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Die Erfindung betrifft verschiedene Verfahren zum Betrieb einer Kochstelle eines Induktionskochfelds mit einem Kochgeschirr gemäß der Patentansprüche 1, 4, 7, 9 und 11 sowie ein Induktionskochfeld zur Ausführung dieser Verfahren gemäß dem Patentanspruch 15.
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Es ist seit längerem bekannt, zum Kochen, Braten etc. Kochfelder zu verwenden, welche induktiv betrieben werden. Anstelle die Kochstellen des Kochfelds durch elektrische Stromwärmeverluste zu erwärmen wird bei einem Induktionskochfeld ein elektromagnetisches Wechselfeld durch wenigstens eine Spule einer Kochstelle erzeugt. Das elektromagnetische Wechselfeld gelangt durch eine Glaskeramik hindurch in den Boden eines Kochgeschirrs, welches auf der Kochstelle angeordnet ist. Durch das elektromagnetische Wechselfeld der (Induktions-)Spule der Kochstelle werden im Boden des Kochgeschirrs sowohl Wirbelströme induziert als auch Ummagnetisierungsverluste erzeugt, welche jeweils zur Erwärmung des Bodens des Kochgeschirrs führen, solange das elektromagnetische Wechselfeld der Spule besteht. Auf diese Weise kann der Boden des Kochgeschirrs direkt erwärmt werden, ohne hierzu die Kontaktfläche der Kochstelle erwärmen zu müssen, wie dies bei herkömmlichen Elektro-Kochfeldern der Fall ist. Dies kann den Kochprozess beschleunigen sowie zu einem energieeffizienteren Kochprozess führen.
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Damit das elektromagnetische Wechselfeld den Boden des Kochgeschirrs wie beschrieben erwärmen kann, muss dieser zumindest eine Schicht aus einem ferromagnetischen Material aufweisen, welche in der Regel außen, d.h. der Spule der Kochstelle zugewandt, angeordnet ist. Hierzu werden üblicherweise rostfreie Eisenlegierungen verwendet, um Kochgeschirre wie z.B. Töpfe und Pfannen für eine induktive Erwärmung geeignet auszubilden.
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Die Erwärmung des Bodens des Kochgeschirrs kann bei einem induktiven Kochfeld durch die elektrische Leistung, welche von der Spule der Kochstelle an den Boden des Kochgeschirrs abgegeben wird, gesteuert werden. Dies kann jedoch auch dazu führen, dass durch einen längeren Betrieb eines Kochfelds mit hoher elektrischer Leistung ein Kochgeschirr und damit das entsprechende Gargut zu stark erwärmt werden. Hierdurch kann z.B. das Wasser im Kochgeschirr verkochen bzw. das Gargut anbrennen und damit unbrauchbar werden. Es kann zu einer Rauchentwicklung kommen oder Öl kann zu brennen beginnen.
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Um dies zu vermeiden, ist es z.B. aus der
US 6,214,401 B1 bekannt, ein Kochgeschirr zur Verwendung auf einem induktiven Kochfeld zu schaffen, welches einen erhitzbaren Bereich mit einer ferromagnetischen Legierung aufweist, welche eine Curie-Temperatur zwischen 150°C und 350°C besitzt. Durch ein derartiges Kochgeschirr kann dessen induktive Erwärmung durch die Verwendung eines Materials mit einer vorbestimmten Curie-Temperatur konstruktiv begrenzt und hierdurch eine unzulässige Erwärmung selbsttätig vermieden werden. Als die Curie-Temperatur eines ferromagnetischen Materials wird die Temperatur bezeichnet, bei deren Erreichen die ferromagnetischen bzw. ferroelektrischen Eigenschaften des Materials vollständig verschwunden sind, so dass sich das Material oberhalb der Curie-Temperatur lediglich noch paramagnetisch bzw. paraelektrisch verhält.
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Erreicht somit die Temperatur eines Bodens eines induktiven Kochgeschirrs seine Curie-Temperatur, nimmt die magnetische Permeabilität des Bodens stark ab. Der Boden des Kochgeschirrs kann ab dieser Temperatur keine elektrische Leistung mehr durch Induktion aufnehmen, bis sich das Material des Bodens wieder unter die Curie-Temperatur abgekühlt hat. Aus der Sicht des induktiven Kochfelds wandelt sich das Kochgeschirr, bezogen auf seine Induktionseignung, bei Erreichen der Curie-Temperatur des Bodens vorläufig in ein nicht-induktionsfähiges Kochgeschirr um.
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Diese Eigenschaft der selbsttätigen Begrenzung der Erwärmbarkeit wird bereits seit längerem für Kochgeschirre genutzt. Beispielsweise kann, wie bereits zuvor erwähnt, die maximal zulässige Temperatur eines Kochgeschirrs z.B. aus Sicherheitsgründen begrenzt werden. Es ist jedoch auch möglich, durch die Wahl einer niedrigeren Curie-Temperatur die maximale Temperatur eines Kochgeschirrs wie z.B. einer Bratpfanne zu begrenzen. Dies ist derzeit am Markt z.B. für die Bratpfannen „Optiheat“ der Firma Fiskars und „ControlInduc“ der Firma Demeyere bekannt.
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Problematisch bei der Verwendung von Kochgeschirren mit einer Curie-Temperatur ist dabei jedoch, dass die Elektroniken der am Markt befindlichen Kochfelder, welche die Induktionsspulen der Kochstellen regeln, nicht dafür ausgelegt sind, dass sich ein induktionsfähiges Kochgeschirr plötzlich in ein nicht-induktionsfähiges Kochgeschirr und wieder zurück wandeln kann. Nimmt nämlich die ferromagnetische Eigenschaft des Bodens des Kochgeschirrs stark ab, sinkt auch der ohmsche Widerstand des Bodens des Kochgeschirrs. Hierdurch kann es dazu kommen, dass die Regelung der Spule der Kochstelle versucht, dies durch einen stärkeren Spulenstrom bis zum Erreichen der Strombegrenzung wieder auszugleichen, was jedoch aufgrund des Verlusts der ferromagnetischen Eigenschaft des Kochgeschirrbodens bei Erreichen der Curie-Temperatur nicht gelingen kann. Somit wird die Elektronik durch einen zumindest kurzzeitigen maximalen Spulenstrom belastet, welcher von der Strombegrenzung der Elektronik z.B. durch ein kurzzeitiges Abschalten der Kochstelle abgefangen werden muss. Dies kann die Elektronik belasten und ihre Lebensdauer reduzieren. Auch kann hierdurch der Kochprozess ungewollt unterbrochen oder beendet werden.
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Insbesondere kann um die Curie-Temperatur eines Kochgeschirrs herum der Fall auftreten, dass bei Erreichen der Curie-Temperatur die ferromagnetische Eigenschaft des Bodens des Kochgeschirrs aufgrund der bisher erfolgten induktiven Erwärmung verloren geht und nach kurzer Abkühlung unter die Curie-Temperatur wiedererlangt wird; dies kann sich dauerhaft um die Curie-Temperatur herum wiederholen. Mit anderen Worten kann ein Kochgeschirr mit einem Boden mit einer Curie-Temperatur durch sich wiederholende Aufheiz- und Abkühlzyklen zwischen diesen beiden Zuständen um die Curie-Temperatur herum pendeln. Da jedoch bei jedem Aufheizen über die Curie-Temperatur hinaus die Strombegrenzung der Elektronik einsetzen muss, tritt die entsprechende Belastung der Elektronik bei jedem Zyklus auf.
