vorteilhafterweise eine Vorrichtung zur Erfassung
einer Fehlanpassung eine Gruppe von Induktoren in Abhängigkeit
von der Dezentrie rung des mindestens zwei Induktoren bedeckenden
Gefäßes und
eine Vorrichtung zur Anzeige dieser Dezentrierung auf.
-
Die
vorliegende Erfindung wird beim Lesen der ausführlichen Beschreibung mehrerer
Ausführungsformen,
die als nicht einschränkende
Beispiele angegeben und in der Zeichnung veranschaulicht sind, besser
verstanden. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
perspektivische Teilansicht einer Kochstelle mit zwei Standardinduktoren
zur Verwendung durch das breite Publikum mit einer Darstellung des
vereinfachten Schemas des entsprechenden Generators,
-
2 eine
vereinfachte perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kochstelle
mit vier Standardinduktoren, die von zwei Standardgeneratoren gespeist
werden, wobei die Induktoren und die Generatoren denjenigen aus 1 entsprechen,
-
3 eine
Teilansicht von oben der Kochstelle aus 2, ohne
Gefäß,
-
4 eine
Teilansicht von oben der Kochstelle aus 2, auf die
ein langgestrecktes Gefäß korrekt
positioniert ist,
-
5 eine
Draufsicht der Stromleiter eines Ausführungsbeispiels für eine Kochstelle
mit vier Standardinduktoren mit besonderen Formen, die durch Drucktechnik
hergestellt sind, die von der Erfindung verwendet werden kann,
-
6 eine
vereinfachte Draufsicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Anzeige der Dezentrierung eines Gefäßes bezüglich einer entsprechenden
Gruppe von Induktoren, und
-
7 eine
vereinfachte Draufsicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Kochstelle
mit drei Induktoren.
-
Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der Gestaltung einer
Induktionskochstelle für eine
professionelle Küche
beschrieben, sie kann jedoch selbstverständlich in anderen Anwendungen als
die Küche
eingesetzt werden.
-
Das
in 1 dargestellte Kochgerät besteht aus zwei Haushaltskochstellen,
die Töpfe,
wie etwa die Töpfe 2, 3,
durch Induktion erwärmen
sollen, welche z.B. auf einer Trägerplatte 4,
beispielsweise aus Glaskeramik, über
zwei unter der Trägerplatte 4 befestigte
Induktoren 5 bzw. 6 angeordnet sind. Die Böden der
Töpfe 2, 3 haben
z.B. im Wesentlichen die gleiche Fläche wie die Induktoren 5, 6.
Es ist jedoch anzumerken, dass ein Topf mit einem kleineren Durchmesser
als der des Induktors (z.B. ein Topf mit einem Durchmesser von 100
mm auf einem Induktoren mit einem Durchmesser von 160 mm) mit geringer
Leistung erwärmt
werden kann. Die Induktoren 5, 6 sind über einen
Schalter 7A, mit dem die Leistung des Generators abwechselnd
zu Induktor 5 und zu Induktor 6 geleitet werden
kann, mit einem Hochfrequenzgenerator 7 verbunden. Durch
Veränderung des
Umschalt-Tastverhältnisses
können
die beiden Induktoren mit verschiedenen Leistungen gespeist werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel
weist eine Kochstelle vier Induktoren auf, wobei jede Gruppe aus
zwei Induktoren über
einen Schalter von einem Generator von 2800 W gespeist wird. Diese
Induktoren haben einen Durchmesser von 160 mm und liefern jeweils
eine maximale Leistung von 1400 W (d.h. 2800 W mit einem Tastverhältnis von
0,5).
-
In 2 ist
ein Topf 21 zur professionellen Verwendung dargestellt,
der viel größer ist
als die Töpfe 2 und 3.
