DE4339267A1

DE4339267A1 - Kochstelle mit einer elektronischen Steuerung mit kontinuierlicher Leistungszufuhr, insbesondere PureHalogen-Kochstelle

Info

Publication number: DE4339267A1
Application number: DE19934339267
Authority: DE
Inventors: Manfred Mayr-Willius; Nikolaus Wingert
Original assignee: Bauknecht Hausgeraete GmbH
Current assignee: Bauknecht Hausgeraete GmbH
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2013-11-19
Also published as: DE4339267C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kochstelle mit einer elektronischen Steuerung mit kontinuierlicher Leistungszufuhr, insbesondere PureHalogen-Kochstelle, bei der mit Temperatursensoren die Temperaturen von Unterbau, Isolator oder Reflektor und Glaskeramik erfaßt werden.

Bei den bekannten Haushalt-Kochfeldern wird die Heizleistung durch Vorgabe vom Benutzer fest eingestellt und elektronisch oder elektromechanisch an die Heizelemente weitergegeben. Dabei ist in der Praxis die in den Topf fließende Energie stark von der Netzspannung, den Heizkörperwiderständen, der Topfbeschaffenheit und der Topftemperatur abhängig. Dies hat zur Folge, daß man bei gleichen Einstellungen bei ein und demselben Gerät unterschiedliche Kochzeiten hat oder unterschiedliche Einstellungen wählen muß, um gleiche Kochzeiten zu erhalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kochstelle der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß jeder Benutzer unabhängig von der Netzspannung, den Bauteiltoleranzen und vom verwendeten Topf bei gleicher Einstellung die gleiche Kochzeit erhält.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß im Mikroprozessor der Steuerung ein thermisches Ersatzschaltbild gespeichert ist, das dem Wärmefluß der Kochstelle zwischen Heizelement, Unterbau, Isolator oder Reflektor, Glaskeramik und Topf entspricht, und daß der Mikroprozessor in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturen den Wärmefluß in den Topfboden oder die Durchschnittstemperatur der Glaskeramik und daraus den Wärmefluß in den Topfboden errechnet und die entsprechende Steuerung der elektrischen Leistung des Heizelementes veranlaßt.

Über das thermische Ersatzschaltbild kann mit Hilfe der gemessenen Temperaturen der Wärmefluß in dem Topfboden errechnet und geregelt werden, so daß ein automatischer Ausgleich der von Fall zu Fall unterschiedlichen Größen von Netzspannung, Bauelementen und Topf erfolgt und somit ein automatischer Kochvorgang erzielbar ist.

Kochstellen der eingangs erwähnten Art sind im Prinzip ähnlich aufgebaut. Sie bestehen aus einem oder mehreren Heizelementen (Heizwendel, Halogenlampen), einer aus Glaskeramik bestehenden Abdeckung, einer Isolation oder einem Reflektor, die bzw. der nach unten und seitlich abschließt, und einem Unterbau zum Befestigen der Kochstelle in der Kochmulde.

Die thermischen Vorgänge in einer Kochstelle können mittels eines physikalischen Modells - eines thermischen Ersatzschaltbildes - nachvollzogen werden. Dabei sind die thermischen Kapazitäten der wichtigsten Bauteile, wie Isolator oder Reflektor und Glaskeramik und die thermischen Widerstände zwischen den Bauteilen und der Umgebung sowie die Abhängigkeiten der Direktstrahlungsanteile von den Reflexionseigenschaften des Topfes maßgebend. Diese konkreten Parameter variieren naturlich zwischen den Heizkörperbauformen und werden für jede Bauform ermittelt.

Nach einer Ausgestaltung ist daher vorgesehen, daß das thermische Ersatzschaltbild den thermischen Widerstand des Topfes den thermischen Widerstand von der Glaskeramik zu dem Topf, den thermischen Widerstand von dem Isolator oder Reflektor zu der Glaskeramik, den thermischen Widerstand von der Glaskeramik zu dem Isolator oder Reflektor, den thermischen Widerstand von dem Unterbau zu der Glaskeramik, die Wärmekapazität des Topfes, die Wärmekapazität der Glaskeramik, die Wärmekapazität des Isolators oder Reflektors und die Direktstrahlungsanteile des Isolators oder Reflektors, der Glaskeramik und des Topfes umfaßt.