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Somit kann es bei der Verwendung von Materialien mit einer Curie-Temperatur bei Kochgeschirren zu starken Leistungsschwankungen der Kochstelle kommen. Eine zu hohe Leistungsdichte durch die Verwendung einer zu hohen Frequenz kann zu einer lokalen Überhitzung des Materials des Kochgeschirrbodens führen. Die Leistungsaufnahme kann sich hierdurch plötzlich reduzieren, bis die Curie-Temperatur wieder unterschritten wird. Dadurch kann eine hohe Blindleistung in der Kochstelle anfallen, welche die IGBTs (insulated-gate bipolar transistor) der Elektronik des Kochfelds überhitzen kann. Die elektronische Überwachung im Kochfeld kann daraufhin die Leistung reduzieren, um die Bauteile zu schützen. Durch diese Überhitzung kann die Nutzung des Kochfelds für mehrere Minuten ausfallen. Die Lebensdauer der Bauteile kann sich hierdurch verkürzen.
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Zu bedenken ist dabei ferner, dass aufgrund des Skin-Effekts eines Kochgeschirrbodens aus einem Curie-Material der Energieeintrag in dieses Material stark frequenzabhängig ist. Bei niedrigeren Frequenzen wird ein größeres Volumen erwärmt als bei höheren Frequenzen. Bei gleicher eingebrachter Energie ist die Leistungsdichte daher auch frequenzabhängig. Eine höhere Frequenz ergibt eine höhere Leistungsdichte. Allgemein ist bei Induktionskochfeldern daher ein Trend zu höheren Betriebsfrequenzen hin zu beobachten.
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Anzumerken sei dabei, dass alle ferromagnetischen bzw. ferroelektrischen Materialien eine Curie-Temperatur aufweisen, ab der sie lediglich paramagnetisch bzw. paraelektrisch sind. Die Curie-Temperatur liegt jedoch teilweise recht hoch, wie z.B. für Eisen bei ca. 768°C und damit oberhalb des Temperaturbereichs, welcher bei der Nutzung eines Induktionskochfelds genutzt bzw. erreicht wird. Dieser kann bis maximal ca. 300°C angesetzt werden. Daher sollen im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung Kochgeschirre als „ohne Curie-Temperatur“ bezeichnet werden, deren Curie-Temperatur oberhalb von ca. 300°C liegt; entsprechend werden Kochgeschirre, deren Curie-Temperatur bei ca. 300°C und darunter liegt, als Kochgeschirre „mit Curie-Temperatur“ bezeichnet. Alternativ können Kochgeschirre, deren Curie-Temperatur oberhalb von ca. 300°C liegt, auch als Kochgeschirre „mit hoher Curie-Temperatur“ und Kochgeschirre, deren Curie-Temperatur bei ca. 300°C und darunter liegt, auch als Kochgeschirre „mit niedriger Curie-Temperatur“ bezeichnet werden.
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Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Verfahren zum Betrieb einer Kochstelle eines Induktionskochfelds mit einem Kochgeschirr bereitzustellen, so dass ein zuverlässiger Betrieb des Induktionskochfelds gewährleistet werden kann. Insbesondere soll die Lebensdauer des Induktionskochfelds, insbesondere dessen Generatorbauteile, durch den Betrieb nicht beeinträchtigt werden. Insbesondere soll das verwendete Kochgeschirr danach unterschieden werden können, ob ein Kochgeschirr mit einer Curie-Temperatur bzw. mit einer niedrigen Curie-Temperatur oder ein Kochgeschirr ohne eine Curie-Temperatur bzw. mit einer hohen Curie-Temperatur verwendet wird, um das Induktionskochfeld hierauf abgestimmt betreiben zu können und die zuvor beschriebenen Nachteile zu vermeiden. Dies soll insbesondere nicht erst bei Erreichen der Curie-Temperatur sondern vorher, insbesondere zu Beginn des Kochvorgangs, erfolgen können. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen Verfahren bereitgestellt werden.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 sowie durch ein Induktionskochfeld mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Kochstelle eines Induktionskochfelds mit einem Kochgeschirr, wobei die Kochstelle wenigstens eine Induktionsspule aufweist, welche ausgebildet ist, einen Boden des auf der Kochstelle befindlichen Kochgeschirrs induktiv zu erwärmen, mit wenigstens den Schritten:
- • Betreiben der Kochstelle mit dem Kochgeschirr mit einer ersten Frequenz,
- • Bestimmen der Induktivität und bzw. oder des Wirkwiderstands der Kochstelle mit dem Kochgeschirr bei der ersten Frequenz,
- • Vergleichen der bestimmten Induktivität und bzw. oder des bestimmten Wirkwiderstands der ersten Frequenz mit einem vorbestimmten Grenzwert der Induktivität und bzw. oder des Wirkwiderstands der ersten Frequenz und
- • Bestimmen des Kochgeschirrs in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Frequenz.
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Diesem Aspekt der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einem gekoppelten System aus Induktionsspule des Generators einer Kochstelle eines Induktionskochfelds und einem sich auf der Kochstelle befindlichen Kochgeschirr, insbesondere des Bodens des sich auf der Kochstelle befindlichen Kochgeschirrs, in Abhängigkeit der Frequenzen, mit der die Induktionsspule des Generators betrieben wird, je nach verwendetem Material des Kochgeschirrs bzw. dessen Bodens unterschiedliche Induktivitäten festzustellen sein können. Beispielsweise kann bei einer Frequenz von ca. 20 kHz die Induktivität eines Kochgeschirrs mit niedriger Curie-Temperatur von der Induktivität eines herkömmlichen Edelstahl-Kochgeschirrs als Kochgeschirr mit hoher Curie-Temperatur unterschieden werden. Ursache hierfür ist die hohe relative Permeabilität sowie eine schlechtere elektrische Leitfähigkeit des Kochgeschirrs mit niedriger Curie-Temperatur im Vergleich zu herkömmlichen magnetischem Edelstahl des Kochgeschirrs mit hoher Curie-Temperatur.
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Somit kann erfindungsgemäß das unbekannte Kochgeschirr mit einer ersten Frequenz auf der Kochstelle betrieben und für die erste Frequenz dessen Induktivität bestimmt werden. Das Bestimmen der Induktivität der Kochstelle bzw. dessen Induktionsspule mit dem Kochgeschirr kann vorzugsweise basierend auf dem Strom und der Spannung der Induktionsspule erfolgen, welche jeweils messtechnisch erfasst und bzw. oder aus weiteren Parametern bestimmt werden können. Für die erste Frequenz kann ein Grenzwert der Induktivität vorgegeben werden, mit dem die bestimmte Induktivität verglichen werden kann.
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Je nachdem, ob die bestimmte Induktivität unterhalb oder oberhalb des Grenzwertes liegt bzw. mit diesem übereinstimmt kann entweder direkt auf das Material des Kochgeschirrs bzw. dessen Bodens geschlossen oder zumindest ein Material des Kochgeschirrs bzw. dessen Bodens ausgeschlossen werden. Hierdurch kann ein Bestimmen des Kochgeschirrs dahingehend erfolgen, dass von dem Induktionskochfeld selbsttätig erkannt werden kann, ob das auf der Kochstelle verwendete Kochgeschirr zu einem Typ gehört, welcher eine Curie-Temperatur aufweist oder nicht bzw. ob das auf der Kochstelle verwendete Kochgeschirr eine niedrige oder hohe Curie-Temperatur aufweist. Dies kann die Bestimmung des Kochgeschirrs in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Frequenz ermöglichen, wobei von dem Bestimmen auch umfasst ist, dass die möglichen Materialien des Kochgeschirrs bzw. dessen Bodens eingeschränkt werden können.