Im vorliegenden Beispiel besitzt der Topf 21, der wie die
Töpfe 2 und 3 einen
kreisförmigen
Querschnitt aufweist, einen Durchmesser von etwa 380 mm. Das Kochgerät 22,
das in diesen Figuren teilweise dargestellt ist, weist mehrere Kochstellen
auf, die jeweils einen Topf wie etwa Topf 21 durch Induktion
erwärmen
können,
oder, wie in den 4 und 7 dargestellt,
Töpfe mit
größeren Abmessungen
als die Töpfe 2 und 3,
jedoch mit Abmessungen und Formen, die sich von denen des Topfes 21 unterscheiden.
In den 4 und 7 ist durch einen Kreis der
Boden des auf der Kochstelle angeordneten Topfes dargestellt. Dieser
Kreis könnte
auch beispielsweise einer (z.B. siebgedruckten) Markierung entsprechen,
die auf der die Induktoren bedeckenden Isolierplatte realisiert
ist, um die Position der Kochstelle für große Töpfe für den Benutzer zu materialisieren.
Die Kochstelle 23, die in den 2 und 3 als
einzige dargestellt, weist vier Induktoren mit den Bezugszeichen 24 bis 27 auf,
die mit den Induktoren 5 und 6 identisch sind,
untereinander identisch sind und "Standardinduktoren" genannt werden, d.h. Induktoren, die
in Massenfertigung für
Haushaltsgeräte
hergestellt werden und somit kostengünstig sind. Die Induktoren 24 und 25,
wie auch die Induktoren 26 und 27, sind bezüglich der
Mitte 28 der Kochstelle 23 symmetrisch angeordnet.
Die Mittelpunkte der Induktoren 24 bis 27 haben
alle den gleichen Abstand zur Mitte 28 und sind somit auf
einem Kreis angeordnet, entlang dem sie in gleichmäßigen Abständen angeordnet
sind.
-
Um
die Effekte der gegenseitigen Induktion zwischen Induktoren zu minimieren,
speisen die Generatoren vorzugsweise gleichzeitig zwei Induktoren, die
bezüglich
der Mitte 28 symmetrisch angeordnet sind, d.h. die Induktoren
mit dem größten Abstand zueinander.
Bei dem in den 2 und 3 veranschaulichten
Fall werden die Induktoren 24 und 26 somit periodisch
von einem ersten Generator 30 gespeist, während die
Induktoren 25 und 27 periodisch von einem zweiten
Generator 29 gespeist werden, d.h. dass bei einer gegebenen
Halbperiode der Generator 29 den Induktor 25 speist
und der Generator 30 den Induktor 24 speist, während in
der darauffolgenden Halbperiode die beiden anderen Induktoren von
den entsprechenden Generatoren gespeist werden. Somit wird die Gefahr
von Interferenzen zwischen Induktoren vermieden, die gleichzeitig
von zwei asynchronen Generatoren gespeist werden. Die Generatoren 29 und 30 sind
mit Generator 7 identisch und sind "Standardgeneratoren", d.h. dass sie mit den Generatoren
in Geräten
für das
breite Publikum identisch sind und somit nicht beschrieben werden.
Wenn der Benutzer des Geräts 22 einen
Topf mit kleinen Abmessungen erwärmen
möchte,
wie etwa die Töpfe 2 und 3,
wird selbstverständlich
dieser zentriert über
einen der Induktoren 24 bis 27 angeordnet, und
lediglich dieser Induktor wird von dem entsprechenden Generator
gespeist. Wenn mehrere Töpfe
mit kleinen Abmessungen gleichzeitig auf ein und derselben Kochstelle
erwärmt
werden müssen, werden
ebenso die entsprechenden Induktoren von ihrem Generator gespeist,
wobei die von jedem der Induktoren gelieferte Energie hinsichtlich
Höhe und Dauer
vom Benutzer eingestellt werden kann.
-
In 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
für ein Tastenfeld 31 zur
Steuerung der Induktoren der einzigen Kochstelle 23 dargestellt.
Bei diesem Beispiel weist das Tastenfeld acht Sätze auf, die greifbar sind und
der Anzeige dienen und die mit den Bezugszeichen 32 bis 39 versehen
sind.