Für die Einstellung ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß mit einem Stellglied der Wärmefluß in den Topfboden vorgebbar ist und daß der Mikroprozessor diesen anhand des jeweils berechneten Wärmeflusses regelt, oder daß mittels eines Stellgliedes die gewünschte Temperatur des Topfbodens einstellbar ist und daß der Mikroprozessor diese anhand der jeweils berechneten Temperaturen regelt.

Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß aus dem Wärmefluß in den Topfboden eine Anzeige ableitbar ist, die die An- oder Abwesenheit eines Topfes auf der Glaskeramik oder die Qualität des Topfes angibt, dann kann auf einfache Weise eine Topferkennung erhalten werden. Für die Anzeige ist vorzugsweise vorgesehen, daß als Anzeige ein Anzeigemittel vorgesehen ist, das als Ampel ausgebildet ist und einen anwesenden oder qualitativ guten Topf durch ein grünes Signal und einen abwesenden oder qualitativ schlechten Topf durch ein rotes Signal kennzeichnet, sowie einen weder besonders guten noch schlechten Topf durch ein gelbes Signal. Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, die Entscheidung, welches Signal der Ampel angezeigt wird, mittels Furry Logic aus den berechneten Temperaturen und Wärmeflüssen abzuleiten.

Um eine Überhitzung zu vermeiden, wird zudem vorgesehen, daß bei abwesendem Topf die elektrische Leistung des Heizelementes reduziert ist.

Zur Ermittlung der Temperatur des Topfbodens kann vorgesehen sein, daß mittels Meßzyklen mit unterschiedlicher Leistungszufuhr die Temperatur des Topfbodens meß- und berechenbar ist.

Eine erste Möglichkeit zur Ermittlung des Wärmeflusses sieht vor, daß zur Ermittlung des Wärmeflusses in den Topfboden die elektrische Leistung, die Temperatur des Unterbaues, die Temperatur des Isolators oder Reflektors und die Temperatur der Glaskeramik gemessen wird, und daß der Wärmefluß in den Topfboden aus der Summe zwischen dem Direktanteil der gestrahlten Energie in den Topf und der thermischen Energie von der Glaskeramik zum Topfboden gebildet ist.

Eine alternative Möglichkeit dazu ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Wärmeflusses in den Topfboden die elektrische Leistung, die Temperatur des Unterbaues, die Temperatur des Isolators oder Reflektors sowie der Reflexionskoeffizient des Topfbodens gemessen wird, daß der Wärmefluß von der Glaskeramik zum Topfboden eine Funktion der elektrischen Leistung und der Temperatur der Glaskeramik ist und daß diese Funktion im Mikroprozessor gespeichert ist.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematische eine Glaskeramik-Kochstelle,

Fig. 2 das Ersatzschaltbild für den Isolator oder Reflektor einer PureHalogen-Kochstelle,

Fig. 3 das Ersatzschaltbild für die Glaskeramik einer PureHalogen-Kochstelle,

Fig. 4 das Ersatzschaltbild einer PureHalogen-Kochstelle für die Beheizung von oben im Beharrungszustand,

Fig. 5 das theoretische Ersatzschaltbild einer PureHalogen-Kochstelle für die Beheizung von unten mit einem fremden Heizkörper,

Fig. 6 das Ersatzschaltbild für eine PureHalogen-Kochstelle und

Fig. 7 eine Steuereinheit mit Mikroprozessor für die elektronische Leistungsregelung der Kochstelle.

In Fig. 1 ist eine Kochstelle mit Glaskeramik schematisch dargestellt. Ein Topf 1,T steht auf einer Glaskeramikplatte 2,K, die zum Unterbau 4,U hin durch eine Isolation oder einen Reflektor 3,R abgedeckt ist. Heizelemente 5, z. B. Halogenlampen, sind unterhalb der Glaskeramik 2,K innerhalb der Isolation oder des Reflektors 3,R angeordnet. Die Kochstelle hat thermische Widerstände Rt des Topfes 1,T, Rkt zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topf 1,T, Rrk zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und der Glaskeramik 2,K sowie Rru zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und dem Unterbau 4,U.