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Wird beispielsweise eine vergleichsweise hohe erste Frequenz wie z.B. ca. 20 kHz verwendet, so kann zumindest zwischen einem herkömmlichen Edelstahl-Kochgeschirr als Kochgeschirr mit hoher Curie-Temperatur und einem Kochgeschirr mit niedriger Curie-Temperatur sowie einem Kochgeschirr aus Gusseisen unterschieden werden. Dies kann es z.B. ermöglichen, falls die Verwendung eines Kochgeschirrs mit niedriger Curie-Temperatur nicht ausgeschlossen werden kann, die Soll-Leistung der Induktionsspule der Kochstelle derart zu begrenzen, dass die Curie-Temperatur des Kochgeschirrs nicht erreicht werden kann. Dies kann die eingangs beschriebenen Nachteile, welche sich aus dem Betrieb einer Kochstelle eines Induktionskochfelds um die Curie-Temperatur des Kochgeschirrs herum ergeben können, vermeiden. Kann andernfalls die Verwendung eines Kochgeschirrs mit niedriger Curie-Temperatur ausgeschlossen werden, kann der weitere Betrieb ohne Rücksicht auf ein möglicherweise derartiges Kochgeschirr erfolgen.
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Hierbei als erste Frequenz vorzugsweise eine übliche Betriebsfrequenz der Kochstelle wie z.B. ca. 20 kHz zu verwenden kann dahingehend vorteilhaft sein, dass die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne zusätzliche Maßnahmen der Kochstelle selbst erfolgen kann. Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Betreiben der Kochstelle zur Umsetzung des zuvor beschriebenen Aspekts der Erfindung mit derselben Frequenz wie der reguläre Betrieb der Kochstelle erfolgen. Dies kann die Umsetzung vereinfachen.
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Dies gilt vergleichbar für den Wirkwiderstand der Induktionsspule des Generators einer Kochstelle eines Induktionskochfelds, so dass auch dessen Wert für eine erste Frequenz erfasst und ausgewertet werden kann. Auch in diesem Fall kann als erste Frequenz z.B. ca. 20 kHz verwendet werden, wobei auch Frequenzen bis ca. 100 kHz sinnvoll sein können.
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Es können die Erfassung und Auswertung von Induktivität und Wirkwiderstand alternativ zueinander erfolgen, um die Möglichkeiten der Nutzung der zuvor beschriebenen Erkenntnisse zu erweitern. Die Erfassung und Auswertung von Induktivität und Wirkwiderstand können jedoch auch miteinander kombiniert werden, um die Genauigkeit der hieraus gewonnenen Erkenntnisse zu erhöhen bzw. um die jeweiligen Ergebnisse der Auswertung gegenüber einander zu verifizieren.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner wenigstens die weiteren Schritte auf:
- • Betreiben der Kochstelle mit dem Kochgeschirr mit einer zweiten Frequenz,
- • Bestimmen der Induktivität und bzw. oder des Wirkwiderstands der Kochstelle mit dem Kochgeschirr bei der zweiten Frequenz und
- • Vergleichen der bestimmten Induktivität und bzw. oder des bestimmten Wirkwiderstands der zweiten Frequenz mit einem vorbestimmten Grenzwert der Induktivität und bzw. oder des Wirkwiderstands der zweiten Frequenz,
wobei das Bestimmen des Kochgeschirrs in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Frequenz und des Ergebnisses des Vergleichens der zweiten Frequenz erfolgt.
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Diesem Aspekt der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass je nach gewählter Frequenz unterschiedliche Kochgeschirrmaterialien aussagekräftig voneinander unterscheidbar sein können. Können mit anderen Worten zwei Materialien von Kochgeschirren bei einer Frequenz aufgrund der Induktivität nicht ausreichend voneinander unterschieden werden können, kann dies bei einer anderen Frequenz sehr wohl der Fall sein. Dafür kann bei dieser Frequenz die Unterscheidbarkeit anderer Materialien unzureichend sein.
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Ausgehend von der zuvor betrachteten Konstellation, dass bei der ersten Frequenz von z.B. ca. 20 kHz zwar ein herkömmliches Edelstahl-Kochgeschirr von einem Kochgeschirr mit niedriger Curie-Temperatur sowie von einem Kochgeschirr aus Gusseisen zuverlässig unterschieden werden kann, das Kochgeschirr mit niedriger Curie-Temperatur jedoch nicht von dem Kochgeschirr aus Gusseisen, kann eine weitere Induktivität bei der zweiten Frequenz von z.B. ca. 100 kHz bestimmt werden. Bei dieser zweiten Frequenz können zwar Kochgeschirre mit niedriger und hoher Curie-Temperatur nicht voneinander unterschieden werden, diese jedoch von Kochgeschirren aus Gusseisen. Somit können beide Vergleichsergebnisse der zwei Frequenzen gemeinsam betrachtet werden, um z.B. zu bestimmen, ob ein Kochgeschirr mit niedriger Curie-Temperatur, mit hoher Curie-Temperatur oder aus Gusseisen verwendet wird. Hierauf kann der weitere Betrieb der Kochstelle abgestimmt werden.
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Wird beispielsweise durch das jeweilige Vergleichen bei den beiden unterschiedlichen Frequenzen erkannt, dass beide Grenzwerte der Induktivitäten überschritten sind, so kann auf die Verwendung eines Kochgeschirrs aus Gusseisen geschlossen werden. Werden bei den beiden unterschiedlichen Frequenzen beide Grenzwerte der Induktivität unterschritten, so kann auf die Verwendung eines Kochgeschirrs mit hoher Curie-Temperatur wie z.B. auf ein herkömmliches Edelstahl-Kochgeschirr geschlossen werden. Wird jedoch ein Grenzwert überschritten und der andere Grenzwert unterschritten, kann auf die Verwendung eines Kochgeschirrs mit niedriger Curie-Temperatur geschlossen werden.
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Vorzugsweise unterscheidet sich die zweite Frequenz deutlich von der ersten Frequenz, so dass sich deutlich unterschiedliche Induktivitäten ergeben, was die Unterscheidung der Kochgeschirre wie zuvor beschrieben begünstigen kann. Vorzugsweise liegen die beiden Frequenzen dabei um wenigstens den Faktor 100 auseinander. Vorzugsweise können als Frequenzen wie zuvor beispielshaft beschrieben ca. 20 kHz und ca. 100 Hz verwendet werden.
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Das Betreiben mit der zweiten Frequenz kann dabei mit derselben Induktionsspule der Kochstelle erfolgen, welche auch zum regulären Betrieb verwendet wird, was die Umsetzung dieser Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens vereinfachen und zusätzlichen Aufwand vermeiden kann. Es kann jedoch auch eine zweite zusätzliche Induktionsspule vorgesehen werden, welche auf die zweite Frequenz und vorzugsweise ferner auf eine vergleichsweise geringe Messstromstärke, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird, abgestimmt sein kann. Dies kann die Qualität der bestimmten Induktivität bei der zweiten Frequenz verbessern und somit die hierauf basierenden weiteren Schritte begünstigen. Insbesondere kann bei der zweiten Frequenz eine deutlich bessere Sinus-Schwingungen der Spannung und des Strom der zusätzlichen Induktionsspule erreicht werden als beim Betrieb der Induktionsspule der Kochstelle, welche dem eigentlichen Betrieb dient, mit der zweiten Frequenz und insbesondere mit der vergleichsweise geringen Messstromstärke, da dies zu Oberschwingungen führen kann, welche das Bestimmen der Induktivität bei der zweiten Frequenz stören können.
