[0001] Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
[0002] Es sind Schaltungsvorrichtungen für Induktionskochfelder bekannt, die zwei Heizfrequenzeinheiten
zur Versorgung von drei oder vier unabhängigen Induktionsheizeinheiten mit hochfrequentem
Wechselstrom umfassen.
[0003] Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine kostengünstige gattungsgemäße
Schaltungsvorrichtung bereitzustellen, welche vorteilhaft einfach realisierbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst,
während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen
entnommen werden können.
[0004] Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsvorrichtung mit zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten
zur Energieversorgung von zumindest drei unabhängigen Heizeinheiten.
[0005] Es wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsvorrichtung eine Stromversorgungseinheit
umfasst, deren Ausgänge nur ein einziges Referenzpotential aufweisen. Unter "vorgesehen"
soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet und/oder programmiert verstanden
werden. Unter einer "Heizfrequenzeinheit" soll insbesondere eine elektrische Einheit
verstanden werden, die einen oszillierenden elektrischen Strom, vorzugsweise mit einer
Frequenz von zumindest 15 kHz, insbesondere von wenigstens 17 kHz und vorteilhaft
von mindestens 20 kHz, zu einem Betrieb der wenigstens drei Heizeinheiten erzeugt.
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, in einer von wenigstens zwei Schaltstellungen
einen zumindest einen Teil der Schalteinheit umfassenden Leitungspfad zu unterbrechen.
Unter einem "Leitungspfad" soll insbesondere eine elektrisch leitende Verbindungseinheit
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. 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 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. Unter "zumindest drei unabhängigen Heizeinheiten" sollen insbesondere
Heizeinheiten verstanden werden, die in wenigstens einem Betriebszustand von elektrischen
Strömen verschiedener Effektivstromstärke durchflossen werden.
[0006] Unter einer "Stromversorgungseinheit" soll insbesondere eine elektronische Einheit
verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest eine weitere Einheit mit Energie
zu versorgen, die eine andere als eine von einem Stromversorgungsnetz bereitgestellte
Spannung benötigt. Vorzugsweise wird in wenigstens einem Betriebszustand an zumindest
einem Ausgang der Stromversorgungseinheit eine Gleichspannung bereitgestellt. Vorzugsweise
weist die Stromversorgungseinheit mehrere Ausgänge auf, an denen insbesondere unterschiedliche
elektrische Spannungen, vorzugsweise Gleichspannungen, abgreifbar sind. Vorzugsweise
ist die Stromversorgungseinheit Teil einer Leistungsbaugruppe. Vorzugsweise ist die
Stromversorgungseinheit zur Energieversorgung von zumindest einer Steuereinheit und/oder
wenigstens einer Treibereinheit der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten und/oder
einer Bedienerschnittstelle und/oder zumindest einer Messeinheit, insbesondere einer
Temperatur- und/oder Spannungs- und/oder Strommesseinheit, und/oder zumindest eines
Kühllüfters vorgesehen. Unter einer "Steuereinheit" soll insbesondere eine elektronische
Einheit verstanden werden, die eine Recheneinheit und insbesondere zusätzlich zur
Recheneinheit eine Speichereinheit mit einem darin gespeicherten Steuerprogramm umfasst.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit zumindest dazu vorgesehen, die zumindest eine Heizfrequenzeinheit
mit Hilfe von Steuersignalen zu steuern und/oder zu regeln. Die Steuereinheit ist
vorzugsweise Teil der Leistungsbaugruppe.
[0007] Durch eine solche Ausgestaltung kann eine kostengünstige Schaltungsvorrichtung bereitzustellt
werden, welche insbesondere vorteilhaft einfach realisierbar ist. Insbesondere kann
auf Potentialtrennungen verzichtet werden.