Fig. 2 zeigt das thermische Ersatzschaltbild eines Isolators oder eines Reflektors 3,R, es umfaßt die Reihenschaltung der thermischen Widerstände Rrk und Rru. Am Verbindungspunkt der beiden thermischen Widerstände ist der Kondensator Cr angeschaltet, der die Wärmekapazität des Isolators oder des Reflektors 3,R angibt. Die Temperaturen Tk, Tt und Tu entsprechen den Temperaturen an der Glaskeramik 2,K, an der Isolation oder des Reflektors 3,R und an dem Unterbau 4,U. Mit Idr ist der Direktstrahlungsanteil auf den Isolator oder Reflektor 3,R angegeben, während mit Irk der Wärmefluß von der Isolation oder dem Reflektor 3,R zu der Glaskeramik 2,K und mit Iru der Wärmefluß von der Isolation oder dem Reflektor 3,R zu dem Unterbau 4,U angegeben sind. Schließlich gibt Ir den Wärmefluß in die Kapazität Cr der Isolation oder des Reflektors 3,R an.

Fig. 3 zeigt das thermische Ersatzschaltbild der Glaskeramik einer PureHalogen-Kochstelle mit der Reihenschaltung aus den thermischen Widerständen Rkt und Rkr. Am Verbindungspunkt der beiden thermischen Widerstände ist der Kondensator Ck angeschaltet, der die Wärmekapazität der Glaskeramik 2,K angibt. Die Temperaturen Tt, Tk und Tr entsprechen den Temperaturen am Topf 1,T, an der Glaskeramik 2,K und an der Isolation oder dem Reflektor 3,R. Mit Idk ist der Direktstrahlungsanteil in die Glaskeramik 2,K angegeben, während mit Irk der Wärmefluß zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und der Glaskeramik 2,K und mit Ikt der Wärmefluß zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topf 1,T angegeben sind. Schließlich gibt Ik den Wärmefluß in die Kapazität Ck der Glaskeramik 2,K an.

In Fig. 4 ist das Ersatzschaltbild einer PureHalogen-Kochstelle für die Beheizung von oben im Beharrungszustand angegeben. Die Reihenschaltung umfaßt die thermischen Widerstände Rtk, Rkr, Rru und Ru, d. h. den thermischen Widerstand Rtk zwischen dem Topf 1,T und der Glaskeramik 2,K, den thermischen Widerstand Rkr zwischen der Glaskeramik 2,K und der Isolation oder dem Reflektor 3,R, den thermischen Widerstand Rru zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und dem Unterbau 4,U und den thermischen Widerstand Ru des Unterbaues 4,U. Die Temperaturen Tt, Tk, Tr und Tu treten an dem Topf 1,T, an der Glaskeramik 2,K, an der Isolation oder dem Reflektor 3,R und an dem Unterbau 4,U auf. Mit Iru ist der Wärmefluß von der Isolation oder dem Reflektor 3,R zu dem Unterbau 4,U gekennzeichnet.

In der Fig. 5 wird das theoretische Ersatzschaltbild einer PureHalogen-Kochstelle für die Beheizung von unten mit einem oder mehreren fremden Heizelementen dargestellt. Es umfaßt die Reihenschaltung der thermischen Widerstände Rur, Rkr, Rkt und Rt, d. h. den thermischen Widerstand Rur zwischen dem Unterbau 4,U und der Isolation oder dem Reflektor 3,R, den thermischen Widerstand Rkr zwischen der Glaskeramik 2,K und der Isolation oder dem Reflektor 3,R, den thermischen Widerstand Rkt zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topf 1,T und den thermischen Widerstand Rt des Topfes 1,T.

An dem Verbindungspunkt zwischen den thermischen Widerständen Rur und Rkr ist die Kapazität Cr der Isolation oder des Reflektors 3,R angeschaltet. Die Kapazität Ck der Glaskeramik 2,K ist an dem Verbindungspunkt der thermischen Widerstände Rkr und Rkt angeschaltet und schließlich ist an dem Verbindungspunkt der beiden thermischen Widerstände Rkt und Rt die Kapazität Ct des Topfes 1,T angeschaltet. Die Temperaturen Tu, Tr, Tk und Tt geben die Temperaturen am Unterbau 4,U, an der Isolation oder dem Reflektor 3,R, an der Glaskeramik 2,K und am Topf 1,T an. Mit Ir, Ik und It sind die Wärmeflüsse in die Kondensatoren Cr, Ck und Ct, d. h. die Wärmekapazitäten von Isolation oder Reflektor 3,R, von der Glaskeramik 2,K und dem Topf 1,T angegeben, während Iru dem Wärmefluß zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und dem Unterbau r,U, Irk dem Wärmefluß zwischen der Isolation oder dem Reflektor 3,R und der Glaskeramik 2,K und Ikt dem Wärmefluß zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topf 1,T entsprechen.