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Auch dies gilt vergleichbar für den Wirkwiderstand der Induktionsspule des Generators einer Kochstelle eines Induktionskochfelds, so dass auch dessen Wert für eine zweite Frequenz erfasst und ausgewertet werden kann. Auch in diesem Fall kann als zweite Frequenz z.B. ca. 100 Hz verwendet werden, wobei auch Frequenzen bis ca. 1 kHz sinnvoll sein können.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung erfolgt das Betreiben der Kochstelle mit dem Kochgeschirr mit der ersten Frequenz und mit der zweiten Frequenz mit einer Messstromstärke, welche wenigstens um den Faktor 10, vorzugsweise wenigstens um den Faktor 100, besonders vorzugsweise wenigstens um den Faktor 1.000, geringer als die Betriebsstromstärke der Kochstelle des Induktionskochfelds ist. Hierdurch können die zuvor beschriebenen unterschiedlichen Induktivitäten deutlicher hervortreten als bei einer Betriebsstromstärke von z.B. 30 A bis 40 A, was die Ausführung der zuvor beschriebenen Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens vereinfachen bzw. aussagekräftiger machen kann. Als Messstromstärke kann z.B. eine Stromstärke von ca. 100 mA verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer Kochstelle eines Induktionskochfelds mit einem Kochgeschirr, wobei die Kochstelle wenigstens eine Induktionsspule aufweist, welche ausgebildet ist, einen Boden des auf der Kochstelle befindlichen Kochgeschirrs induktiv zu erwärmen, mit wenigstens den Schritten:
- • Betreiben der Kochstelle mit dem Kochgeschirr mit einer ersten Stromstärke,
- • Bestimmen der Induktivität der Kochstelle mit dem Kochgeschirr bei der ersten Stromstärke,
- • Vergleichen der bestimmten Induktivität der ersten Stromstärke mit einem vorbestimmten Grenzwert der Induktivität der ersten Stromstärke und
- • Bestimmen des Kochgeschirrs in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Stromstärke.
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Diesem Aspekt der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die zuvor beschriebene Unterscheidung von wenigstens zwei Arten von Materialien von Kochgeschirren alternativ oder zusätzlich auch dadurch erreicht werden kann, dass die Stromstärke der Induktionsspule der Kochstelle in Relation zu einem entsprechenden Grenzwert der Induktivität betrachtet wird. Hierdurch kann zu vergleichbaren Erkenntnissen gelangt werden. Auch können beide Ergebnisse dieser Verfahren in Kombination miteinander betrachtet werden, um die Aussagekräftigkeit zu erhöhen.
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Beispielsweise kann als erste Stromstärke ein Wert von ca. 1 A verwendet werden, bei dem ein Kochgeschirr aus Gusseisen eine deutliche unterschiedliche Induktivität zu Kochgeschirren mit niedriger und mit hoher Curie-Temperatur aufweisen kann, so dass zumindest zwischen diesen Arten von Kochgeschirren wie zuvor beschrieben unterschieden werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner wenigstens die weiteren Schritte auf:
- • Betreiben der Kochstelle mit dem Kochgeschirr mit einer zweiten Stromstärke,
- • Bestimmen der Induktivität der Kochstelle mit dem Kochgeschirr bei der zweiten Stromstärke und
- • Vergleichen der bestimmten Induktivität der zweiten Stromstärke mit einem vorbestimmten Grenzwert der Induktivität der zweiten Stromstärke,
wobei das Bestimmen des Kochgeschirrs in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Stromstärke und des Ergebnisses des Vergleichens der zweiten Stromstärke erfolgt.
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Beispielsweise kann als zweite Stromstärke ein Wert im Bereich des Betriebs der Kochstelle von z.B. ca. 4 A bis ca. 6 A und insbesondere von ca. 5 A verwendet werden. Für diese zweite Stromstärke kann sich eine deutlich unterschiedliche Induktivität für Kochgeschirre mit hoher Curie-Temperatur gegenüber Kochgeschirren mit niedriger Curie-Temperatur sowie Kochgeschirren aus Gusseisen ergeben, so dass zwischen diesen beiden Arten von Kochgeschirr bei dieser zweiten Stromstärke unterschieden werden kann.
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Werden nun beide Vergleiche der unterschiedlichen Stromstärken miteinander kombiniert betrachtet, so kann für den Fall, dass beide Grenzwerte der Stromstärken überschritten werden, auf die Verwendung eines Kochgeschirrs aus Gusseisen geschlossen werden. Werden beide Grenzwerte der Stromstärken unterschritten, so kann auf die Verwendung eines Kochgeschirrs mit hoher Curie-Temperatur wie z.B. auf ein herkömmliches Edelstahl-Kochgeschirr geschlossen werden. Wird jedoch ein Grenzwert überschritten und der andere Grenzwert unterschritten, kann auf die Verwendung eines Kochgeschirrs mit niedriger Curie-Temperatur geschlossen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Stromstärke wenigstens um den Faktor 2, vorzugsweise wenigstens um den Faktor 5, geringer als die zweite Stromstärke. Hierdurch können ausreichend zueinander beabstandete Stromstärken umgesetzt werden, um zu ausreichend unterschiedlichen Induktivitäten zu gelangen, welche eine aussagekräftige Unterscheidung der o.g. Kochgeschirre ermöglichen können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer Kochstelle eines Induktionskochfelds mit einem Kochgeschirr, wobei die Kochstelle wenigstens eine Induktionsspule aufweist, welche ausgebildet ist, einen Boden des auf der Kochstelle befindlichen Kochgeschirrs induktiv zu erwärmen, mit wenigstens den Schritten:
- • Betreiben der Kochstelle mit dem Kochgeschirr mit einer ersten Stromstärke und bzw. oder mit einer ersten Spannung,
- • Bestimmen wenigstens eines Messparameters bei der ersten Stromstärke und bzw. oder bei der ersten Spannung,
wobei der Messparameter wenigstens die Wirkleistung, die Scheinleistung, die Blindleistung, die Reaktanz, die Resistanz und bzw. oder die Impedanz ist,
- • Betreiben der Kochstelle mit dem Kochgeschirr mit einer zweiten Stromstärke und bzw. oder mit einer zweiten Spannung,
- • Bestimmen wenigstens des Messparameters bei der zweiten Stromstärke und bzw. oder bei der zweiten Spannung,
- • Vergleichen der Steigung des Messparameters zwischen der ersten Stromstärke und der zweiten Stromstärke und bzw. oder zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung mit einem vorbestimmten Grenzwert der Steigung des Messparameters und bzw. oder
- • Vergleichen der Differenz des Messparameters zwischen der ersten Stromstärke und der zweiten Stromstärke und bzw. oder zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung mit einem vorbestimmten Grenzwert der Differenz des Messparameters und
- • Bestimmen des Kochgeschirrs in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der Steigung des Messparameters und bzw. oder des Vergleichens der Differenz des Messparameters.
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Diesem Aspekt der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auch durch die Auswertung der o.g. Messparameter auf vergleichbare Art und Weise wie bei den zuvor beschriebenen beiden erfindungsgemäßen Verfahren das Kochgeschirr bestimmt werden kann. Diese drei erfindungsgemäßen Verfahren können dabei alternativ zueinander oder in Kombination miteinander angewendet werden, um die Aussagekräftigkeit des Bestimmens des Kochgeschirrs zu erhöhen.
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Dabei kann auch in diesem Fall eine Unterscheidung zwischen zwei Arten bzw. Gruppen von Kochgeschirren für eine Steigung bzw. Differenz durchgeführt werden. Wird dieses Vergleichen für eine weitere Steigung bzw. Differenz zusätzlich durchgeführt, kann eine genaue Bestimmung bzw. Unterscheidung von Kochgeschirren wie zuvor beschrieben erfolgen.