[0008] Vorteilhaft ist die Schaltungsvorrichtung zu einem Anschluss an höchstens zwei Leiter
eines Stromversorgungsnetzes vorgesehen. Unter einem "Leiter eines Stromversorgungsnetzes"
soll insbesondere entweder ein Außenleiter oder ein, insbesondere von einem reinen
Schutzleiter unterschiedlich ausgebildeter, Neutralleiter verstanden werden. Darunter,
dass die Schaltungsvorrichtung "zu einem Anschluss an höchstens zwei Leiter eines
Stromversorgungsnetzes vorgesehen ist", soll insbesondere verstanden werden, dass
die Schaltungsvorrichtung derart ausgelegt ist, dass ein Betrieb entweder nur an genau
einem Außenleiter und genau einem Neutralleiter oder nur an genau zwei Außenleitern
eines Stromversorgungsnetzes möglich ist. Eine Schaltungsvorrichtung, welche an mehr
als zwei Leitern betreibbar ist, insbesondere an wenigstens zwei Außenleitern und
zumindest einem Neutralleiter, jedoch nur an zwei Leitern eines Stromversorgungsnetzes
betrieben wird, soll insbesondere zu einem Anschluss an zumindest zwei Leiter eines
Stromversorgungsnetzes vorgesehen sein. Durch den Anschluss an höchstens zwei Leiter
eines Stromversorgungsnetzes können weitere Kosteneinsparungen ermöglicht werden,
da eine Filterbaugruppe, die Steuereinheit und die Stromversorgungseinheit entsprechend
optimiert werden können. Wenn die Schaltungsvorrichtung genau zwei Heizfrequenzeinheiten
aufweist, kann eine besonders kostengünstige Schaltungsvorrichtung bereitgestellt
werden. Da die Schaltungsvorrichtung zu einem Anschluss an nur zwei Leiter eines Stromversorgungsnetzes
vorgesehen ist, sind zwei Heizfrequenzeinheiten zum Erreichen einer maximal aus den
zwei Leitern beziehbaren Leistung ausreichend. Es hat sich bei Gargeräten, insbesondere
bei Kochfeldern, gezeigt, dass die aus zwei Leitern, insbesondere einem Außenleiter
und einem Neutralleiter, eines Stromversorgungsnetzes maximal beziehbare Leistung
für einen alltäglichen Betrieb des Gargeräts ausreichend ist. Nur in den seltensten
Fällen übersteigt eine von einem Bediener angeforderte Heizleistung die aus dem Stromversorgungsnetz
maximal beziehbare Leistung. Daher kann trotz einer Reduktion auf zwei Heizfrequenzeinheiten
und einem Anschluss an nur zwei Leiter eines Stromversorgungsnetzes ein vorteilhaft
hoher Bedienkomfort erzielt werden.
[0009] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsvorrichtung
eine Leistungsbaugruppe umfasst, welche die zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten und
die Stromversorgungseinheit aufweist. Unter einer "Baugruppe" soll insbesondere eine
Montageeinheit mit mehreren Bauteilen verstanden werden, die dazu vorgesehen sind,
zu einer Einheit vormontiert zu werden, um insbesondere als Ganzes in eine weitere
Einheit montiert zu werden. Vorzugsweise handelt es sich bei der Baugruppe um eine
mit elektronischen Bauteilen bestückte Leiterplatte. Unter einer "Leistungsbaugruppe"
soll insbesondere eine Baugruppe verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, die zumindest
drei Heizeinheiten mit elektrischer Leistung zu versorgen und vorzugsweise eine Einstellung
der elektrischen Leistung der zumindest drei Heizeinheiten vorzunehmen. Vorzugsweise
führt die Leistungsbaugruppe in zumindest einem Betriebszustand eine Frequenzwandlung
durch und wandelt insbesondere eine eingangsseitige niederfrequente Wechselspannung
in eine ausgangsseitige hochfrequente Wechselspannung um. Unter einer "niederfrequenten
Wechselspannung" soll eine Wechselspannung mit einer Frequenz von höchstens 100 Hz
verstanden werden. Unter einer "hochfrequenten Wechselspannung" soll eine Wechselspannung
mit einer Frequenz von mindestens 1000 Hz verstanden werden. Vorzugsweise ist die
Leistungsbaugruppe dazu vorgesehen, die Einstellung der elektrischen Leistung der
zumindest drei Heizeinheiten zumindest durch Einstellung der hochfrequenten Wechselspannung
vorzunehmen. Vorzugsweise umfasst die Leistungsbaugruppe ferner zumindest einen Gleichrichter.
