[0001] Die Erfindung geht aus von einer Gargerätevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
[0002] Die Druckschrift
EP 1 951 003 A1 offenbart ein Induktionskochfeld mit zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten, die gemäß
einem bestimmten Verfahren betrieben werden um Intermodulationsgeräusche zumindest
weitgehend zu vermeiden. Nach diesem Verfahren werden in einem ersten Zeitintervall
beide Heizfrequenzeinheiten mit einer identischen und festen ersten Frequenz betrieben.
In einem zweiten Zeitintervall wird eine Heizfrequenzeinheit abgeschaltet, während
die andere Heizfrequenzeinheit mit einer festen zweiten Frequenz betrieben wird. Die
beiden Frequenzen sowie die relativen Längen der beiden Zeitintervalle werden so angepasst,
dass eine mittlere Ausgangsleistung jeder Heizfrequenzeinheit einer von einem Bediener
gewählten Heizleistung entspricht. Gleichzeitig wird eine Flickerkenngröße minimiert.
[0003] Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Gargerätevorrichtung
bereitzustellen, die eine vorteilhaft flexible Einstellung einer mittleren Ausgangsleistung
ermöglicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 und des Verfahrensanspruchs 9 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
[0004] Die Erfindung geht aus von einer Gargerätevorrichtung mit zumindest einer ersten
und zumindest einer zweiten Heizfrequenzeinheit und mit wenigstens einer Steuereinheit,
die dazu vorgesehen ist, die erste Heizfrequenzeinheit kontinuierlich und in zumindest
einem ersten Zeitintervall mit einer festen ersten Frequenz zu betreiben, die zweite
Heizfrequenzeinheit im ersten Zeitintervall zu betreiben und in zumindest einem zweiten
Zeitintervall abzuschalten und wenigstens eine Flickerkenngröße zu minimieren.
[0005] Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, die zweite Heizfrequenzeinheit
im ersten Zeitintervall mit zumindest einer sich um mindestens 14 kHz, vorzugsweise
um wenigstens 15 oder 16 kHz und besonders vorteilhaft um zumindest 17 kHz von der
ersten Frequenz unterscheidenden Frequenz zu betreiben. Es kann insbesondere vorgesehen
sein, die erste Heizfrequenzeinheit im zweiten Zeitintervall mit einer sich verändernden
Frequenz zu betreiben. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, die erste Heizfrequenzeinheit
im zweiten Zeitintervall ebenfalls mit einer festen und vorzugsweise mit einer von
der ersten Frequenz verschiedenen Frequenz zu betreiben. Es kann insbesondere vorgesehen
sein, die zweite Heizfrequenzeinheit im ersten Zeitintervall mit einer sich verändernden
Frequenz zu betreiben. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, die zweite Heizfrequenzeinheit
im ersten Zeitintervall mit einer festen Frequenz zu betreiben. Vorzugsweise ist die
Gargerätevorrichtung als Kochfeldvorrichtung und besonders vorteilhaft als Induktionskochfeldvorrichtung
ausgebildet. Unter einem "ersten Zeitintervall" und einem "zweiten "Zeitintervall"
sollen insbesondere zwei zeitlich nacheinander liegende Zeitintervalle einer Länge
größer null verstanden werden. Die Bezeichnungen "erstes" und "zweites" Zeitintervall
sollen ausschließlich zur Unterscheidung der Zeitintervalle dienen und insbesondere
keine Aussage über eine zeitliche Reihenfolge der Zeitintervalle beinhalten. Unter
"vorgesehen" soll insbesondere speziell programmiert und/oder ausgelegt und/oder ausgestattet
verstanden werden.
[0006] Unter einer "Heizfrequenzeinheit" soll insbesondere eine elektrische Einheit verstanden
werden, die einen oszillierenden elektrischen Strom, vorzugsweise mit einer Frequenz
von zumindest 1 kHz, insbesondere von wenigstens 10 kHz und vorteilhaft von mindestens
20 kHz, zu einem Betrieb wenigstens einer Heizeinheit erzeugt. Unter einer "Heizeinheit"
soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, elektrische
Energie zumindest zu einem Großteil in Wärme umzuwandeln und damit insbesondere ein
Gargut zu erhitzen. Insbesondere umfasst die Heizeinheit einen Strahlungsheizkörper,
einen Widerstandsheizkörper und/oder vorzugsweise einen Induktionsheizkörper, der
dazu vorgesehen ist, elektrische Energie indirekt über induzierte Wirbelströme in
Wärme umzuwandeln. Die Heizfrequenzeinheit umfasst insbesondere zumindest einen Wechselrichter,
der vorzugsweise zwei Schalteinheiten umfasst. Unter einer "Schalteinheit" soll insbesondere
eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, einen zumindest einen Teil
der Schalteinheit umfassenden Leitungspfad zu unterbrechen. Vorzugsweise ist die Schalteinheit
ein bidirektionaler unipolarer Schalter, der insbesondere einen Stromfluss durch den
Schalter entlang dem Leitungspfad in beide Richtungen ermöglicht und der insbesondere
eine elektrische Spannung in zumindest einer Polungsrichtung kurzschließt. Vorzugsweise
umfasst der Wechselrichter zumindest zwei Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode
und besonders vorteilhaft zumindest einen Dämpfungskondensator. Unter einem "Leitungspfad"
soll insbesondere ein elektrisch leitendes Leiterstück zwischen zwei Punkten verstanden
werden. Unter "elektrisch leitend" soll insbesondere mit einem spezifischen elektrischen
Widerstand von höchstens 10
-4 Ωm, insbesondere von maximal 10
-5 Ωm, vorteilhaft von höchstens 10
-6 Ωm und besonders vorteilhaft von maximal 10
-7 Ωm bei 20°C verstanden werden.