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Das Betreiben der Kochstelle erfolgt in diesem Fall vorzugsweise derart, dass der Strom möglichst ungehindert in die Induktionsspule fließen kann. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Kochstelle eine Ein-Transitor-Lösung der Induktionsspule aufweist im Gegensatz zu Kochfeldern mit Reihenschwingkreise, bei denen der Strom auch durch einen Kondensator fließt, was das Messergebnis des ersten und zweiten Stromstärke verfälschen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung hängt der vorbestimmte Grenzwert der Steigung des Messparameters und bzw. oder der vorbestimmte Grenzwert der Differenz des Messparameters von der Stromstärke und bzw. oder von der Spannung ab. Auf diese Art und Weise kann ein Temperatureinfluss auf diese Messparameter berücksichtigt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer Kochstelle eines Induktionskochfelds mit einem Kochgeschirr, wobei die Kochstelle wenigstens eine Induktionsspule aufweist, welche ausgebildet ist, einen Boden des auf der Kochstelle befindlichen Kochgeschirrs induktiv zu erwärmen, mit wenigstens den Schritten:
- • Betreiben der Kochstelle mit dem Kochgeschirr mit einer Spannung bei einer ersten Temperatur,
- • Bestimmen der Eigenfrequenz des Schwingkreises der Induktionsspule der Kochstelle und des Kochgeschirrs bei der ersten Temperatur,
- • Bestimmen der Induktivität des Schwingkreises bei der ersten Temperatur aus der bestimmten Eigenfrequenz und der Kapazität der Induktionsspule,
- • Vergleichen der bestimmten Induktivität der ersten Temperatur mit einem vorbestimmten Grenzwert der Induktivität der ersten Temperatur und
- • Bestimmen des Kochgeschirrs in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Temperatur.
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Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auch basierend auf der Eigenfrequenz des Schwingkreises der Induktionsspule der Kochstelle und des Kochgeschirrs auf das Material des Kochgeschirrs geschlossen werden kann, da die Induktivität direkt mit der Eigenfrequenz verknüpft ist. Diese vier erfindungsgemäßen Verfahren können dabei alternativ zueinander oder in Kombination miteinander angewendet werden, um die Aussagekräftigkeit des Bestimmens des Kochgeschirrs zu erhöhen.
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Da die Eigenfrequenz des Schwingkreises der Induktionsspule der Kochstelle und des Kochgeschirrs wie zuvor beschrieben vergleichsweise einfach bestimmt und die Induktivität bei bekannter Kapazität des Kondensators der Induktionsspule mit Hilfe der Thomson-Formel direkt berechnet werden kann, kann dies eine vergleichsweise einfache Möglichkeit bieten, die zuvor beschriebenen Aspekte der Erfindung umsetzen. Wird mit anderen Worten der Schwingkreis aus Induktionsspule der Kochstelle und Kochgeschirr nicht kontinuierlich betrieben sondern lediglich einmalig aufgeladen und dann ausschwingen gelassen, führt dies zu einem veränderten Stromanstieg bei Erreichen der magnetischen Sättigung. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien für Kochgeschirr erfolgt der Punkt dieser Sättigung bei Kochgeschirren mit Materialien mit niedrigerer Curie-Temperatur bereits bei kleineren magnetischen Feldern. Entsprechend ist die Sättigung auch schon durch kleinere Ströme im Schwingkreis auszumachen.
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Bei klassischem Edelstahl als Material des Kochgeschirrs wird der Anstieg mit steigendem Strom flacher. Bei Kochgeschirren mit Materialien mit niedrigerer Curie-Temperatur wird der Anstieg steiler, da das Material in die Sättigung geht und damit die Impedanz des gesamten gekoppelten Systems sinkt. Zwar erreichen die Kochgeschirre aus klassischem Edelstahl auch eine Sättigung, dies jedoch erst bei deutlich höheren Strömen, wodurch eine Unterscheidung von Kochgeschirren mit Materialien mit niedrigerer Curie-Temperatur ermöglicht werden kann.
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Die Ergebnisse dieses erfindungsgemäßen Verfahrens können mit den Ergebnissen der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren kombiniert werden, wie dort bereits beschrieben. Dabei kann auch in diesem Fall für die Betrachtung der Induktivität bei einer ersten Temperatur wenigstens eine Unterscheidung zwischen zwei Arten bzw. Gruppen von Kochgeschirren durchgeführt werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren ferner wenigstens die weiteren Schritte auf:
- • Betreiben der Kochstelle mit dem Kochgeschirr mit der Spannung bei einer zweiten Temperatur,
- • Bestimmen der Eigenfrequenz des Schwingkreises der Induktionsspule der Kochstelle und des Kochgeschirrs bei der zweiten Temperatur,
- • Bestimmen der Induktivität des Schwingkreises bei der zweiten Temperatur aus der bestimmten Eigenfrequenz und der Kapazität der Induktionsspule und
- • Vergleichen der bestimmten Induktivität der zweiten Temperatur mit einem vorbestimmten Grenzwert der Induktivität der zweiten Temperatur,
wobei das Bestimmen des Kochgeschirrs in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Temperatur und des Ergebnisses des Vergleichens der zweiten Temperatur erfolgt.
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Wie zuvor für die weiteren erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben kann auch in diesem Fall eine genauere Unterscheidung zwischen verschiedenen Kochgeschirren dadurch erfolgen, dass diese für wenigstens zwei verschiedene Temperaturen unterschieden werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer Kochstelle eines Induktionskochfelds mit einem Kochgeschirr, wobei die Kochstelle wenigstens eine Induktionsspule aufweist, welche ausgebildet ist, einen Boden des auf der Kochstelle befindlichen Kochgeschirrs induktiv zu erwärmen, mit wenigstens den Schritten:
- • Betreiben der Kochstelle mit dem Kochgeschirr mit einer Spannung,
- • Erfassen des Stroms über der Zeit,
- • Bestimmen des Anstiegs des Stroms bei einer ersten Stromstärke,
- • Vergleichen des bestimmten Anstiegs des Stroms bei der ersten Stromstärke mit einem vorbestimmten Grenzwert des Anstiegs des Stroms bei der ersten Stromstärke und
- • Bestimmen des Kochgeschirrs in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens des Anstiegs des Stroms bei der ersten Stromstärke.
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Diesem Aspekt der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass z.B. Kochgeschirre aus Edelstahl, welche eine hohe Curie-Temperatur aufweisen, typischerweise ein Koerzitivfeld von mehr als ca. 1000 A/m aufweisen. Im Gegensatz hierzu zeigen die Kochgeschirre aus Materialien mit einer niedrigeren Curie-Temperatur ein leicht weichmagnetischeres Verhalten, so dass ihr Koerzitivfeld etwa ca. 200 A/m bis ca. 550 A/m beträgt. Durch die geringere Koerzitivfeldstärke bei Kochgeschirre mit niedrigerer Curie-Temperatur treten auch geringere Ummagnetisierungsverluste auf. Ein gutes Maß für die Ummagnetisierungsverluste ist die Fläche unter der Hysteresekurve. Somit kann basierend auf den Ummagnetisierungsverlusten ebenfalls ein Bestimmen des Kochgeschirrs erfolgen. Diese Erkenntnis kann zusätzlich oder alternativ zu den zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Dabei kann auch in diesem Fall für die Betrachtung des Anstiegs des Stroms bzw. der Koerzitivfeldstärke wenigstens eine Unterscheidung zwischen zwei Arten bzw. Gruppen von Kochgeschirren durchgeführt werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Verfahren wenigstens die weiteren Schritte auf:
- • Bestimmen des Anstiegs des Stroms bei einer zweiten Stromstärke und
- • Vergleichen des bestimmten Anstiegs des Stroms bei der zweiten Stromstärke mit einem vorbestimmten Grenzwert des Anstiegs des Stroms bei der zweiten Stromstärke,
wobei das Bestimmen des Kochgeschirrs in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens des Anstiegs des Stroms bei der ersten Stromstärke und des Ergebnisses des Vergleichens des Anstiegs des Stroms bei der zweiten Stromstärke erfolgt.