Das Ersatzschaltbild nach Fig. 6 für eine PureHalogen-Kochstelle ist mit dem thermischen Widerstand Rkr zwischen der Glaskeramik 2,K und der Isolation oder dem Reflektor 3,R ergänzt. Außerdem sind die Direktstrahlungsanteile Idr in die Isolation oder den Reflektor 3,R, Idk in die Glaskeramik 2,K und Idt in den Topf 1,T eingetragen, während mit I die gesamte elektrische Leistung gekennzeichnet ist. Die Temperaturen Tu, Tr, Tk und Tt entsprechen den in Fig. 5 angegebenen Temperaturen.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel werden die elektrische Leistung I (I als Abkurzung für Strom, weil die elektrische Leistung den "Wärmestrom" darstellt) sowie die Temperaturen des Unterbaues 4,U, des Reflektors 3,R und der Glaskeramik 2,K gemessen und zwar mit Hilfe von Temperatursensoren. Aus den gemessenen Temperaturen wird der Direktanteil in den Reflektor 3,R berechnet:

Idr = f(Tu, Tr, Tk)

Der Direktanteil in den Reflektor 3,R ist abhängig vom Reflexionskoeffizienten des Topfbodens und der elektrischen Leistung. Ist der Direktanteil in den Reflektor 3,R bekannt, dann kann der Reflexionskoeffizient rt des Topfbodens berechnet werden (Fig. 2):

rt = f(Idr, I)

Der ermittelte Wert für rt wird für die Berechnung der Direktanteile in die Glaskeramik 2,K und in den Topf 1,T eingesetzt:

Idk = f(rt)
Idt = f(rt)

Aus dem Ersatzschaltbild nach Fig. 3 wird der Wärmefluß Ikt zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topfboden berechnet:

Ikt = f(Idk, Tk, Tr)

Der Wärmefluß in den Topfboden ist die Summe aus dem Direktanteil dar gestrahlten Energie in den Topf Idt und der thermischen Energie Ikt, die von der Glaskeramik 2,K in den Topfboden übertragen wird.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel werden die elektrische Leistung und die Temperaturen Tr des Reflektors 3,R und Tu des Unterbaues 4,U sowie der Reflexionskoeffizient des Topfbodens erfaßt. Sind die elektrische Leistung I und der Reflexionskoeffizient rt des Topfbodens bekannt, dann können die Direktanteile Idr in den Reflektor 3,R, Idk in die Glaskeramik 2,K und Idt in den Topf 1,T berechnet werden:

Idr = f(rt), Idk = f(rt) und Idt = f(rt)

Aus dem Ersatzschaltbild für den Reflektor 3,R nach Fig. 2 werden der Wärmefluß Irk von dem Reflektor 3,R zu der Glaskeramik 2,K und die Temperatur Tk der Glaskeramik 2,K errechnet:

Irk = f(Idk, Tk, Tr)
Tk = f(Tr, Irk)

Aus dem Ersatzschaltbild für die Glaskeramik nach Fig. 3 wird der Wärmefluß Ikt zwischen der Glaskeramik 2,K und dem Topfboden des Topfes 1,T berechnet:

Ikt = f(Idk, Irk)

Der Wärmefluß von der Glaskeramik 2,K nach außen ist eine Funktion der elektrischen Leistung I und der Temperatur Tk der Glaskeramik 2,K. Diese Funktion wird im Mikroprozessor µP einer Steuereinheit der Kochstelle nach Fig. 7 gespeichert. Ein Vergleich zwischen dem gemessenen Wärmefluß und dem Wert für freie Abstrahlung kann zur Topferkennung ausgenutzt werden.

Die Entscheidung über Topfanwesenheit kann über Fuzzy Logic aus den Parametern Reflexionskoeffizient des Topfes, Glaskeramiktemperatur sowie Wärmefluß in dem Topf ermittelt werden, wobei diese Parameter in Fuzzy-Sets umgewandelt sind.

Über ein Parameterfeld, das die wichtigsten Größen der Kochstelle - z. B. Strahlungsleistung in den Topf, Kontaktleistung in den Topf, Reflexionskoeffizient des Topfes, Temperatur der Glaskeramik - enthält, kann eine Qualitätsgröße für den Topf abgeleitet werden.