[0007] Unter einer "Steuereinheit" soll insbesondere eine elektronische Einheit verstanden
werden, die vorzugsweise in einer Steuer- und/oder Regeleinheit eines Gargeräts, insbesondere
eines Induktionskochfelds, zumindest teilweise integriert ist und die vorzugsweise
eine Recheneinheit und insbesondere zusätzlich zur Recheneinheit eine Speichereinheit
mit einem darin gespeicherten Steuerprogramm umfasst. Vorzugsweise ist die Steuereinheit
dazu vorgesehen, die Heizfrequenzeinheiten mit Hilfe von Steuersignalen und vorzugsweise
elektrischen Steuersignalen zu steuern und/oder zu regeln. Unter einem "Steuersignal"
soll insbesondere ein Signal verstanden werden, welches insbesondere in zumindest
einem Betriebszustand einen Schaltvorgang einer Heizfrequenzeinheit auslöst, insbesondere
auch mittelbar. Unter einem "elektrischen Steuersignal" soll insbesondere ein Steuersignal
mit einem elektrischen Potential von höchstens 30 V, vorzugsweise von maximal 20 V,
besonders vorteilhaft von höchstens 10 V und insbesondere von zumindest 5 V bezogen
auf ein Referenzpotential verstanden werden. Vorzugsweise weist das Steuersignal zumindest
zeitweise eine Periodizität auf, insbesondere mit einer Periodendauer von höchstens
1 ms, insbesondere von maximal 0,1 ms und vorteilhaft von höchstens 0,05 ms. Besonders
vorteilhaft ist das Steuersignal zumindest im Wesentlichen ein Rechtecksignal, welches
insbesondere zwei diskrete Werte aufweist, vorzugsweise einen Einschaltwert und einen
Ausschaltwert. Vorzugsweise entspricht jeder der zwei Werte einer Schaltstellung der
Heizfrequenzeinheiten und insbesondere deren Wechselrichter. Unter einer "Frequenz"
einer Heizfrequenzeinheit soll insbesondere die Frequenz des die Heizfrequenzeinheit
steuernden Steuersignals verstanden werden.
[0008] Darunter, dass eine Heizfrequenzeinheit "betrieben" wird, soll insbesondere verstanden
werden, dass die Frequenz der Heizfrequenzeinheit von Null verschieden ist. Darunter,
dass eine Heizfrequenzeinheit "kontinuierlich" betrieben wird, soll insbesondere verstanden
werden, dass die Heizfrequenzeinheit während einer Heizbetriebsart fortlaufend betrieben
wird, wobei sich die von Null verschiedene Frequenz des Steuersignals verändern kann.
Darunter, dass eine Heizfrequenzeinheit mit "fester" Frequenz betrieben wird, soll
insbesondere verstanden werden, dass die Heizfrequenzeinheit mit einer während einer
Heizbetriebsart zumindest weitgehend unveränderlichen Frequenz betrieben wird. Unter
einer "zumindest weitgehend unveränderlichen Frequenz" soll insbesondere eine Frequenz
verstanden werden, die während der Heizbetriebsart eine Schwankung von höchstens 10%,
insbesondere von maximal 5%, vorzugsweise von höchstens 1% und besonders vorteilhaft
von 0% aufweist. Darunter, dass eine Heizfrequenzeinheit in einem Zeitintervall "abgeschaltet"
wird, soll insbesondere verstanden werden, dass die Heizfrequenzeinheit im betreffenden
Zeitintervall zumindest im Wesentlichen eine verschwindend geringe Ausgangsleistung
aufweist. Unter einer "im betreffenden Zeitintervall zumindest im Wesentlichen verschwindend
geringen Ausgangsleistung" soll insbesondere eine Ausgangsleistung verstanden werden,
die höchstens 100 W, insbesondere maximal 50 W, vorzugsweise höchstens 25 W und besonders
vorteilhaft 0 W beträgt und/oder die im Zeitintervall ausschließlich während einer
Zeitdauer abgegeben wird, welche höchstens 50%, insbesondere maximal 25%, vorzugsweise
höchstens 15% und besonders vorteilhaft höchstens 10% einer Länge des Zeitintervalls
entspricht. Die Steuereinheit ist dazu vorgesehen, die zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten
derart mittels der Steuersignale zu steuern und/oder zu regeln, dass eine mittlere
Ausgangsleistung einer der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten einer von einem Bediener
angewählten Sollleistung zumindest weitgehend entspricht. Dabei soll eine relative
Abweichung der durch die Steuereinheit eingestellten mittleren Ausgangsleistung von
der Sollleistung höchstens 20%, vorzugsweise maximal 10% und besonders vorteilhaft
höchstens 5% betragen. Unter einer "Ausgangsleistung" einer der wenigstens zwei Heizfrequenzeinheiten
soll insbesondere eine Leistung verstanden werden, die in wenigstens einem Heizbetriebszustand
von der Heizfrequenzeinheit geliefert wird. Unter einer "mittleren Ausgangsleistung"
soll insbesondere eine zeitlich gemittelte Ausgangsleistung verstanden werden. Bei
einem gleichzeitigen Betrieb der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten ist die Steuereinheit
insbesondere dazu vorgesehen, eine Anpassung der mittleren Ausgangsleistungen an die
Sollleistungen unter weitgehender Vermeidung von Intermodulationsgeräuschen vorzunehmen.