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Wie zuvor für die weiteren erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben kann auch in diesem Fall eine genauere Unterscheidung zwischen verschiedenen Kochgeschirren dadurch erfolgen, dass diese für wenigstens zwei verschiedene Stromstärken unterschieden werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren wenigstens den weiteren Schritt auf:
- • Betreiben der Kochstelle mit dem Kochgeschirr in Abhängigkeit des bestimmten Kochgeschirrs.
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Auf diese Art und Weise kann die gemäß eines der zuvor beschriebenen Verfahren bzw. gemäß einer Kombination der zuvor beschriebenen Verfahren gewonnenen Erkenntnis des verwendeten Kochgeschirrs für den weiteren Betrieb der Kochstelle verwendet werden. Wie zuvor bereits erwähnt kann auf die Verwendung eines Kochgeschirrs mit niedriger Curie-Temperatur Rücksicht genommen werden, wie im Folgenden von näher erläutert wird. Der Betrieb kann jedoch auch an die Verwendung eines Kochgeschirrs z.B. mit einer höheren Curie-Temperatur oder aus Gusseisen angepasst werden. Auch kann ein Aufheizvorgang hierdurch optimiert werden. Ferner kann ein gezielter Betrieb erfolgen, indem in Abhängigkeit des erkannten Materials des Kochgeschirrs auf den Typ von Kochgeschirr geschlossen und dann ein gezielter Betrieb durchgeführt werden kann, z.B. Braten bei einer erkannten Pfanne und Simmern bei einem erkannten Topf. Ferner kann ein Erkennen und Zuordnen des Kochgeschirrs zu einer Gruppe eines qualifizierten Systemkochgeschirrs mit erweiterter Funktionalität wie z.B. Kommunikation, Isolierung etc. erfolgen können. Dies kann in jedem Fall die Möglichkeiten der Zubereitung für den Benutzer erweitern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, falls das bestimmte Kochgeschirr eine niedrige Curie-Temperatur aufweist, die Soll-Leistung der Kochstelle des Induktionskochfelds derart begrenzt, dass die Curie-Temperatur des bestimmten Kochgeschirr nicht erreicht werden kann. Hierdurch kann die Elektronik der Kochstelle vor unzulässigen Belastungen geschützt werden, was der Lebensdauer des Induktionskochfelds zugute kommen kann.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Induktionskochfeld zur induktiven Erwärmung eines Bodens eines Kochgeschirrs mit wenigstens einer Kochstelle mit wenigstens einer Induktionsspule und mit einer Steuerungseinheit, welche ausgebildet ist, die Stromstärke, die Spannung und bzw. oder die Frequenz der Induktionsspule der Kochstelle zu steuern und bzw. oder zu regeln, wobei die Steuerungseinheit ferner ausgebildet ist, ein Verfahren wie zuvor beschrieben auszuführen. Die Steuerungseinheit ist ebenso ausgebildet, mehrere der zuvor beschriebenen Verfahren alternativ zueinander oder in Kombination miteinander auszuführen. Hierdurch kann ein Induktionskochfeld geschaffen werden, um die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile umzusetzen und nutzbar zu machen.
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Mit anderen Worten kann das Induktionskochfeld dazu ausgebildet sei um zu identifizieren, ob das auf der Kochstelle verwendete Kochgeschirr zu einem Typ gehört, welcher eine Curie-Temperatur aufweist oder nicht bzw. ob das auf der Kochstelle verwendete Kochgeschirr eine niedrige oder hohe Curie-Temperatur aufweist. Hierdurch kann von dem Induktionskochfeld erkannt werden, ob das auf der Kochstelle verwendete Kochgeschirr dazu geeignet ist, dass die Kochstelle mit der eingestellten Leistung betrieben werden kann, da bei dieser Leistung die Curie-Temperatur des Kochgeschirrs nicht erreicht wird. Ist dies nicht der Fall, so kann die Kochstelle stattdessen von dem Induktionskochfeld selbsttätig mit einer relativ hierzu reduzierten Leistung betrieben werden, um das Erreichen der Curie-Temperatur zu vermeiden. Zumindest kann die maximale Leistung der Induktionsspule begrenzt werden. Hierdurch kann ein zuverlässiger Betrieb des Induktionskochfelds gewährleistet werden. Insbesondere kann die Lebensdauer des Induktionskochfelds, insbesondere dessen Generatorbauteile, durch den Betrieb nicht beeinträchtigt werden.
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Zu allen zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren sei angemerkt, dass durch das jeweilige Bestimmen des Kochgeschirrs auch Wahrscheinlichkeiten bestimmt werden können, dass z.B. ein Kochgeschirr mit einer niedrigen Curie-Temperatur vorliegt. Ist diese Wahrscheinlichkeit ausreichend groß, kann von einem verwendeten Kochgeschirr mit niedriger Curie-Temperatur ausgegangen und die Kochstelle entsprechend wie zuvor beschrieben betrieben werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein künstliches neuronales Netz mit Variablen, welche aus den zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren resultieren können, angelernt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das künstliche neuronale Netz auch mit den Rohdaten der Messung und bzw. oder mit den Zwischenergebnissen der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren angelernt werden.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines Induktionskochfelds;
- 2 eine schematische Darstellung eines Messdiagramms der Induktivität über der Frequenz zur Ausführung eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 eine schematische Darstellung eines Messdiagramms des Wirkwiderstands über der Frequenz zur Ausführung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 4 eine schematische Darstellung eines Messdiagramms der Induktivität über dem Effektivwert des Stroms zur Ausführung eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 5 eine schematische Darstellung eines Messdiagramms des Stroms über der Zeit zur Ausführung eines fünften erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Induktionskochfelds 1. Das Induktionskochfeld 1 weist eine Glaskeramikplatte 10 auf, welche das Induktionskochfeld 1 nach oben hin abschließt. Unterhalb der Glaskeramikplatte 10 ist eine Induktionsspule 12 dort angeordnet, wo auf der Glaskeramikplatte 10 eine Kochstelle 11 vorgesehen ist. Die Induktionsspule 12 ist elektrisch leitfähig mit einer Steuerungseinheit 13 des Induktionskochfelds 1 verbunden, so dass die Induktionsspule 12 der Kochstelle 11 durch die Steuerungseinheit 13 gesteuert oder geregelt betrieben werden kann. Insbesondere können die Stromstärke I, die Spannung U und die Frequenz f der Induktionsspule 12 der Kochstelle 11 seitens der Steuerungseinheit 13 vorgegeben werden.
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Auf der Kochstelle 11 ist ein Kochgeschirr 2 in Form eines Topfs 2 angeordnet, welcher einen Körper 20 mit einem Boden 21 aufweist. Der Boden 21 weist eine Schicht aus einem Material mit einer vorbestimmten niedrigen Curie-Temperatur auf. Der Boden 21 ist der Induktionsspule 12 der Kochstelle 11 zugewandt und über dieser angeordnet. Der Topf 2 ist in der 1 bewusst kontaktlos oberhalb der Kochstelle 11 dargestellt, um die einzelnen Elemente des Induktionskochfelds 1 und des Topfs 2 besser voneinander unterscheiden zu können.