Hierdurch kann ein Montageaufwand vorteilhaft reduziert werden, da eine Vormontage
der Leistungsbaugruppe stattfinden kann. Des Weiteren können vorteilhafte elektronische
und thermische Eigenschaften erzielt werden, wenn Leistungselektronikkomponenten in
einer Leistungsbaugruppe vereint sind. Insbesondere kann eine vorteilhafte Kühlung
der Leistungselektronikkomponenten, insbesondere des Gleichrichters und der zumindest
zwei Heizfrequenzeinheiten, erreicht werden.
[0010] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Schaltungsvorrichtung eine Filterbaugruppe umfasst, die zu einem Anschluss an
höchstens zwei Leiter eines Stromversorgungsnetzes vorgesehen ist. Unter einer "Filterbaugruppe"
soll insbesondere eine Baugruppe verstanden werden, welche in wenigstens einem Betriebszustand
zumindest eine Filterfunktion, vorzugsweise eine Tiefpass-Filterfunktion zur Minimierung
von hochfrequentem Rauschen, übernimmt. Besonders vorteilhaft übernimmt die Filterbaugruppe
zusätzlich eine Überspannungsschutzfunktion, vorzugsweise mittels eines Varistors.
Die Filterbaugruppe umfasst insbesondere zumindest eine Drossel, insbesondere eine
stromkompensierte Drossel, und/oder zumindest einen Kondensator und/oder zumindest
einen Varistor. Vorzugsweise ist die Filterbaugruppe leitungstechnisch betrachtet
zwischen einem Anschluss an das Stromversorgungsnetz und dem Gleichrichter angeordnet.
Vorzugsweise ist die Filterbaugruppe dazu vorgesehen, eine Filterung der Leistungsbaugruppe
vorzunehmen. Darunter, dass "die Filterbaugruppe zu einem Anschluss an höchstens zwei
Leiter eines Stromversorgungsnetzes vorgesehen ist", soll insbesondere verstanden
werden, dass die Filterbaugruppe derart ausgelegt ist, dass ein Betrieb entweder nur
an genau einem Außenleiter und genau einem Neutralleiter oder nur an genau zwei Außenleitern
eines Stromversorgungsnetzes möglich ist. Eine Filterbaugruppe, welche an mehr als
zwei Leitern betreibbar ist, insbesondere an zwei Außenleitern und einem Außen leitern
und einem Neutralleiter, jedoch nur an zwei Leitern eines Stromversorgungsnetzes betrieben
wird, soll insbesondere zu einem Anschluss an zumindest zwei Leiter eines Stromversorgungsnetzes
vorgesehen sein. Hierdurch kann ein Montageaufwand vorteilhaft reduziert werden. Des
Weiteren können Kosten gesenkt werden, da eine kommerziell erhältliche Filterbaugruppe
zum Einsatz kommen kann.