Unter einer "weitgehenden Vermeidung von Intermodulationsgeräuschen" soll insbesondere
verstanden werden, dass Intermodulationsgeräusche mit einer Frequenz von weniger als
17 kHz, insbesondere von weniger als 16 kHz und vorzugsweise von weniger als 14 kHz
in einem Abstand von 1 m von der Gargerätevorrichtung einen Schalldruckpegel von höchstens
20 dB, insbesondere von maximal 10 dB, vorzugsweise von höchstens 5 dB und besonders
vorteilhaft von maximal 0 dB aufweisen. Vorzugsweise sind die Intermodulationsgeräusche
von einem Bediener mit durchschnittlichem Gehör unhörbar.
[0009] Unter einer "Flickerkenngröße" soll insbesondere eine Kenngröße verstanden werden,
die ein Maß für Flicker darstellt. Unter "Flicker" soll insbesondere ein subjektiver
Eindruck einer Instabilität einer visuellen Wahrnehmung verstanden werden, der insbesondere
durch einen Lichtreiz hervorgerufen wird, dessen Leuchtdichte und/oder Spektralverteilung
mit der Zeit schwankt. Insbesondere kann Flicker durch einen Spannungsabfall einer
Netzspannung hervorgerufen werden. Insbesondere ist die Flickerkenngröße eine Gesamtausgangsleistungsdifferenz,
vorzugsweise zwischen zwei Zeitpunkten zweier Zeitintervalle und besonders vorteilhaft
zweier aneinander angrenzender Zeitintervalle. Unter einer "Gesamtausgangsleistung"
soll insbesondere eine Summe von Ausgangsleistungen aller Heizfrequenzeinheiten zu
einem bestimmten Zeitpunkt verstanden werden. Unter einer "Gesamtausgangsleistungsdifferenz"
soll insbesondere eine Differenz der Gesamtausgangsleistungen zu zwei verschiedenen
Zeitpunkten verstanden werden. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen,
die Flickerkenngröße unter einen Grenzwert zu senken. Vorzugsweise ist der Grenzwert
ein durch zumindest eine gesetzliche Vorgabe und/oder eine Norm, insbesondere die
Norm DIN EN 61000-3-3, festgelegter Wert.
[0010] Durch eine solche Ausgestaltung kann eine vorteilhaft flexible Einstellung der mittleren
Ausgangsleistungen der Heizfrequenzeinheiten erzielt werden, insbesondere da die Frequenz
der zweiten Heizfrequenzeinheit im ersten Zeitintervall größer oder kleiner als die
erste Frequenz gewählt werden kann und da die Frequenz der ersten Heizfrequenzeinheit
im zweiten Zeitintervall und die Frequenz der zweiten Heizfrequenzeinheit im ersten
Zeitintervall veränderlich sein können. Des Weiteren kann eine weitere Steuerungsmöglichkeit
bereitgestellt werden, die zusätzlich in Kombination mit anderen bekannten Steuerungsmöglichkeiten
einsetzbar ist.
[0011] Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, die erste
Heizfrequenzeinheit im zweiten Zeitintervall zumindest zeitweise mit einer Frequenz
zu betreiben, welche kleiner ist als die erste Frequenz. Vorteilhaft ist vorgesehen,
die erste Heizfrequenzeinheit während des gesamten zweiten Zeitintervalls mit einer
vorzugsweise festen Frequenz zu betreiben, die kleiner ist als die erste Frequenz.
Hierdurch kann besonders vorteilhaft eine Minimierung der Flickerkenngröße ermöglicht
werden.
[0012] Vorteilhaft betragen die Frequenzen mindestens 14 kHz, vorzugsweise wenigstens 17
kHz und besonders vorteilhaft zumindest 20 kHz. Hierdurch können Intermodulationsgeräusche
minimiert werden. Des Weiteren können Schaltverluste in den Heizfrequenzeinheiten
reduziert werden.
[0013] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit
dazu vorgesehen ist, die Heizfrequenzeinheit mit der höchsten Sollleistung kontinuierlich
zu betreiben. Hierdurch kann besonders vorteilhaft eine Minimierung der Flickerkenngröße
erreicht werden. Ferner kann ein Bedienkomfort vorteilhaft gesteigert werden, da gerade
für die Heizfrequenzeinheit mit der höchsten Sollleistung eine möglichst gleichmäßige
Leistungsabgabe ermöglicht wird.
[0014] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Steuereinheit in wenigstens einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, die zumindest
zwei Heizfrequenzeinheiten periodisch mit einer Periodendauer zu betreiben, die einer
Summe einer Länge des ersten Zeitintervalls und einer Länge des zweiten Zeitintervalls
entspricht. Hierdurch kann eine einfache und leicht in einer Software implementierbare
Steuerung bereitgestellt werden.
