DE4339267C2

DE4339267C2 - Verfahren zur Steuerung der Heizleistung einer Kochstelle mit einer elektronischen Steuerung mit kontinuierlicher Leistungszufuhr, insbesondere PureHalogen-Kochstelle

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Publication number: DE4339267C2
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: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2013-11-19
Also published as: DE4339267A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Heizleistung einer Kochstelle mit Glaskeramik und mit einer elektronischen Steuerung mit kontinuierlicher Leistungszufuhr, insbesondere PureHalogen-Kochstelle.

Eine Kochstelle dieser Art ist aus der DE 37 03 768 C2 bekannt. Bei dieser bekannten Kochstelle wird mittels eines Temperatursensors die Temperatur der Glaskeramik gemessen und in Abhängigkeit davon die Heizleistung verändert. Toleranzen der Bauelemente, Temperatur- und Reflexionsverhältnisse im Bereich von Unterbau und der Abdeckung der Heizelemente werden dabei nicht berücksichtigt, so daß bei Verwendung unterschiedlicher Töpfe jedoch gleicher Einstellung der Heizleistung verschiedene Kochzeiten resultieren.

Wie die US 5,149,944 zeigt, kann zur Regelung der Heizleistung auch ein Mikroprozessor eingesetzt werden. Auch der Einsatz einer Fuzzy-Logic bei derartigen Kochstellen ist bekannt, wie die DE-Z: "Sicherheit und Komfort haben Vorrang", elektrohandel, Nr. 3, 1993, Seiten 57 bis 63, zeigt.

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.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren 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 zum einen mit einem Verfahren gelöst, bei dem mittels Temperatursensoren die Temperatur der Glaskeramik, die Temperatur des Unterbaues und die Temperatur der zwischen Unterbau und Heizelemente liegenden und als Isolator oder Reflektor wirkenden Abdeckung gemessen werden, daß in einem Mikroprozessor der Steuerung ein thermisches Ersatzschaltbild der Kochstelle gespeichert wird, mit dem der Wärmefluß der Kochstelle zwischen Heizelemente, Unterbau, Abdeckung, Glaskeramik und Topf dargestellt wird, und daß mittels des Mikroprozessors in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen der Wärmefluß in den Topfboden errechnet und daraus die entsprechende Steuerung der elektrischen Leistung der Heizelemente veranlaßt werden, oder zum anderen mit einem Verfahren, bei dem mittels Temperatursensoren die Temperatur des Unterbaues und die Temperatur der zwischen Unterbau und Heizelemente liegenden, als Isolator oder Reflektor wirkenden Abdeckung gemessen sowie der Reflexionskoeffizient des Topfbodens ermittelt werden, daß in einem Mikroprozessor der Steuerung ein thermisches Ersatzschaltbild der Kochstelle gespeichert wird, mit dem der Wärmefluß der Kochstelle zwischen Heizelemente, Unterbau, Abdeckung, Glaskeramik und Topf dargestellt wird, und daß mittels des Mikroprozessors in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen und des ermittelten Reflexionskoeffizienten des Topfbodens der Wärmefluß in den Topfboden errechnet und daraus die entsprechende Steuerung der elektrischen Leistung der Heizelemente veranlaßt werden.

Über das thermische Ersatzschaltbild kann mit Hilfe der gemessenen Temperaturen der Wärmefluß in den 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 natürlich zwischen den Heizkörperbauformen und werden für jede Bauform ermittelt.

Nach einer Ausgestaltung ist daher vorgesehen, daß in dem thermischen Ersatzschaltbild der thermische Widerstand des Topfes, der thermische Widerstand von der Glaskeramik zu dem Topf, der thermische Widerstand von dem Isolator oder Reflektor zu der Glaskeramik, der thermische Widerstand von der Glaskeramik zu dem Isolator oder Reflektor, der thermische 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 erfaßt wird.

Für die Einstellung ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß mit einem Stellglied der Wärmefluß in den Topfboden vorgegeben wird und daß mittels des Mikroprozessors dieser Wärmefluß anhand des jeweils berechneten Wärmeflusses geregelt wird, oder daß mittels eines Stellgliedes die gewünschte Temperatur des Topfbodens vorgegeben wird.

Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß aus dem Wärmefluß in den Topfboden eine Anzeige abgeleitet wird, 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 wird, das als Ampel ausgebildet ist und bei dem ein anwesender oder qualitativ guter Topf durch ein grünes Signal und ein abwesender oder qualitativ schlechter Topf durch ein rotes Signal, sowie ein qualitativ mittlerer Topf durch ein gelbes Signal gekennzeichnet werden. Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Entscheidung, welches Signal der Ampel angezeigt wird, mittels Fuzzy-Logic aus den berechneten Temperaturen und Wärmeflüssen abgeleitet wird.

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

Zur Ermittlung der Temperatur des Topfbodens kann vorgesehen sein, daß mittels Meßzyklen mit unterschiedlicher Leistungszufuhr die Temperatur des Topfbodens berechnet wird.

Eine erste Möglichkeit zur Ermittlung des Wärmeflusses sieht vor, 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 wird.

Eine alternative Möglichkeit dazu ist dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Temperatur der Glaskeramik als dritte Größe der Reflexionskoeffizient des Topfbodens verwendet wird.