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Mittels einer derartigen Kochstelle 11 eines derartigen Induktionskochfelds 1 können verschiedene erfindungsgemäße Verfahren wie folgt umgesetzt und genutzt werden:
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Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein Betreiben der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 mit einer ersten Frequenz F1, welche beispielweise ca. 20 kHz betragen kann. Hierzu wird ein Messstrom verwendet, welcher bei ca. 100 mA liegt und sich damit deutlich von den Stromstärken unterscheidet, welche beim Kochen, Braten etc. zum Betrieb der Kochstelle 11 verwendet werden. Dies kann die Unterscheidung der Messwerte nach den Materialien des Bodens 21 des Kochgeschirrs 2 begünstigen.
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Es erfolgt ein Bestimmen der Induktivität L1 der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 bei der ersten Frequenz F1. Die Induktivität L1 der ersten Frequenz F1 kann in der 2 dem Schnittpunkt der vertikalen Linie der ersten Frequenz F1 mit dem Verlauf der Induktivität L für Gusseisen, für ein Material mit einer niedrigen Curie-Temperatur oder für ein Material mit einer hohen Curie-Temperatur entsprechen (nicht dargestellt). Nun erfolgt ein Vergleichen der bestimmten Induktivität L1 der ersten Frequenz F1 mit einem vorbestimmten Grenzwert G-F1 der Induktivität L1 der ersten Frequenz F1, siehe 2. Anschließend erfolgt ein Bestimmen des Kochgeschirrs 2 in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Frequenz F1. Dabei wird ausgewertet, ob die bestimmte Induktivität L1 der ersten Frequenz F1 unterhalb oder oberhalb des vorbestimmten Grenzwert G-F1 der Induktivität L1 der ersten Frequenz F1 liegt. Hierdurch kann bei der Frequenz F1 zumindest unterschieden werden, ob das Kochgeschirr 2 einen Boden 21 aus einem Material mit hoher Curie-Temperatur aufweist oder nicht.
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Um auch die Materialien mit niedriger Curie-Temperatur und Gusseisen voneinander unterscheiden zu können, erfolgt ein weiteres Betreiben der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 mit einer zweiten Frequenz F2, welche beispielweise ca. 100 Hz betragen kann. Auch bei der zweiten Frequenz F2 erfolgt ein Bestimmen der Induktivität L2 der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 sowie ein Vergleichen der bestimmten Induktivität L2 der zweiten Frequenz F2 mit einem vorbestimmten Grenzwert G-F2 der Induktivität L2 der zweiten Frequenz F2, siehe 2. Da bei der zweiten Frequenz F2 der Verlauf der Induktivität L2 von Gusseisen als Material des Bodens 21 des Kochgeschirrs 2 von den Verläufen der Materialien mit niedriger und mit hoher Curie-Temperatur unterscheidbar ist, kann somit das Bestimmen des Kochgeschirrs 2 in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Frequenz F1 und des Ergebnisses des Vergleichens der zweiten Frequenz F2 erfolgen. Hierdurch lassen sich alle drei Materialien voneinander unterscheiden.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch der Wirkwiderstand R wie zuvor beschrieben verwendet werden, um das erste erfindungsgemäße Verfahren umzusetzen. Eine schematische Darstellung eines Messdiagramms des Wirkwiderstands R über der Frequenz f zur Ausführung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die 3.
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Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Betreiben der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 mit einer ersten Stromstärke 11 von z.B. ca. 1 A. Es erfolgt ein Bestimmen der Induktivität L1 der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 bei der ersten Stromstärke 11. Anschließend erfolgt ein Vergleichen der bestimmten Induktivität L1 der ersten Stromstärke 11 mit einem vorbestimmten Grenzwert G-11 der Induktivität L1 der ersten Stromstärke 11, siehe 4. Basierend hierauf erfolgt ein Bestimmen des Kochgeschirrs 2 in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Stromstärke 11. Auch auf diese Art und Weise kann für die erste Stromstärke 11 zumindest unterschieden werden, ob ein Kochgeschirr 2 mit einem Boden 21 mit einer hohen Curie-Temperatur oder nicht verwendet wird.
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Um auch gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren zwischen Gusseisen und einem Material mit niedriger Curie-Temperatur unterscheiden zu können, erfolgt anschließend ein Betreiben der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 mit einer zweiten Stromstärke 12 von z.B. ca. 5 A. Es erfolgt ein Bestimmen der Induktivität L2 der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 bei der zweiten Stromstärke 12, siehe 4, und ein Vergleichen der bestimmten Induktivität L2 der zweiten Stromstärke 12 mit einem vorbestimmten Grenzwert G-I2 der Induktivität L2 der zweiten Stromstärke 12, wobei das Bestimmen des Kochgeschirrs 2 in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Stromstärke 11 und des Ergebnisses des Vergleichens der zweiten Stromstärke 12 erfolgt. Hierdurch lassen sich alle drei Materialien voneinander unterscheiden.
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Gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein Betreiben der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 mit einer ersten Stromstärke 11 und bzw. oder mit einer ersten Spannung U1. Es erfolgt ein Bestimmen wenigstens eines Messparameters bei der ersten Stromstärke 11 und bzw. oder bei der ersten Spannung U1, wobei der Messparameter wenigstens die Wirkleistung, die Scheinleistung, die Blindleistung, die Reaktanz, die Resistanz und bzw. oder die Impedanz ist. Ferner erfolgt ein Betreiben der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 mit einer zweiten Stromstärke 12 und bzw. oder mit einer zweiten Spannung U2 sowie ein Bestimmen wenigstens des Messparameters bei der zweiten Stromstärke 12 und bzw. oder bei der zweiten Spannung U2. Es kann nunmehr ein Vergleichen der Steigung des Messparameters zwischen der ersten Stromstärke 11 und der zweiten Stromstärke 12 und bzw. oder zwischen der ersten Spannung U1 und der zweiten Spannung U2 mit einem vorbestimmten Grenzwert der Steigung des Messparameters erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Vergleichen der Differenz des Messparameters zwischen der ersten Stromstärke 11 und der zweiten Stromstärke 12 und bzw. oder zwischen der ersten Spannung U1 und der zweiten Spannung U2 mit einem vorbestimmten Grenzwert der Differenz des Messparameters erfolgen. Der vorbestimmte Grenzwert der Steigung des Messparameters und bzw. oder der vorbestimmte Grenzwert der Differenz des Messparameters kann dabei von der Stromstärke 11, 12 und bzw. oder von der Spannung (U1/U2) abhängen. Anschließend kann ein Bestimmen des Kochgeschirrs 2 in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der Steigung des Messparameters und bzw. oder des Vergleichens der Differenz des Messparameters erfolgen. Hierdurch lassen sich alle drei Materialien voneinander unterscheiden.
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Gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein Betreiben der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 mit einer Spannung U1 bei einer ersten Temperatur. Es erfolgt ein Bestimmen der Eigenfrequenz des Schwingkreises der Induktionsspule 12 der Kochstelle 11 und des Kochgeschirrs 2 bei der ersten Temperatur. Hierzu kann zuvor ein Ausschalten der Spannung U1 erfolgen. Ferner erfolgt ein Bestimmen der Induktivität L1 des Schwingkreises bei der ersten Temperatur aus der bestimmten Eigenfrequenz und der Kapazität der Induktionsspule 12, ein Vergleichen der bestimmten Induktivität L1 der ersten Temperatur mit einem vorbestimmten Grenzwert der Induktivität L1 der ersten Temperatur und ein Bestimmen des Kochgeschirrs 2 in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Temperatur. Auch auf diese Art und Weise kann für die erste Temperatur zumindest unterschieden werden, ob ein Kochgeschirr 2 mit einem Boden 21 mit einer hohen Curie-Temperatur oder nicht verwendet wird.