[0015] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit
dazu vorgesehen ist, die zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten jeweils mittels eines
Steuersignals zu steuern und/oder zu regeln und in wenigstens einem Betriebszustand
einen Tastgrad von zumindest einem der Steuersignale anzupassen. Unter einem "Tastgrad"
soll insbesondere ein Verhältnis einer Zeitdauer, in der das Steuersignal innerhalb
einer Periodendauer den Einschaltwert annimmt, zur Periodendauer des Steuersignals
verstanden werden. Vorzugsweise kann bei fester Frequenz einer der Heizfrequenzeinheiten
durch eine Veränderung des Tastgrads eine Ausgangsleistung der Heizfrequenzeinheit
verändert werden. Darunter, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, "einen Tastgrad
von zumindest einem der Steuersignale anzupassen", soll insbesondere verstanden werden,
dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, den Tastgrad von zumindest einem der Steuersignale
zu verändern, vorzugsweise um hierdurch eine Änderung einer Ausgangsleistung bei fester
Frequenz einer Heizfrequenzeinheit zu erreichen. Vorzugsweise ist die Steuereinheit
dazu vorgesehen, durch Veränderung des Tastgrads zumindest eines Steuersignals der
zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten eine gesamte Ausgangsleistung der zumindest zwei
Heizfrequenzeinheiten in wenigstens einem Betriebszustand zeitlich möglichst konstant
zu halten und besonders vorteilhaft eine maximale Differenz von gesamten Ausgangsleistungen
an zwei verschiedenen Zeitpunkten unter einen gesetzlich und/oder durch Normen vorgeschriebenen
Wert zu drücken. Hierdurch können weitere Einstellmöglichkeiten für die Steuereinheit
erschlossen werden, wodurch ein Bedienkomfort vorteilhaft gesteigert werden kann.
[0016] Vorteilhaft ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, nach einer Auswahl der die Flickerkenngröße
minimierenden Frequenzen die Zeitintervalle an Sollleistungen der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten
anzupassen. Darunter, dass vorgesehen ist, die "Zeitintervalle an Sollleistungen der
zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten anzupassen", soll insbesondere verstanden werden,
dass eine Länge der Zeitintervalle angepasst wird, so dass die durchschnittliche Ausgangsleistung
einer der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten der Sollleistung dieser Heizfrequenzeinheit
möglichst nahe kommt und vorzugsweise identisch mit dieser ist. Hierdurch kann sichergestellt
werden, dass gesetzliche Vorgaben und/oder Normen bezüglich Flicker eingehalten werden.
[0017] Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, eine Priorisierung
zugunsten einer Minimierung von Intermodulationsgeräuschen und/oder Flicker vorzunehmen,
falls ein Betrieb der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten mit gewählten Sollleistungen
unter gleichzeitiger weitgehender Vermeidung von Intermodulationsgeräuschen und/oder
Flicker unmöglich ist. Darunter, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, "eine
Priorisierung zugunsten einer Minimierung von Intermodulationsgeräuschen und/oder
Flicker vorzunehmen", falls ein Betrieb der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten mit
gewählten Sollleistungen unter gleichzeitiger weitgehender Vermeidung von Intermodulationsgeräuschen
und/oder Flicker unmöglich ist, soll insbesondere verstanden werden, dass vorgesehen
ist, einen Betrieb wenigstens einer der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten mit einer
von einer Sollleistung verschiedenen mittleren Ausgangsleistung vorzunehmen, um dadurch
Intermodulationsgeräusche und/oder Flicker zu minimieren. Vorzugsweise ist vorgesehen,
eine Minimierung von Flicker unter in der Norm DIN EN 61000-3-3 vorgeschriebene Grenzwerte
vorzunehmen. Hierdurch kann ein Bedienkomfort vorteilhaft gesteigert werden, da von
einem Bediener als unangenehm empfundene Geräusche und/oder Flicker vermieden werden
können. Vorzugsweise ist die mittlere Ausgangsleistung stets kleiner als oder gleich
wie die Sollleistung. Hierdurch können unsichere Betriebszustände vermieden werden.
[0018] Ferner wird ein Verfahren mit einer Gargerätevorrichtung mit zumindest einer ersten
und zumindest einer zweiten Heizfrequenzeinheit vorgeschlagen, bei dem die erste Heizfrequenzeinheit
kontinuierlich und in zumindest einem ersten Zeitintervall mit einer festen ersten
Frequenz betrieben wird, die zweite Heizfrequenzeinheit im ersten Zeitintervall betrieben
und in zumindest einem zweiten Zeitintervall abgeschaltet wird und wenigstens eine
Flickerkenngröße minimiert wird, wobei die zweite Heizfrequenzeinheit im ersten Zeitintervall
mit einer sich um mindestens 14 kHz, vorzugsweise um wenigstens 16 kHz und besonders
vorteilhaft um zumindest 17 kHz von der ersten Frequenz unterscheidenden Frequenz
betrieben wird. Hierdurch kann eine vorteilhaft flexible Einstellung der mittleren
Ausgangsleistungen der Heizfrequenzeinheiten erzielt werden.