[0011] Vorteilhaft weist die Schaltungsvorrichtung höchstens zwei Äquipotentialverbindungspfade
zwischen der Filterbaugruppe und der Leistungsbaugruppe auf, die zur Übertragung zumindest
eines Großteils der Energie von der Filterbaugruppe zu den zumindest drei Heizeinheiten
vorgesehen sind. Unter einem "Äquipotentialverbindungspfad" soll insbesondere eine
Gesamtheit aller Leitungspfade mit zumindest im Wesentlichen gleichem Potential zwischen
zwei Baugruppen, insbesondere zwischen der Filterbaugruppe und der Leistungsbaugruppe,
verstanden werden. Eine "Gesamtheit aller Leitungspfade mit zumindest im Wesentlichen
gleichem Potential" umfasst insbesondere alle Leitungspfade, deren elektrische Potentiale
sich zu jedem Zeitpunkt untereinander um höchstens 10%, vorzugsweise um maximal 5%
und besonders vorteilhaft um höchstens 2% unterscheiden. Unter einer "Potentialdifferenz"
soll insbesondere eine Differenz zweier Potentiale verstanden werden. Unter einem
"Potential eines Äquipotentialverbindungspfads" zu einem Zeitpunkt soll insbesondere
ein räumlich gemitteltes Potential des Äquipotentialverbindungspfads zu diesem Zeitpunkt
verstanden werden. Darunter, dass die höchstens zwei Äquipotentialverbindungspfade
"zur Übertragung zumindest eines Großteils der Energie von der Filterbaugruppe zu
den zumindest drei Heizeinheiten vorgesehen sind", soll insbesondere verstanden werden,
dass in jedem beliebigen Betriebszustand, in welchem wenigstens eine der zumindest
drei Heizeinheiten betrieben wird, durch die höchstens zwei Äquipotentialverbindungspfade
jeweils ein Strom gleicher Effektivstromstärke fließt, wobei ein Produkt aus der Effektivstromstärke
und einem Effektivwert einer Potentialdifferenz zwischen den höchstens zwei Äquipotentialverbindungspfaden,
abzüglich einer Leistung, welche anderen, von den betriebenen Heizeinheiten verschiedenen
Verbrauchern zugeführt wird, sich höchstens um 20%, vorzugsweise maximal um 10% und
besonders vorteilhaft höchstens um 5% von einer Summe von zeitlich gemittelten Heizleistungen
der betriebenen Heizeinheiten unterscheidet. Unter einer "zeitlich gemittelten Heizleistung"
einer betriebenen Heizeinheit soll insbesondere ein Produkt aus einer durch die Heizeinheit
flie-βenden Effektivstromstärke und einer an der Heizeinheit anliegenden Effektivspannung
verstanden werden. Hierdurch kann ein Montageaufwand vorteilhaft reduziert werden.
[0012] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Filterbaugruppe
zu einem Anschluss an zwei Außenleiter eines Stromversorgungsnetzes vorgesehen ist.
Hierdurch kann eine höhere Betriebsspannung erreicht werden.
[0013] Ferner wird vorgeschlagen, dass die Leistungsbaugruppe genau zwei gleichgerichtete
Äquipotentialstromschienen aufweist, zwischen denen in wenigstens einem Betriebszustand
eine Versorgungsspannung für die zumindest drei unabhängigen Heizeinheiten abgegriffen
wird. Unter einer "Äquipotentialstromschiene" soll insbesondere eine Gesamtheit aller
Leitungspfade mit zumindest im Wesentlichen gleichem elektrischem Potential verstanden
werden. Unter "zwei gleichgerichteten Äquipotentialstromschienen" sollen insbesondere
zwei Äquipotentialstromschienen mit einer Potentialdifferenz ihrer Potentiale verstanden
werden, welche für jeden Zeitpunkt ein gleiches Vorzeichen aufweist. Unter einem "Potential
einer Äquipotentialstromschiene" zu einem Zeitpunkt soll insbesondere ein räumlich
gemitteltes Potential der Äquipotentialstromschiene zu diesem Zeitpunkt verstanden
werden. Vorzugsweise umfasst die Schaltungsvorrichtung und vorzugsweise die Leistungsbaugruppe
der Schaltungsvorrichtung genau einen Gleichrichter, vorzugsweise einen Brückengleichrichter,
der in wenigstens einem Betriebszustand eine Gleichrichtung der Potentialdifferenz
der Äquipotentialverbindungspfade durchführt und eine gleichgerichtete Spannung zwischen
den Äquipotentialstromschienen bereitstellt. Hierdurch können Kosten vorteilhaft gesenkt
werden, da die Leistungsbaugruppe vereinfacht werden kann und insbesondere nur ein
Gleichrichter benötigt wird.