-
Die
Tasten dieser Sätze
(s. 4) steuern jeweils das Einschalten von zwei oder
vier Induktoren (die Taste 32 weist nämlich zwei einzelne Tasten 32A, 32B auf,
die das Einschalten von zwei bzw. vier Induktoren steuern), das
Einschalten von Induktor 24 (Taste 33), von Induktor 26 (Taste 34),
von Induktor 27 (Taste 35) und von Induktor 25 (Taste 36),
das Ein- und Ausschalten der gesamten Kochstelle 23 (Taste 37),
des Zeitschalters für
die Garzeit jedes ausgewählten
Induktors (Tasten des Satzes 38) und das Einstellen der
Leistung (sprunghaft oder progressiv) jedes ausgewählten Induktors
(Tasten des Satzes 39). Diese Tasten weisen vorteilhafterweise
Leuchtzeiger und digitale Anzeigen auf, die die Auswahl der Induktoren
und im Falle einer Auswahl von 2 oder 4 der Induktoren, die die
Kochstelle bilden, die zuvor ausgewählte Betriebsdauer angeben.
Das Tastenfeld weist im vorliegenden Beispiel keine Anzeige der
einzelnen Betriebsdauern der vier Induktoren auf, sondern lediglich
hinsichtlich der Kochstelle allein, und dies aus Gründen der
einfachen Verwendung. Selbstverständlich könnte die Anzeige getrennt erfolgen.
-
In 4 ist
der Fall der Verwendung der Kochstelle 23 mit einem langgestreckten
Gefäß 40 (eine
sogenannte "Fischpfanne") dargestellt. Wenn dieses
Gefäß korrekt
angeordnet ist, bedeckt es die Induktoren 24 und 25 vollständig. Es
wird somit von diesen beiden Induktoren erwärmt, die gleichzeitig von der
Taste 32A gesteuert, jedoch abwechselnd gespeist werden.
-
In 5 ist
ein Ausführungsbeispiel
für eine Kochstelle
mit vier Induktoren dargestellt, wie in der französischen
Patentanmeldung 96 05978 beschrieben, wobei die Induktoren selbstverständlich gemäß jeglicher
anderen bekannten Technik realisiert werden können. Es wird lediglich daran
erinnert, dass diese Ausführungsform
die Technologie der gedruckten Schaltungen anwendet und dass der
Induktor 41 aus vier Quadranten 42 bis 45 in
Form von Kreissektoren besteht, deren Winkel in der Mitte 90° beträgt, wobei
in dieser Ausführungsform
jeder Quadrant einem der oben beschriebenen Induktoren 24, 25, 26 bzw. 27 entspricht.
-
In 6 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer Leuchtanzeige der Dezentrierung eines Gefäßes bezüglich den Induktoren (oder
des Induktors), über
denen (über
dem) es angeordnet ist. Wenn ein Gefäß über einer Gruppe von Induktoren
angeordnet ist, erfasst der Generator (oder erfassen die Generatoren) der/die
diesen (diese) Induktoren) speist (speisen) eine neue Impedanz,
die sich von derjenigen unterscheidet, die erfasst wird, wenn kein
Gefäß vorhanden
ist. Diese neue Impedanz hängt
von den Abmessungen des Gefäßes und
von seiner Position bezüglich
den Induktoren ab, insbesondere wenn er nicht alle Indukto ren, die
ihn erwärmen
sollen, auf die gleiche Weise bedeckt. Die Analyse der Impedanz
der Last des Generators (der Generatoren), die von jedem der Induktoren
und von dem gegebenenfalls über
diesen vorhandenen Gefäß gebildet
wird, ermöglicht
es zu bestimmen, ob tatsächlich
ein Gefäß vorhanden
ist, und wenn dies der Fall ist, ob dieses Gefäß groß oder klein ist und ob es
in Bezug auf die entsprechenden Induktoren dezentriert ist oder
nicht. Eine derartige Analyse kann während einer vorbereitenden
Phase für
die Speisung der Induktoren mit Leistung und während den Phasen des Betriebs