[0019] Ferner wird ein Gargerät, insbesondere ein Kochfeld, mit einer erfindungsgemäßen
Gargerätevorrichtung vorgeschlagen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kochfeld
um ein Induktionskochfeld.
[0020] Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung
ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung
und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren
Kombinationen zusammenfassen.
[0021] Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Induktionskochfeld mit einer erfindungsgemäßen Gargerätevorrichtung mit zwei Heizfrequenzeinheiten,
- Fig. 2
- ein beispielhaftes, nicht maßstabsgetreues Steuersignal einer der zwei Heizfrequenzeinheiten,
- Fig. 3
- beispielhafte, nicht maßstabsgetreue Leistungs-Frequenz-Kurven für die zwei Heizfrequenzeinheiten,
- Fig. 4
- je eine beispielhafte, nicht maßstabsgetreue Leistungs-Zeit-Kurve für die zwei Heizfrequenzeinheiten
und
- Fig. 5
- beispielhafte, nicht maßstabsgetreue Leistungs-Frequenz-Kurven einer der zwei Heizfrequenzeinheiten
bei unterschiedlichen Tastgraden eines Steuersignals.
[0022] Figur 1 zeigt ein als Induktionskochfeld 16 ausgebildetes Gargerät. Das Induktionskochfeld
16 umfasst eine Kochfeldplatte 18, insbesondere aus einer Glaskeramik, auf der in
bekannter Weise zwei Heizzonen 20, 22 markiert sind. Die Kochfeldplatte 18 ist in
einem betriebsbereiten Zustand des Induktionskochfelds 16 horizontal angeordnet und
zu einem Aufstellen von Gargeschirr vorgesehen. Des Weiteren sind auf der Kochfeldplatte
18 in bekannter Weise berührungsempfindliche Bedienelemente 26 und Anzeigeelemente
28 einer Bedien- und Anzeigeeinheit 30 des Induktionskochfelds 16 markiert. Das Induktionskochfeld
16 umfasst ferner eine Gargerätevorrichtung mit einer ersten und einer zweiten unterhalb
der Kochfeldplatte 18 angeordneten Heizfrequenzeinheit 10, 12 und mit einer unterhalb
der Kochfeldplatte 18 angeordneten Steuereinheit 14. In Figur 1 sind Bauteile, welche
unterhalb der Kochfeldplatte 18 angeordnet sind, schematisch und gestrichelt gezeichnet,
wobei funktionelle Zusammenhänge mit Pfeilen gekennzeichnet sind. Die Steuereinheit
14 ist in eine Steuer- und Regeleinheit 32 des Induktionskochfelds 16 integriert.
Eine der Heizzone 20 zugeordnete und unterhalb dieser angeordnete Induktionsheizeinheit
wird durch die erste Heizfrequenzeinheit 10 mit Energie versorgt. Eine der Heizzone
22 zugeordnete und unterhalb dieser angeordnete Induktionsheizeinheit wird durch die
zweite Heizfrequenzeinheit 12 mit Energie versorgt. Ein Bediener kann mittels der
Bedien-und Anzeigeeinheit 30 eine Heizstufe für jede der Heizzonen 20, 22 wählen,
woraus sich jeweils eine Sollleistung P
obj1, P
obj2 für die zwei Heizfrequenzeinheiten 10, 12 ergibt. Die Steuereinheit 14 ist dazu vorgesehen,
eine jeweilige mittlere Ausgangsleistung P
ave1, P
ave2 der Heizfrequenzeinheiten 10, 12 an die Sollleistungen P
obj1, P
obj2 unter weitgehender Vermeidung von Intermodulationsgeräuschen anzupassen, so dass
die gewählten Heizstufen der Heizzonen 20, 22 erreicht werden können. Darüber hinaus
ist die Steuereinheit 14 dazu vorgesehen, eine Flickerkenngröße F zu minimieren. Bei
der Flickerkenngröße F handelt es sich um eine maximale Differenz zwischen zwei Gesamtausgangsleistungen
P
1 + P
2 der zwei Heizfrequenzeinheiten 10, 12 zu zwei verschiedenen Zeitpunkten t
1 und t
2:
[0023] Hierbei bezeichnen P
1(t) die Ausgangsleistung der ersten Heizfrequenzeinheit 10 zur Zeit t und P
2(t) die Ausgangsleistung der zweiten Heizfrequenzeinheit 12 zur Zeit t. Die Steuereinheit
14 steuert die erste Heizfrequenzeinheit 10 mittels eines Steuersignals V
1(t) und die zweite Heizfrequenzeinheit 12 mittels eines Steuersignals V
2(t).