[0014] Vorteilhaft weist die Leistungsbaugruppe eine Schaltanordnung auf, die dazu vorgesehen
ist, wenigstens eine der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten wahlweise mit wenigstens
einer der zumindest drei Heizeinheiten zu verbinden. Unter einer "Schaltanordnung"
soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die wenigstens einen Eingang und
zumindest zwei Ausgänge aufweist und die dazu vorgesehen ist, den Eingang in zumindest
einem Betriebszustand wahlweise mit wenigstens einem der zumindest zwei Ausgänge elektrisch
leitend zu verbinden, insbesondere durch eine entsprechende Schaltstellung wenigstens
einer Schalteinheit und/oder einer Umschalteinheit. Vorzugsweise entspricht eine Anzahl
von Eingängen der Schaltanordnung einer Anzahl von Heizfrequenzeinheiten der Schaltvorrichtung.
Vorzugsweise entspricht eine Anzahl von Ausgängen der Schaltanordnung einer Anzahl
von Heizeinheiten. Unter einer "Umschalteinheit" soll insbesondere eine Schalteinheit
verstanden werden, die in einer ersten von wenigstens zwei Schaltstellungen einen
ersten Leitungspfad, insbesondere von dem wenigstens einen Eingang zu einem der zumindest
zwei Ausgänge, bildet und in einer zweiten der wenigstens zwei Schaltstellungen einen
zweiten, vom ersten Leitungspfad verschiedenen Leitungspfad, insbesondere von dem
wenigstens einen Eingang zu dem anderen der zumindest zwei Ausgänge, bildet. Als Umschalteinheit
kommt jede, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Umschalteinheit in Frage, vorzugsweise
jedoch ein elektromagnetisches Relais und/oder ein Halbleiterrelais. Vorzugsweise
ist die Schaltanordnung Teil der Leistungsbaugruppe. Darunter, dass die Schaltanordnung
dazu vorgesehen ist, "wenigstens eine der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten wahlweise
mit wenigstens einer der zumindest drei Heizeinheiten zu verbinden", soll insbesondere
verstanden werden, dass die Schaltanordnung abhängig von einem Betriebszustand dazu
vorgesehen ist, eine oder mehrere Heizfrequenzeinheiten mit einer oder mehreren Heizeinheiten
elektrisch leitend zu verbinden. Hierdurch können Kosten besonders vorteilhaft gesenkt
werden, da eine Anzahl Heizfrequenzeinheiten kleiner ausfallen kann als eine Anzahl
Heizeinheiten. Des Weiteren können neue Betriebsarten erschlossen werden, insbesondere
wenn zwei Heizfrequenzeinheiten gemeinsam parallel eine einzelne Heizeinheit mit Energie
versorgen.
[0015] Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Leistungsbaugruppe höchstens einen einstückigen
Kühlkörper aufweist. Unter einem "Kühlkörper" soll insbesondere eine Einheit verstanden
werden, die gezielt zur Kühlung weiterer Bauteile, insbesondere der zumindest einen
Heizfrequenzeinheit, ausgebildet ist und insbesondere mit diesen Bauteilen in thermischem
und vorzugsweise in direktem mechanischem Kontakt steht. Der Kühlkörper weist zur
Abgabe von Wärmeenergie an die Umgebung insbesondere eine zumindest 5-fach, insbesondere
wenigstens 10-fach und vorteilhaft wenigstens 20-fach größere Oberfläche auf als ein
Würfel gleichen Volumens und umfasst insbesondere zumindest 3 und vorzugsweise wenigstens
5 Kühlrippen. Hierbei soll unter einer "Kühlrippe" ein längliches, insbesondere wand-
oder stabförmiges, Bauelement aus einem wärmeleitenden Material verstanden werden,
das zumindest an einer Stelle mit einem Grundkörper des Kühlkörpers, insbesondere
einstückig, verbunden ist. Unter einem "Grundkörper des Kühlkörpers" soll insbesondere
ein Bauelement aus einem wärmeleitenden Material verstanden werden, das zumindest
eine Oberfläche aufweist, die in thermischem Kontakt und vorzugsweise in direktem