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

Fig. 1 schematisch 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, Tr 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 Abkürzung 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 Reflektionskoeffizienten des Topfbodens und der elektrischen Leistung. Ist der Direktanteil in den Reflektor 3,R bekannt, dann kann der Reflektionskoeffizient 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 der 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 Reflektionskoeffizient des Topfbodens erfaßt. Sind die elektrische Leistung I und der Reflektionskoeffizient 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 ausgenützt werden.

Die Entscheidung über Topfanwesenheit kann über Fuzzy Logic aus den Parametern Reflektionskoeffizient 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, Reflektionskoeffizient 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 fuhr eine PureHalogen-Kochstelle

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

Die Wärmekapazitäten 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 - Reflektionskoeffizient Topf
at - Absorptionskoeffizient Topf
rr - Reflektionskoeffizient 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.

In der Anwendung sind die Unbekannten in unserem Modell der Widerstand Glas-Keramik-Topfboden und der Reflektionskoeffizient 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 pP 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. Verfahren zur Steuerung der Heizleistung einer Kochstelle mit Glaskeramik und mit einer elektronischen Steuerung mit kontinuierlicher Leistungszufuhr, insbesondere PureHalogen-Kochstelle, bei dem mittels Temperatursensoren (S1, S2, S3) die Temperatur (Tk) der Glaskeramik (2, K), die Temperatur (Tu) des Unterbaues (4, U) und die Temperatur (Tr) der zwischen Unterbau (4, U) und Heizelemente (5, HE) liegenden und als Isolator oder Reflektor (3, R) wirkenden Abdeckung gemessen werden,
daß in einem Mikroprozessor (pP) der Steuerung (Fig. 7) ein thermisches Ersatzschaltbild (Fig. 6) der Kochstelle gespeichert wird, mit dem der Wärmefluß (I) der Kochstelle zwischen Heizelemente (5, HE), Unterbau (4,U), Abdeckung [(Isolator oder Reflektor (3,R)], Glaskeramik (2,K) und Topf (1,T) dargestellt wird, und
daß mittels des Mikroprozessors (µP) in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen (Tu, Tk, Tr) der Wärmefluß in den Topfboden errechnet und daraus die entsprechende Steuerung der elektrischen Leistung der Heizelemente (5, HE) veranlaßt werden.

2. Verfahren zur Steuerung der Heizleistung einer Kochstelle mit Glaskeramik und mit einer elektronischen Steuerung mit kontinuierlicher Leistungszufuhr, insbesondere PureHalogen-Kochstelle, bei dem mittels Temperatursensoren (S2, S3) die Temperatur (Tu) des Unterbaues (4, U) und die Temperatur (Tr) der zwischen Unterbau (4,U) und Heizelemente (5, HE) liegenden, als Isolator oder Reflektor (3, R) wirkenden Abdeckung gemessen sowie der Reflexionskoeffizient (rt) des Topfbodens ermittelt werden,
daß in einem Mikroprozessor (µP) der Steuerung (Fig. 7) ein thermisches Ersatzschaltbild (Fig. 6) der Kochstelle gespeichert wird, mit dem der Wärmefluß (I) der Kochstelle zwischen Heizelemente (5, HE), Unterbau (4, U), Abdeckung [(Isolator oder Reflektor (3, R)], Glaskeramik (2, K) und Topf (1, T) dargestellt wird, und
daß mittels des Mikroprozessors (µP) in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen (Tu, Tr) und des ermittelten Reflexionskoeffizienten (rt) des Topfbodens der Wärmefluß in den Topfboden errechnet und daraus die entsprechende Steuerung der elektrischen Leistung der Heizelemente (5, HE) veranlaßt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem thermischen Ersatzschaltbild (Fig. 6) der thermische Widerstand (Rt) des Topfes (1,T) der thermische Widerstand (Rkt) von der Glaskeramik (2,K) zu dem Topf (1,T), der thermische Widerstand (Rtk) von dem Isolator oder Reflektor (3,R) zu der Glaskeramik (2,K), der thermische Widerstand (Rkt) von der Glaskeramik (2,K) zu dem Isolator oder Reflektor (3,R), der thermische Widerstand (Rur) von dem Unterbau (4,U) zum Isolator oder Reflektor (3, R), die Wärmekapazität (Ct) des Topfes (1,T), die Wärmekapazität 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) erfaßt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Berechnung über Fuzzy-Logic vorgenommen wird, und
daß das thermische Ersatzschaltbild durch entsprechend ausgestaltete Membership-Funktionen gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß mit einem Stellglied (StG) der Wärmefluß in den Topfboden vorgegeben wird und
daß mittels des Mikroprozessors (µP) dieser Wärmefluß anhand des jeweils berechneten Wärmeflusses geregelt wird.

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

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeige (A) ein Anzeigemittel vorgesehen wird, das als Ampel ausgebildet ist und bei dem ein anwesender oder qualitativ guter Topf (1,T) durch ein grünes Signal, ein abwesender oder qualitativ schlechter Topf (1,T) durch ein rotes Signal, sowie ein qualitativ mittlerer Topf durch ein gelbes Signal gekennzeichnet werden.

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

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Meßzyklen mit unterschiedlicher Leistungszufuhr die Temperatur (Tt) des Topfbodens berechnet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Stellglied (StG) die Temperatur (Tk) der Glaskeramik (2,K) oder des Topfbodens (Tt) vorgegeben wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmefluß (It) in den Topfboden aus der Summe von dem Direktanteil der gestrahlten Energie (Idt) in den Topf (1, T) und der thermischen Energie (Ikt) von der Glaskeramik (z,K) zum Topfboden gebildet wird.