der Kochstelle mit Leistung erfolgen, wobei in der vorbereitenden
Phase ein Hochfrequenzsignal mit geringer Energie nacheinander zu
den verschiedenen betroffenen Induktoren gesendet wird und die entsprechende
Impedanz in an sich bekannter Weise gemessen wird. Die verschiedenen
gemessenen Impedanzen werden dann miteinander verglichen. Um diesen
Vergleich durchzuführen,
können
z.B. ein "mittlerer" Wert dieser Impedanzen
(wie etwa das Baryzentrum der Impedanzen) und die jeweiligen Abweichungen
zu diesem Mittelwert bestimmt werden. Diese Abweichungen können in
ein Signal umgewandelt werden, dessen Amplitude von der Abweichung abhängig ist,
und dieses Signal kann zu einer Anzeigelampe geleitet werden, deren
Lichtstärke
von der Amplitude dieses Signals abhängig ist. Somit weist in dem
in 6 gezeigten Beispiel die Vorrichtung 46, die
beispielsweise neben den Tasten des Tastenfelds 31 angeordnet
ist (s. 3), vier Anzeigelampen 47 bis 50 auf,
die den Induktoren 24 bis 27 entsprechen. Wenn
das Gefäß 21 bezüglich den
vier Induktoren zentriert ist, sind die Lampen 47 bis 50 ausgeschaltet.
Wenn es denzentriert ist, leuchtet (leuchten) die entsprechende(n)
Lampe(n) in Abhängigkeit
von dieser Dezentrierung, wodurch dem Benutzer die Richtung angezeigt
wird, in die das Gefäß verlagert
werden muss, um seine korrekte Zentrierung zu erhalten. Durch eine
gute Zentrierung des Gefäßes ist
es nämlich
möglich,
den größtmöglichen
Wirkungsgrad der Heizvorrichtung zu erhalten und die Störungen zu verringern,
die durch den magnetischen Streufluss erzeugt werden. Selbstverständlich kann
eine derartige Anzeige an eine Kochstelle mit mindestens zwei Induktoren
angepasst werden.
-
In 7 ist
ein Ausführungsbeispiel
für eine Kochstelle
mit Induktoren mit verschiedenen Abmessungen dargestellt. Die Kochstelle 51 aus 7 weist
zwei Induktoren 52 und 53, die mit den oben beschriebenen
Induktoren identisch sind, sowie einen Induktor 54 mit
größeren Abmessungen
auf. Die Induktoren 52 und 53 haben beispielsweise, und
keineswegs in einschränkender
Weise, einen Durchmesser von 160 mm und der Induktor 54 einen Durchmesser
von 185 mm. Bei Bezugszeichen 55 ist der Boden des Topfes
dargestellt, der von diesen drei Induktoren erwärmt wird. Diese drei Induktoren
berühren
sich, wobei der Kreis, der sie umgibt, einen Durchmesser von etwa
340 mm besitzt. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
kann der Induktor 54 eine Leistung von 2800 W erzeugen,
und die Induktoren 52 und 53 können Induktoren mit einer Nominalleistung
von 2800 W sein, die jedoch mit einem Tastverhältnis von 0,5 gespeist werden
und somit jeweils eine Leistung von 400 W erzeugen. Die Leistungen der
beiden Generatoren, die den Induktor 54 bzw. die beiden
Induktoren 52 und 53 speisen (mit dem Tastverhältnis von
0,5), sind dann die gleichen, und es ist möglich, einen einzigen Generatortyp
zu verwenden. Ein erster Vorteil einer derartigen Lösung besteht
darin, dass die Verwendung von Gefäßen mit zwei verschiedenen
Durchmessern, die mit getrennten Induktoren betrieben werden, möglich ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Kochstelle eine minimale Fläche einnimmt
und mit Gefäßen, deren
Durchmesser zwischen dem der Gefäße 2 oder 3 und 21 liegt (d.h.
im vorliegenden Beispiel mit Gefäßen mit
einem Durchmesser von etwa 340 mm) auf optimale Weise funktioniert.