mechanischem Kontakt mit einem zu kühlenden Bauteil steht. Vorzugsweise besteht der
gesamte Kühlkörper aus einem wärmeleitenden Material und weist insbesondere einen
plattenförmigen Grundkörper auf, von dem Kühlrippen, vorzugsweise nur auf einer Seite
des Grundkörpers, ausgehen. Insbesondere kann der Kühlkörper speziell zu einem Wärmeübertrag
auf eine an zumindest einer der Oberflächen des Kühlkörpers entlangströmende Luftströmung
ausgelegt sein und vorzugsweise über Luftströmungskanäle verfügen, durch die eine
Luftströmung zur Kühlung des Kühlkörpers geführt wird. Unter einem "wärmeleitenden
Material" soll insbesondere ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von wenigstens
5 W/m/K, insbesondere zumindest 15 W/m/K, vorteilhaft mindestens 100 W/m/K und besonders
vorteilhaft wenigstens 200 W/m/K verstanden werden. Unter "einstückig" soll insbesondere
zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess
und/oder einen Klebeprozess und/oder einen Anspritzprozess und/oder einen anderen,
einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück
geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss
und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren
und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling. Vorzugsweise ist der Kühlkörper zur Kühlung
der zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten vorgesehen und ist insbesondere mit diesen
thermisch kontaktiert. Darunter, dass der Kühlkörper und zumindest ein weiteres Bauteil,
insbesondere eine Heizfrequenzeinheit, "thermisch kontaktiert" sind, soll insbesondere
verstanden werden, dass der Kühlkörper und das weitere Bauteil in einem montierten
Zustand Wärmeenergie austauschen können und dass vorzugsweise ein Wärmeübergangskoeffizient
dieses Austauschs größer ist als ein Wärmeübergangskoeffizient eines Austauschs von
Wärmeenergie zwischen dem Kühlkörper und dem weiteren Bauteil über einen Luftspalt.
Vorzugsweise stehen der Kühlkörper und das weitere Bauteil in direktem mechanischem
Kontakt und liegen insbesondere zumindest in einem Teilbereich unmittelbar aneinander
an und sind vorzugsweise fest miteinander verbunden, so dass zumindest 60%, insbesondere
zumindest 70%, besonders vorteilhaft wenigstens 80% und besonders vorteilhaft mindestens
90% der Wärmeenergie über eine Festkörperkontaktstelle oder mehrere Festkörperkontaktstellen
übertragen werden. Hierdurch können Kosten vorteilhaft gesenkt werden, da nur ein
Kühlkörper zum Einsatz kommt. Des Weiteren kann ein Gewicht vorteilhaft reduziert
werden, wodurch zusätzlich Transportkosten minimiert werden können.
[0016] Vorteilhaft weist die Schaltungsvorrichtung höchstens einen Kühllüfter auf, der zur
Kühlung des einstückigen Kühlkörpers vorgesehen ist. Hierdurch können Kosten besonders
vorteilhaft gesenkt werden. Des Weiteren kann in wenigstens einem Betriebszustand
ein Energiebedarf reduziert werden.
[0017] Ferner wird ein Gargerät, insbesondere ein Kochfeld, mit einer erfindungsgemä-βen
Schaltungsvorrichtung vorgeschlagen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kochfeld
um ein Induktionskochfeld.
[0018] Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung
sind zwei Ausführungsbeispiele 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.
[0019] Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Gargerät mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsvorrichtung in einer Draufsicht,
- Fig. 2
- die Schaltungsvorrichtung aus Fig. 1 in einer schematischen Blockdarstellung und
- Fig.3
- eine weitere Schaltungsvorrichtung in einer schematischen Blockdarstellung.