[0024] Figur 2 zeigt beispielhaft ein nicht maßstabsgetreues Steuersignal V
2(t) der zweiten Heizfrequenzeinheit 12 in einem kartesischen Koordinatensystem. Auf
einer Ordinatenachse 36 ist eine Steuerspannung V
2 und auf einer Abszissenachse 38 eine Zeit t aufgetragen. Das Steuersignal V
2(t) ist während eines ersten Zeitintervalls T
A einer Periodendauer T ein Rechtecksignal mit einem Einschaltwert V
0 und einem Ausschaltwert von 0 Volt. Der Einschaltwert V
0 wird während einer Einschaltzeit t
0 gehalten. Eine Periodendauer des Rechtecksignals beträgt T
0. Während einer Zeitdauer von (T
0 - t
0) wird der Ausschaltwert gehalten. Eine Frequenz f
2A des Steuersignals V
2(t) berechnet sich aus einem Kehrwert der Periodendauer T
0. Die Frequenz f
2A liegt üblicherweise zwischen 20 kHz und 100 kHz. Ein Tastgrad D
2A des Steuersignals V
2(t) berechnet sich aus einem Quotienten der Einschaltzeit t
0 dividiert durch die Periodendauer T
0. Während V
2(t) die Form des Rechtecksignals annimmt, wird gemäß einem periodischen Wechsel des
Einschaltwerts V
0 und des Ausschaltwerts eine erste von zwei Schalteinheiten der zweiten Heizfrequenzeinheit
12 periodisch geschaltet. Eine zweite Schalteinheit der zweiten Heizfrequenzeinheit
12 wird in analoger, jedoch zeitversetzter Weise periodisch geschaltet, so dass ein
hochfrequenter Wechselstrom zu einem Betrieb der der Heizzone 22 zugeordneten Induktionsheizeinheit
entsteht. Während eines zweiten Teilintervalls T
B der Periodendauer T mit T
B = T - T
A ist das Steuersignal V
2(t) identisch null. Ein Zeitpunkt x trennt das erste Zeitintervall T
A und das zweite Zeitintervall T
B. Nach Ablauf der Periodendauer T wiederholt sich das Steuersignal V
2(t).
[0025] Figur 3 zeigt in einem kartesischen Koordinatensystem beispielhaft zwei nicht maßstabsgetreue
Leistungs-Frequenz-Kurven P
1(f) und P
2(f). Auf einer Ordinatenachse 42 sind die Ausgangsleistungen P
1 und P
2 der Heizfrequenzeinheiten 10, 12 aufgetragen. Auf einer Abszissenachse 44 ist die
Frequenz f aufgetragen. Die Sollleistungen P
obj1 und P
obj2 der Heizfrequenzeinheiten 10, 12 werden durch einen Bediener eingestellt. Ohne Beschränkung
der Allgemeinheit sei angenommen, die erste Heizfrequenzeinheit 10 weise die höchste
Sollleistung P
obj1 auf. Diese wird dann durch die Steuereinheit 14 kontinuierlich betrieben, im ersten
Zeitintervall T
A mit einer festen ersten Frequenz f
1A und im zweiten Zeitintervall T
B mit einer festen zweiten Frequenz f
1B. Die zweite Heizfrequenzeinheit 12 wird durch die Steuereinheit 14 im ersten Zeitintervall
T
A mit einer festen Frequenz f
2A betrieben, welche um zumindest 17 kHz höher ist als die erste Frequenz f
1A. Da die Ausgangsleistung P
2 der zweiten Heizfrequenzeinheit 12 bei der Frequenz f
2A die Sollleistung P
obj2 der zweiten Heizfrequenzeinheit 12 übersteigt, wird die zweite Heizfrequenzeinheit
12 im zweiten Zeitintervall T
B abgeschaltet. Die Frequenzen f
1A, f
2A und f
1B betragen jeweils mindestens 20 kHz.
[0026] Figur 4 zeigt in einem kartesischen Koordinatensystem beispielhaft zwei nicht maßstabsgetreue
Leistungs-Zeit-Kurven P
1(t) und P
2(t). Auf einer Ordinatenachse 46 sind die Ausgangsleistungen P
1 und P
2 der Heizfrequenzeinheiten 10, 12 aufgetragen. Auf einer Abszissenachse 48 ist die
Zeit t aufgetragen. Ein in Figur 4 dargestellter Verlauf der Leistungs-Zeit-Kurven
P
1(t) und P
2(t) wird in einem Heizbetriebszustand der Heizfrequenzeinheiten 10, 12 periodisch
mit der Periodendauer T durchlaufen. Idealerweise stellt die Steuereinheit 14 die
Frequenzen f
1A, f
2A und f
1B sowie die Längen der Zeitintervalle T
A und T
B so ein, dass die mittleren Ausgangsleistungen P
ave1 und P
ave2 der zwei Heizfrequenzeinheiten 10, 12 jeweils den Sollleistungen P
obj1 und P
obj2 entsprechen, Intermodulationsgeräusche weitgehend vermieden werden und die Flickerkenngröße
F identisch Null wird. Dies ist unter folgenden Bedingungen möglich:
[0027] Die letzte Bedingung berücksichtigt zusätzliche Grenzwerte für die Frequenzen f
1A, f
2A und f
1B. Zum einen existiert jeweils eine kurvenspezifische Mindestfrequenz f
min1 und f
min2 und damit eine maximal erreichbare Ausgangsleistung P
1, P
2 für jede Heizfrequenzeinheit 10, 12. Des Weiteren existiert jeweils eine durch elektronische
Restriktionen gegebene Höchstfrequenz f
max und damit eine in einem kontinuierlichen Betrieb minimal erreichbare Ausgangsleistung
P
1, P
2 für jede Heizfrequenzeinheit 10, 12. Die zweite Bedingung besagt, dass die erste
Heizfrequenzeinheit 10 im zweiten Zeitintervall T
B mit einer Frequenz f
1B zu betreiben ist, welche kleiner ist als die Frequenz f
1A, mit der die erste Heizfrequenzeinheit 10 im ersten Zeitintervall T
A betrieben wird.