Dieses Parameterfeld kann über die entsprechende Gestaltung von Membership-Funktionen (für eine Fuzzy-Logic-Auswertung) gebildet werden.

Bestimmung des thermischen Ersatzschaltbildes für eine PureHalogen-Kochstelle

Im folgenden wird die Vorgehensweise zur Bestimmung der Komponenten eines physikalischen Modells für eine Pure Halogen-Kochstelle beschrieben.

Die Wärmekapazität der Komponenten des Kochsystems können aus den Materialeigenschaften berechnet werden:

C=m _* c

C = Wärmekapazität
m = Masse des Körpers
c = spezifische Wärmekapazität (Materialeigenschaft)

Für eine PureHalogen-Kochstelle mit einem Durchmesser von 180 mm ergeben sich z. B. folgende Werte:

Die Direktanteile der thermischen Leistung in die verschiedenen Komponenten hängen von deren Reflexionseigenschaften ab. Da diese Direktanteile ein Teil des Modells sind, müssen sie ermittelt werden.

Als erste Näherung werden die Direktanteile der gestrahlten Energie theoretisch berechnet.

Vereinfachungen

1. Die Lampe strahlt 50% der Energie senkrecht nach oben und 50% senkrecht nach unten.
2. Die Komponenten haben ideale Spektralkurven.
3. Die Energie wird nur durch Strahlung abgegeben (keine Konvektion)

rt - Reflexionskoeffizient Topf
at - Absorptionskoeffizient Topf
rr - Reflexionskoeffizient Reflektor
ar - Absorptionskoeffizient Reflektor
tk - Transmissionskoeffizient Glaskeramik
ak - Absorptionskoeffizient Glaskeramik
L - Leistung

Theoretisch ergeben sich folgende Werte für die Direktanteile der gestrahlten Energie:

1. Direktanteil Reflektor Ir = ar · L/2 · (1+rt·tk²)/(1-rt·rr·tk²)
2. Direktanteil Keramik Ik = ak · L/2 · [(1+rt·tk²) : (1+rr)]/(1-rt·rr·tk²)
3. Direktanteil Topf It = at · tk · L/2 · (1+rr)/(1-rt·rr·tk²)

Um die thermischen Widerstände der Komponenten der Kochstelle zu ermitteln, wurden Versuche mit einem definierten Verbraucher gefahren, dessen thermische Kapazität und thermischer Widerstand zur Umgebung bekannt waren.

Die Kochstelle wird von unten mit einem fremden Heizkörper aufgeheizt. Auf der Kochstelle steht ein Verbraucher mit einer bekannten Wärmekapazität (z. B. Alublock). Es werden die Temperaturen des Unterbaus, des Reflektors, der Keramik und des Verbrauchers gemessen. Wenn die thermischen Kapazitäten der einzelnen Komponenten bekannt sind, können anhand der gemessenen Temperaturen die thermischen Widerstände zwischen den einzelnen Komponenten berechnet werden. Aus Fig. 2 folgt:

It = (Ct · dTr/dt) + Tt/Rt (Wärmefluß in den Verbraucher)
Rkt = (Tk - Tt)/It (thermischer Widerstand Keramik-Verbraucher
Ik = (Ck · dTk/dt) (Wärmefluß in die Glaskeramik)
Irk = It + Ik (Wärmefluß Reflektor Glaskeramik)
Rkt = (Tr - Tk)/Irk (thermischer Widerstand Glaskeramik-Topf)

Da in den meisten Fällen die Keramik eine höhere Temperatur als der Reflektor hat, findet in der Praxis eine Wärmeübertragung von oben nach unten statt. Um die Widerstände für diesen Fall zu berechnen, wird die Kochstelle über denselben Verbraucher von oben beheizt, bis ein Beharrungszustand erreicht wird. Wenn der thermische Widerstand Verbraucher-Glaskeramik bekannt ist, können anhand der Beharrungstemperaturen die thermischen Widerstände innerhalb der Kochstelle berechnet werden. Aus Fig. 3 folgt:

Itu = (Tt - Tk)/Rkt Wärmefluß Topf-Unterbau
Rkr = (Tk - Tr)/Itu thermischer Widerstand Keramik-Reflektor
Rru = (Tr - Tu)/Itu thermischer Widerstand Reflektor-Unterbau

Mit den oben berechneten Werten ist das Modell für die Kochstelle definiert. Um diese Werte zu verbessern, werden weitere Versuche gefahren, wobei die theoretischen mit den praktischen Werten verglichen werden und die nötigen Korrekturen im Modell vorgenommen werden.