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Um auch gemäß dem vierten erfindungsgemäßen Verfahren zwischen Gusseisen und einem Material mit niedriger Curie-Temperatur unterscheiden zu können, erfolgt anschließend ein Betreiben der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 mit der Spannung U1 bei einer zweiten Temperatur, ein Bestimmen der Eigenfrequenz des Schwingkreises der Induktionsspule 12 der Kochstelle 11 und des Kochgeschirrs 2 bei der zweiten Temperatur sowie ein Bestimmen der Induktivität L2 des Schwingkreises bei der zweiten Temperatur aus der bestimmten Eigenfrequenz und der Kapazität der Induktionsspule 12. Hierzu kann zuvor ein Ausschalten der Spannung U1 erfolgen. Anschließend erfolgt ein Vergleichen der bestimmten Induktivität L2 der zweiten Temperatur mit einem vorbestimmten Grenzwert der Induktivität L2 der zweiten Temperatur, wobei das Bestimmen des Kochgeschirrs 2 in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens der ersten Temperatur und des Ergebnisses des Vergleichens der zweiten Temperatur erfolgt. Hierdurch lassen sich alle drei Materialien voneinander unterscheiden.
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Gemäß einem fünften erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein Betreiben der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 mit einer Spannung U, ein Erfassen des Stroms I über der Zeit t, ein Bestimmen des Anstiegs des Stroms I bei einer ersten Stromstärke 11, siehe 5, ein Vergleichen des bestimmten Anstiegs des Stroms I bei der ersten Stromstärke 11 mit einem vorbestimmten Grenzwert des Anstiegs des Stroms I bei der ersten Stromstärke 11 und ein Bestimmen des Kochgeschirrs 2 in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens des Anstiegs des Stroms I bei der ersten Stromstärke 11. Auch auf diese Art und Weise kann für die erste Temperatur zumindest unterschieden werden, ob ein Kochgeschirr 2 mit einem Boden 21 mit einer hohen Curie-Temperatur oder nicht verwendet wird. Das Betreiben der Kochstelle 11 erfolgt in diesem Fall derart, dass der Strom I möglichst ungehindert in die Induktionsspule 12 fließen kann. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung einer Kochstelle 11 mit einer Ein-Transitor-Lösung der Induktionsspule 12 erfolgen.
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Um auch gemäß dem fünften erfindungsgemäßen Verfahren zwischen Gusseisen und einem Material mit niedriger Curie-Temperatur unterscheiden zu können, erfolgt anschließend ein Bestimmen des Anstiegs des Stroms I bei einer zweiten Stromstärke 12 und ein Vergleichen des bestimmten Anstiegs des Stroms I bei der zweiten Stromstärke 12 mit einem vorbestimmten Grenzwert des Anstiegs des Stroms I bei der zweiten Stromstärke 12, wobei das Bestimmen des Kochgeschirrs 2 in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichens des Anstiegs des Stroms I bei der ersten Stromstärke 11 und des Ergebnisses des Vergleichens des Anstiegs des Stroms I bei der zweiten Stromstärke 12 erfolgt.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann auch der bei der ersten Stromstärke 11 ermittelte Stromanstieg mit dem Stromanstieg bei der zweiten Stromstärke 12 verglichen werden. Als Ergebnis des Vergleiches kann sich ein höherer Stromanstieg bei der zweiten Stromstärke 12 im Verhältnis zur ersten Stromstärke 11 für ein Material mit niedrigerer Curie-Temperatur ergeben. Alternativ kann das Ergebnis des Vergleiches einen niedriger Stromanstieg bei der zweiten Stromstärke 12 im Verhältnis zur ersten Stromstärke 11 für ein Material mit höherer Curie-Temperatur ergeben.
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Gemäß jedem der zuvor beschrieben fünf erfindungsgemäßen Verfahren kann das verwendete Kochgeschirr 2 zumindest dahingehend bestimmt bzw. unterschieden werden, ob der Boden 21 des Kochgeschirrs 2 als Material Gusseisen, ein Material mit einer hohen Curie-Temperatur wie z.B. Edelstahl oder ein Material mit einer niedrigen Curie-Temperatur aufweist. In Reaktion hierauf kann in jedem Fall ein Betreiben der Kochstelle 11 mit dem Kochgeschirr 2 in Abhängigkeit des bestimmten Kochgeschirrs 2 erfolgen, d.h. der weitere Betrieb der Kochstelle11 mit dem Kochgeschirr 21 kann danach unterschieden werden, welcher Art von Kochgeschirr 21 das aktuell verwendete Kochgeschirr 21 zugeordnet werden kann.
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Dabei kann in dem Fall, dass das bestimmte Kochgeschirr 2 eine niedrige Curie-Temperatur aufweist, die Soll-Leistung der Kochstelle 11 des Induktionskochfelds 1 derart begrenzt werden, so dass die Curie-Temperatur des bestimmten Kochgeschirr 2 nicht erreicht werden kann. Dies kann es vermeiden, dass bei Erreichen der Curie-Temperatur des Kochgeschirrs 2 die Regelung der Induktionsspule 12 der Kochstelle 11 versucht, dies durch einen stärkeren Spulenstrom bis zum Erreichen der Strombegrenzung wieder auszugleichen, was jedoch aufgrund des Verlusts der ferromagnetischen Eigenschaft des Bodens 21 des Kochgeschirrs 2 bei Erreichen der niedrigen Curie-Temperatur nicht gelingen kann. Die Belastung der Elektronik durch einen zumindest kurzzeitigen maximalen Spulenstrom, welcher von der Strombegrenzung der Elektronik z.B. durch ein kurzzeitiges Abschalten der Kochstelle 11 abgefangen werden muss, kann somit erfindungsgemäß vermieden werden. Dies kann die Elektronik schonen und eine Reduzierung ihrer Lebensdauer vermeiden helfen. Auch kann eine hierdurch verursachte Unterbrechung des Kochprozesses vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- f
- Frequenz
- F1
- erste Frequenz
- F2
- zweite Frequenz
- G-F1
- Grenzwert der Induktivität L1 der ersten Frequenz F1
- G-F2
- Grenzwert der Induktivität L2 der zweiten Frequenz F2
- G-I1
- Grenzwert der Induktivität L1 der ersten Stromstärke 11
- G-I2
- Grenzwert der Induktivität L2 der zweiten Stromstärke 12
- I
- (elektrische) Stromstärke
- Ieff
- Effektivwert der Stromstärke I
- I1
- erste Stromstärke
- I2
- zweite Stromstärke
- L
- Induktivität
- L1
- Induktivität der ersten Frequenz F1 bzw. der ersten Stromstärke 11 bzw. der ersten Temperatur
- L2
- Induktivität der zweiten Frequenz F2 bzw. der zweiten Stromstärke 12 bzw. der zweiten Temperatur
- R
- Wirkwiderstand
- R1
- Wirkwiderstand der ersten Frequenz F1 bzw. der ersten Stromstärke 11 bzw. der ersten Temperatur
- R2
- Wirkwiderstand der zweiten Frequenz F2 bzw. der zweiten Stromstärke 12 bzw. der zweiten Temperatur
- t
- Zeit
- U
- (elektrische) Spannung
- U1
- erste Spannung
- U2
- zweite Spannung
- 1
- Induktionskochfeld
- 10
- Glaskeramikplatte
- 11
- Kochstelle
- 12
- Induktionsspule der Kochstelle 11
- 13
- Steuerungseinheit bzw. Elektronik des Induktionskochfelds 1
- 2
- Kochgeschirr; Topf
- 20
- Körper
- 21
- Boden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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