[0020] Figur 1 zeigt ein als Induktionskochfeld 50a ausgebildetes Gargerät. Das Induktionskochfeld
50a umfasst eine Kochfeldplatte 52a, insbesondere aus einer Glaskeramik, auf der in
bekannter Weise Heizzonen 54a, 56a, 58a, 60a markiert sind. Die Kochfeldplatte 52a
ist in einem betriebsbereiten Zustand des Induktionskochfelds 50a horizontal angeordnet
und zu einem Aufstellen von Gargeschirr vorgesehen. Des Weiteren sind auf der Kochfeldplatte
52a in bekannter Weise berührungsempfindliche Bedienelemente 62a und Anzeigeelemente
64a einer Bedienerschnittstelle 66a des Induktionskochfelds 50a markiert. Das Induktionskochfeld
50a umfasst ferner eine Schaltungsvorrichtung mit vier als Induktorspulen ausgebildeten
unabhängigen Heizeinheiten 14a, 16a, 18a, 20a (vgl. Figur 2). Die Heizeinheit 14a
ist unterhalb der Heizzone 54a angeordnet. Die Heizeinheit 16a ist unterhalb der Heizzone
56a angeordnet. Die Heizeinheit 18a ist unterhalb der Heizzone 58a angeordnet. Die
Heizeinheit 20a ist unterhalb der Heizzone 60a angeordnet.
[0021] Figur 2 zeigt eine schematische Blockdarstellung der Schaltungsvorrichtung des Induktionskochfelds
50a. Das Induktionskochfeld 50a und insbesondere die Schaltungsvorrichtung sind zu
einem Anschluss an genau zwei Leiter 28a, 29a eines Stromversorgungsnetzes 26a vorgesehen.
Im vorliegenden Fall handelt es sich bei den zwei Leitern 28a, 29a um einen Außenleiter
68a und einen Neutralleiter 70a des Stromversorgungsnetzes 26a. Das Induktionskochfeld
50a und insbesondere die Schaltungsvorrichtung umfassen genau eine Filtereinheit 72a.
Eine zwischen dem Außenleiter 68a und dem Neutralleiter 70a anliegende elektrische
Wechselspannung, die in Europa einen Effektivwert von ca. 230 V aufweist, wird der
Filtereinheit 72a zugeführt. Die Filtereinheit 72a ist als separate Filterbaugruppe
10a der Schaltungsvorrichtung in Form einer mit elektronischen Komponenten bestückten
Leiterplatte ausgebildet. Die Filterbaugruppe 10a ist zu einem Anschluss an die zwei
Leiter 28a, 29a des Stromversorgungsnetzes 26a vorgesehen. Bei der Filtereinheit 72a
handelt es sich im Wesentlichen um einen Tiefpass-Filter, der in wenigstens einem
Betriebszustand hochfrequentes Rauschen eliminiert. Bezüglich eines Aufbaus der Filtereinheit
72a sei beispielsweise auf die internationale Anmeldung
WO 2010/069616 A1 verwiesen. Das Induktionskochfeld 50a und insbesondere die Schaltungsvorrichtung
umfassen ferner genau eine als bestückte Leiterplatte ausgebildete Leistungsbaugruppe
12a. Die Leistungsbaugruppe 12a umfasst genau einen Gleichrichter 48a, genau eine
Buskondensatoreinheit 74a aus einem oder mehreren miteinander verschalteten Buskondensatoren,
genau zwei Heizfrequenzeinheiten 34a, genau eine Schaltanordnung 36a, genau eine Stromversorgungseinheit
38a, genau eine Steuereinheit 40a und genau einen einstückigen Kühlkörper 44a. Der
Kühlkörper 44a besteht aus Aluminium. Die zwei Heizfrequenzeinheiten 34a und Gleichrichterdioden
des Gleichrichters 48a sind mit dem Kühlkörper 44a durch Verklebung thermisch kontaktiert.
Das Induktionskochfeld 50a und insbesondere die Schaltungsvorrichtung umfassen genau
einen Kühllüfter 46a, der dazu vorgesehen ist, den Kühlkörper 44a mittels einer Kühlluftströmung
zu kühlen.