Praktische Ausführung

Um ein realitätsnahes Modell zu erhalten, ist es wichtig, daß die Mitteltemperatur der Glaskeramik erfaßt wird. Dies läßt sich beispielsweise mit Hilfe von zwei oder mehreren Thermoelementen erreichen, die so angeordnet sind, daß man eine Mitteltemperatur der Glaskeramik messen kann. Um einen ausreichenden thermischen Kontakt zur Heizfläche zu gewährleisten, müssen diese an die Heizfläche angedrückt werden. Ebenso können Thermoelemente in die Heizfläche integriert werden, indem sie eingewalzt oder eingelassen werden.

Aus der DE-PS 21 39 828 sind in die Heizfläche integrierte Thermosensoren bekannt, welche aus zwei parallel geführten Leiterbahnen begrenzten Glaskeramiktemperaturmeßwiderständen bestehen. Diese Leiterbahnen werden mittels Siebdruck oder anderer Methoden auf die Glaskeramikunterseite aufgebracht und eingebrannt. Der stark temperaturabhängige elektrische Widerstand, der zwischen den Leiterbahnen eingegrenzten Glaskeramik stellt den eigentlichen Temperaturmeßwiderstand dar. Bei einer gewissen Anordnung der Leiterbahnen wäre es möglich, daß direkt die Mitteltemperatur der Glaskeramik erfaßt wird.

In der Anwendung sind die Unbekannten in unserem Modell der Widerstand Glas-Keramik-Topfboden und der Reflexionskoeffizient des Topfbodens. In der ersten praktischen Ausführung werden die Temperaturen der Glaskeramik, des Reflektors und des Unterbaus gemessen.

Die Meßsignale werden über einen Multiplexer MUX an den Eingang eines A/D-Wandlers übertragen, dessen Ausgangssignal vom Mikroprozessor µP eingelesen wird. Die Auswahl des zu messenden Kanals wird vom Mikroprozessor µP gesteuert. Die Meßsignale werden mit einem entsprechenden Programm ausgewertet und anhand der Ergebnisse steuert der Mikroprozessor µP die Leistungszufuhr zu dem Heizelement HE, wie Fig. 7 zeigt.

Mit einem Stellglied StG kann die Temperatur Tk der Glaskeramik 2,K oder der Wärmefluß von der Glaskeramik 2,K zum Topfboden vorgegeben werden. Über das im Mikroprozessor µP gespeicherte Modell kann die Regelgröße für das Heizelement HE errechnet werden. Die Temperatursensoren S1, S2 und S3 geben die Temperatursignale, z. B. des Unterbaues 4,U, des Reflektors 3,R und der Glaskeramik 2,K an den Multiplexer MUX Eine Anzeige A, die z. B. als Ampel ausgebildet ist, gibt ein Kennzeichen ab, das die An- oder Abwesenheit eines Topfes auf der Glaskeramik anzeigt oder eine Qualitätsaussage über den Topf darstellt. Bei der Ampel zeigt grün die Anwesenheit und rot die Abwesenheit des Topfes an.

Das Gesamt-Ersatzschaltbild der Kochstelle ist in Fig. 6 dargestellt. Aus diesem Ersatzschaltbild werden der Wärmefluß Iru zwischen Reflektor 3,R und Unterbau 4,U sowie der Wärmefluß Irk zwischen Reflektor 3,R und Glaskeramik 2,K ermittelt:

Iru = f(Tr, Tu) = Rru· (Tr-Tu)
Irk = f(Tr, Tk) = Rrk· (Tr-Tk).

Claims

1. Kochstelle mit einer elektronischen Steuerung mit kontinuierlicher Leistungszufuhr, insbesondere PureHalogen-Kochstelle, bei der mit Temperatursensoren die Temperaturen von Unterbau, Isolator oder Reflektor und Glaskeramik erfaßt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Mikroprozessor (µP) der Steuerung (Fig. 7) ein thermisches Ersatzschaltbild (Fig. 6) gespeichert ist, das dem Wärmefluß (I) der Kochstelle zwischen Heizelement (5, HE), Unterbau (4,U), Isolator oder Reflektor (3,R), Glaskeramik (2,K) und Topf (1,T) entspricht, und
daß der Mikroprozessor (µP) in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturen (Tu des Unterbaues U, Tk der Glaskeramik K und/oder Tr des Isolators oder Reflektors den Wärmefluß in den Topfboden oder die Durchschnittstemperatur der Glaskeramik (2,K) und daraus den Wärmefluß in den Topfboden errechnet und die entsprechende Steuerung der elektrischen Leistung (I) des Heizelementes (HE) veranlaßt.

2. Kochstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Ersatzschaltbild (Fig. 6) den thermischen Widerstand (Rt) des Topfes (1,T) den thermischen Widerstand (Rkt) von der Glaskeramik (2,K) zu dem Topf (1,T), den thermischen Widerstand (Rtk) von dem Isolator oder Reflektor (3,R) zu der Glaskeramik (2,K), den thermischen Widerstand (Rkt) von der Glaskeramik (2,K) zu dem Isolator oder Reflektor (3,R), den thermischen Widerstand (Rur) von dem Unterbau (4,U) zu der Glaskeramik (2,K), die Wärmekapazität (Ct) des Topfes (1,T), die Wärmekapazität (Ck) der Glaskeramik (2,K), die Wärmekapazität (Ct) des Isolators oder Reflektors (3,R) und die Direktstrahlungsanteile (Idr, Idk, Idt) des Isolators oder Reflektors (3,R), der Glaskeramik (2,K) und des Topfes (1,T) umfaßt.

3. Kochstelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung über Fuzzy-Logic geschieht, und das thermische Ersatzschaltbild durch entsprechend ausgestaltete Membership-Funktionen gebildet ist.

4. Kochstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit einem Stellglied (StG) der Wärmefluß in den Topfboden vorgebbar ist und
daß der Mikroprozessor (µP) diesen anhand des jeweils berechneten Wärmeflusses regelt.

5. Kochstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Wärmefluß (It) in den Topfboden eine Anzeige (A) ableitbar ist, die die An- oder Abwesenheit eines Topfes (1,T) auf der Glaskeramik (2,K) oder die Qualität des Topfes (1,T) angibt.

6. Kochstelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeige (A) ein Anzeigemittel vorgesehen ist, das als Ampel ausgebildet ist und einen anwesenden oder qualitativ guten Topf (1,T) durch ein grünes Signal, einen abwesenden oder qualitativ schlechten Topf (1,T) durch ein rotes Signal, sowie einen qualitativ mittleren Topf durch ein gelbes Signal kennzeichnet.

7. Kochstelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei abwesendem Topf (1,T) die elektrische Leistung (I) des Heizelementes (HE) reduziert ist.

8. Kochstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Meßzyklen mit unterschiedlicher Leistungszufuhr die Temperatur (Tt) des Topfbodens meß- und berechenbar ist.

9. Kochstelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Stellgliedes (StG) die gewünschte Temperatur (Tt) des Topfbodens einstellbar ist und daß der Mikroprozessor (µP) diese anhand der jeweils berechneten Temperaturen regelt.

10. Kochstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Wärmeflusses in den Topfboden die elektrische Leistung (I), die Temperatur (Tu) des Unterbaues (4,U), die Temperatur (Tk) des Isolators oder Reflektors (3,R) und die Temperatur (Tk) der Glaskeramik (2,K) gemessen wird, und
daß der Wärmefluß in den Topfboden aus der Summe zwischen dem Direktanteil der gestrahlten Energie (Idt) in den Topf (1,T) und der thermischen Energie (Ikt) von der Glaskeramik (2,K) zum Topfboden gebildet ist.

11. Kochstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Wärmeflusses in den Topfboden die elektrische Leistung (I), die Temperatur (Tu) des Unterbaues (4,U), die Temperatur (Tk) des Isolators oder Reflektors (3,R) sowie der Reflexionskoeffizient (rt) des Topfbodens gemessen wird, daß der Wärmefluß (Ikt) von der Glaskeramik (2,K) zum Topfboden eine Funktion der elektrischen Leistung (I) und der Temperatur (Tk) der Glaskeramik (2,K) ist, und daß diese Funktion im Mikroprozessor (µP) gespeichert ist.

12. Kochstelle nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungen durch Fuzzy-Logic erfolgen und die nötigen Ersatzschaltbilder als Membership-Funktionen im Mikroprozessor (µP) abgespeichert sind.