[0028] Zur Ermittlung der Frequenzen f
1A, f
2A und f
1B und der Längen der Zeitintervalle T
A und T
B bestimmt die Steuereinheit 14 zunächst die Frequenzen f
1A, f
2A und f
1B, mittels deren ein flickerfreier Betrieb mit F = 0 möglich ist. Dies geschieht durch
allmähliches Absenken der Frequenzen f
1A, f
2A und f
1B und damit durch allmähliches Anheben der Ausgangsleistung P
1, P
2 der betreffenden Heizfrequenzeinheit 10, 12. Das Absenken der Frequenzen f
1A, f
2A und f
1B kann dabei für beide Heizfrequenzeinheiten 10, 12 getrennt oder auch simultan erfolgen.
Wenn ein Satz von Frequenzen f
1A, f
2A und f
1B gefunden ist, der die obigen Bedingungen erfüllt, dann werden die Zeitintervalle
T
A und T
B angepasst, bis die mittleren Ausgangsleistungen P
ave1 und P
ave2 der zwei Heizfrequenzeinheiten 10, 12 jeweils den Sollleistungen P
obj1 und P
obj2 entsprechen. Während eines Betriebs der Heizfrequenzeinheiten 10, 12 kann, falls
nötig, in Echtzeit eine Korrektur vorgenommen werden, um auf Leistungsschwankungen,
beispielsweise hervorgerufen durch Erwärmung, zu reagieren.
[0029] Figur 5 zeigt in einem kartesischen Koordinatensystem beispielhafte, nicht maßstabsgetreue
Leistungs-Frequenz-Kurven P
2(f,d
j) für verschiedene Tastgrade D
2A = d
j (j = 1,..., n) des Steuersignals V
2(t) der zweiten Heizfrequenzeinheit 12 (siehe auch Figur 2). Auf einer Ordinatenachse
50 ist die Ausgangsleistung P
2 der zweiten Heizfrequenzeinheit 12 aufgetragen. Auf einer Abszissenachse 52 ist die
Frequenz f aufgetragen. Durch eine Anpassung des Tastgrads D
2A, beispielsweise von 0,5 auf kleinere Werte, kann die Steuereinheit 14 eine Anpassung
der Ausgangsleistung P
2 der zweiten Heizfrequenzeinheit 12 vornehmen. Hierdurch kann insbesondere eine Erniedrigung
der Ausgangsleistung P
2 bei fester Frequenz f
2A der zweiten Heizfrequenzeinheit 12 erreicht werden. Entsprechendes gilt für eine
Anpassung von Tastgraden D
1A und D
1B für die erste Heizfrequenzeinheit 10. Die Steuereinheit 14 kann zusätzlich dazu vorgesehen
sein, eine Anpassung der Tastgrade D
1A, D
2A und D
1B zur Erfüllung der obigen Bedingungen vorzunehmen. Verallgemeinert lauten die Bedingungen
dann:
[0030] Falls bei gewählten Sollleistungen P
obj1 und P
obj2 kein Satz von Frequenzen f
1A, f
2A, f
1B existiert, für die die obigen Bedingungen erfüllbar sind, dann ist die Steuereinheit
14 dazu vorgesehen, zumindest eine der zwei Heizfrequenzeinheiten 10, 12 mit einer
unter der Sollleistung P
obj1, P
obj2 liegenden mittleren Ausgangsleistung P
ave1, P
ave2 zu betreiben, um Intermodulationsgeräusche weitgehend zu vermeiden und Flicker unter
einem durch die Norm DIN EN 61000-3-3 vorgeschriebenen Grenzwert zu halten. Dies bedeutet,
dass zumindest eine der Sollleistungen P
obj1, P
obj2 durch die Steuereinheit 14 zur Erfüllung obiger Bedingungen abgesenkt wird.
[0031] Alternativ kann ein Induktionskochfeld auch über mehr als zwei Induktionsheizeinheiten
verfügen, wobei mehrere Induktionsheizeinheiten über eine Schalteinheit mit einer
Heizfrequenzeinheit verbunden sein können. Ferner ist auch denkbar, dass sich Frequenzen
von Heizfrequenzeinheiten in einem ersten Zeitintervall immer um genau 17 kHz unterscheiden.
Des Weiteren ist das hier beschriebene Steuerungsverfahren mit anderen, einem Fachmann
bekannten und sinnvoll erscheinenden Steuerungsverfahren kombinierbar. So ist beispielsweise
denkbar, dass auf Zeitintervalle T
A und T
B ein weiteres Zeitintervall T
C folgt, in dem alle oder auch nur ein Teil der Heizfrequenzeinheiten abgeschaltet
sind oder mit einer weiteren gemeinsamen Frequenz f
C betrieben werden.