-
In
allen oben beschriebenen Ausführungsformen
sind alle Induktoren auf einem einzigen mechanischen Träger aus
nicht magnetischem Material, z.B. aus Aluminium, angeordnet, der
ihren Streufluss kanalisiert. Vorteilhafterweise kann jeder Induktor von
einem Schutzring umgeben werden, um seinen Wirkungsradius zu verringern,
indem das Induktorfeld, das um den Induktor (außerhalb des Volumens, das durch
den Induktor und das entsprechende Gefäß gebildet wird) abgestrahlt
wird, durch ein Feld induzierter Ströme mit entgegengesetzter Phase
kompensiert wird.
-
Die
Platte aus isolierendem Material (z.B. aus Glaskeramik), die die
Induktoren bedeckt und als Träger
für die
zu erwärmenden
Gefäße dient,
muss im Allgemeinen eine (beispielsweise siebgedruckte) Markierung
aufweisen, die die Position der Induktoren angibt, damit der Benutzer
diese Gefäße korrekt positionieren
kann. Bei der vorliegenden Erfindung umfasst diese Markierung ferner
die Anzeige der Position der Gefäße, die
von zwei oder mehreren Induktoren erwärmt werden. Bei den in den 2 und 3 oder 7 gezeigten
Kochstellen kann diese Markierung beispielsweise ein Kreis sein,
der die Positionen der einzelnen Induktoren umgibt, und bei der Kochstelle
aus 4 kann diese Markierung dem Umriss 40A des
Gefäßes 40 entsprechen,
wie in dieser Figur dargestellt.
-
Bei
den Ausführungsformen
mit identischen Induktoren (2, 3, 4)
kann die Gesamtleistung der Kochstelle z.B. 5600 W betragen. Die
Induktoren werden dann von zwei Generatoren von jeweils 2800 W,
oder von vier Generatoren von jeweils 1400 W oder sogar von acht
Generatoren von jeweils 700 W gespeist. Im Allgemeinen ist jeder
Generator über
einen Schalter an mindestens einen Induktor oder an mehrere Induktoren
gekoppelt.
-
Durch
die Erfindung kann der Benutzer der Kochstelle entweder einen oder
mehrere Induktoren, die jeweils ein Gefäß mit kleinen Abmessungen (wie beim
Stand der Technik), oder die Hälfte
der oder alle Induktoren der Kochstelle auswählen, um ein einziges Gefäß zu erwärmen, das
diese Vielzahl von Induktoren bedeckt. Als Variante erfolgt durch
Hinzufügen
eines geeigneten, in der Mitte 28 der Kochstelle angeordneten
Sensors (der beispielsweise durch Induktion betrieben wird) die
Erfassung eines Gefäßes mit
großen
Durchmesser, das die Kochstelle mit beispielsweise vier Induktoren
bedeckt, automatisch, ohne dass der Benutzer über die Taste 32B die
geeignete Induktorenausgestaltung auswählen muss. Wenn nämlich ein
oder mehrere kleine Gefäße (in etwa
korrekt) auf der Kochstelle angeordnet sind, ist deren Mitte nicht
bedeckt, was durch den geeigneten Sensor erfasst werden kann. Die
Kochstelle wird dann automatisch in eine Betriebsweise mit getrennten
Induktoren, um mit getrennten Gefäßen mit kleinen Durchmessern
zu funktionieren, oder mit gleichzeitig gesteuerten Induktoren gestaltet,
um mit einem Gefäß mit großem Durchmesser
funktionieren zu können
(aufgrund von Mitteln, deren Realisierung beim Lesen der vorliegenden
Beschreibung für
einen Fachmann offensichtlich ist).
-
Selbstverständlich können mehrere
Kochstellen wie etwa die Kochstelle 23 nebeneinander zusammengefügt werden,
indem die Induktoren mit dem größten Abstand
zueinander gleichzeitig und die Induktoren mit dem geringsten Abstand
zueinander alternativ gespeist werden. Alle Induktoren haben dann
vorteilhafterweise das Steuerungstastenfeld (ähnlich Tastenfeld 31)
gemeinsam.