Bezugszeichen
[0032]
- 10
- Heizfrequenzeinheit
- 12
- Heizfrequenzeinheit
- 14
- Steuereinheit
- 16
- Induktionskochfeld
- 18
- Kochfeldplatte
- 20
- Heizzone
- 22
- Heizzone
- 26
- Bedienelement
- 28
- Anzeigeelement
- 30
- Bedien- und Anzeigeeinheit
- 32
- Steuer- und Regeleinheit
- 36
- Ordinatenachse
- 38
- Abszissenachse
- 42
- Ordinatenachse
- 44
- Abszissenachse
- 46
- Ordinatenachse
- 48
- Abszissenachse
- 50
- Ordinatenachse
- 52
- Abszissenachse
- dj
- Tastgrad (j = 1,..., n)
- D1A
- Tastgrad
- D1B
- Tastgrad
- D2A
- Tastgrad
- F
- Flickerkenngröße
- f
- Frequenz
- f1A
- Frequenz
- f1B
- Frequenz
- f2A
- Frequenz
- fC
- Frequenz
- fmin1
- Mindestfrequenz
- fmin2
- Mindestfrequenz
- fmax
- Höchstfrequenz
- P1
- Ausgangsleistung
- P1(f)
- Leistungs-Frequenz-Kurve
- P1(t)
- Leistungs-Zeit-Kurve
- P2
- Ausgangsleistung
- P2(f)
- Leistungs-Frequenz-Kurve
- P2(f,dj)
- Leistungs-Frequenz-Kurve
- P2(t)
- Leistungs-Zeit-Kurve
- Pave1
- Mittlere Ausgangsleistung
- Pave2
- Mittlere Ausgangsleistung
- Pobj1
- Sollleistung
- Pobj2
- Sollleistung
- T
- Periodendauer
- T0
- Periodendauer
- TA
- Zeitintervall
- TB
- Zeitintervall
- TC
- Zeitintervall
- t
- Zeit
- t0
- Einschaltzeit
- t1
- Zeitpunkt
- t2
- Zeitpunkt
- V0
- Einschaltwert
- V1(t)
- Steuersignal
- V2
- Steuerspannung
- V2(t)
- Steuersignal
- x
- Zeitpunkt
1. Gargerätevorrichtung mit zumindest einer ersten und zumindest einer zweiten Heizfrequenzeinheit
(10, 12) und mit wenigstens einer Steuereinheit (14), die dazu vorgesehen ist, die
erste Heizfrequenzeinheit (10) kontinuierlich und in zumindest einem ersten Zeitintervall
(TA) mit einer festen ersten Frequenz (f1A) zu betreiben, die zweite Heizfrequenzeinheit (12) im ersten Zeitintervall (TA) zu betreiben und in zumindest einem zweiten Zeitintervall (TB) abzuschalten und wenigstens eine Flickerkenngröße (F) zu minimieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, die zweite Heizfrequenzeinheit (12) im
ersten Zeitintervall (TA) mit zumindest einer sich um mindestens 14 kHz von der ersten Frequenz (f1A) unterscheidenden Frequenz (f2A) zu betreiben.
2. Gargerätevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, die erste Heizfrequenzeinheit (10) im
zweiten Zeitintervall (TB) zumindest zeitweise mit einer Frequenz (f1B) zu betreiben, welche kleiner ist als die erste Frequenz (f1A).
3. Gargerätevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen (f1A, f2A, f1B) mindestens 14 kHz betragen.
4. Gargerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, die Heizfrequenzeinheit (10) mit der
höchsten Sollleistung (Pobj1) kontinuierlich zu betreiben.
5. Gargerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) in wenigstens einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, die
zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten (10, 12) periodisch mit einer Periodendauer (T)
zu betreiben, die einer Summe einer Länge des ersten Zeitintervalls (TA) und einer Länge des zweiten Zeitintervalls (TB) entspricht.
6. Gargerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, die zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten
(10, 12) jeweils mittels eines Steuersignals (V1(t), V2(t)) zu steuern und/oder zu regeln und in wenigstens einem Betriebszustand einen Tastgrad
(D1A, D2A, D1B) von zumindest einem der Steuersignale (V1(t), V2(t)) anzupassen.
7. Gargerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, nach einer Auswahl der die Flickerkenngröße
(F) minimierenden Frequenzen (f1A, f2A, f1B) die Zeitintervalle (TA, TB) an Sollleistungen (Pobj1, Pobj2) der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten (10, 12) anzupassen.
8. Gargerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) dazu vorgesehen ist, eine Priorisierung zugunsten einer Minimierung
von Intermodulationsgeräuschen und/oder Flicker vorzunehmen, falls ein Betrieb der
zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten (10, 12) mit gewählten Sollleistungen (Pobj1, Pobj2) unter gleichzeitiger weitgehender Vermeidung von Intermodulationsgeräuschen und/oder
Flicker unmöglich ist.
9. Verfahren mit einer Gargerätevorrichtung mit zumindest einer ersten und zumindest
einer zweiten Heizfrequenzeinheit (10, 12), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem die erste Heizfrequenzeinheit (10) kontinuierlich und in zumindest
einem ersten Zeitintervall (TA) mit einer festen ersten Frequenz (f1A) betrieben wird, die zweite Heizfrequenzeinheit (12) im ersten Zeitintervall (TA) betrieben und in zumindest einem zweiten Zeitintervall (TB) abgeschaltet wird und wenigstens eine Flickerkenngröße (F) minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Heizfrequenzeinheit (12) im ersten Zeitintervall (TA) mit einer sich um mindestens 14 kHz von der ersten Frequenz (f1A) unterscheidenden Frequenz (f2A) betrieben wird.
10. Gargerät, insbesondere Kochfeld, mit einer Gargerätevorrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 8.