[0022] Das Induktionskochfeld 50a und insbesondere die Schaltungsvorrichtung umfassen genau
zwei Äquipotentialverbindungspfade 22a, 24a, die die Filterbaugruppe 10a und die Leistungsbaugruppe
12a elektrisch leitend miteinander verbinden. In jedem Betriebszustand, in dem zumindest
eine der Heizeinheiten 14a, 16a, 18a, 20a betrieben wird, wird die gesamte von der
Filterbaugruppe 10a zu den Heizeinheiten 14a, 16a, 18a, 20a übertragene Energie über
die Äquipotentialverbindungspfade 22a, 24a übertragen. Die Filtereinheit 72a und der
Gleichrichter 48a sind über die Äquipotentialverbindungspfade 22a, 24a elektrisch
leitend miteinander verbunden. Ferner sind die Filtereinheit 72a und ein Eingang der
Stromversorgungseinheit 38a über die Äquipotentialverbindungspfade 22a, 24a elektrisch
leitend miteinander verbunden. Durch den Gleichrichter 48a wird die elektrische Wechselspannung
aus dem Stromversorgungsnetz 26a gleichgerichtet und als gleichgerichtete Busspannung
für die Heizeinheiten 14a, 16a, 18a, 20a zwischen genau zwei gleichgerichteten Äquipotentialstromschienen
30a, 32a der Leistungsbaugruppe 12a bereitgestellt. Zwischen den Äquipotentialstromschienen
30a, 32a ist die Buskondensatoreinheit 74a angeordnet. Die zwei Heizfrequenzeinheiten
34a greifen in wenigstens einem Betriebszustand diese gleichgerichtete Busspannung
an den zwei Äquipotentialstromschienen 30a, 32a ab. Die Heizfrequenzeinheiten 34a
umfassen jeweils einen Wechselrichter, der in bekannter Weise aus der gleichgerichteten
Busspannung eine hochfrequente Wechselspannung mit einer Frequenz von zumindest 15
kHz für einen Betrieb der Heizeinheiten 14a, 16a, 18a, 20a erzeugt. Ausgänge der zwei
Heizfrequenzeinheiten 34a sind über die Schaltanordnung 36a mit den Heizeinheiten
14a, 16a, 18a, 20a verbunden.
[0023] Die Schaltanordnung 36a erlaubt eine Zuordnung von einer der Heizfrequenzeinheiten
34a zu einer oder mehreren der Heizeinheiten 14a, 16a, 18a, 20a. Ferner gestattet
die Schaltanordnung 36a eine Zuordnung beider Heizfrequenzeinheiten 34a zu einer der
Heizeinheiten 14a, 16a, 18a, 20a zur Leistungssteigerung während eines Ankochvorgangs.
Die Schaltanordnung 36a ist dazu vorgesehen, einen Zeitmultiplexbetrieb durchzuführen.
Hierbei wird in einer periodisch wiederkehrenden Sequenz eine der Heizfrequenzeinheiten
34a während eines ersten Teilintervalls einer Periodendauer einer ersten Gruppe von
Heizeinheiten 14a, 16a, 18a, 20a zugeordnet und während eines zweiten, vom ersten
Teilintervall unterschiedlich ausgebildeten Teilintervalls der Periodendauer einer
zweiten, von der ersten Gruppe unterschiedlich ausgebildeten Gruppe von Heizeinheiten
14a, 16a, 18a, 20a zugeordnet. Die Schaltanordnung 36a umfasst sechs elektromagnetische
Relais. Alternativ können die elektromagnetischen Relais durch Halbleiterrelais ersetzt
werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Schaltanordnung 36a auch eine gleichzeitige
Zuordnung der zwei Heizfrequenzeinheiten 34a zu mehreren Heizeinheiten 14a, 16a, 18a,
20a ermöglichen. Abhängig von einer Schaltstellung der Schaltanordnung 36a werden
somit bestimmte Heizeinheiten 14a, 16a, 18a, 20a in bekannter Weise mit Energie versorgt.
Die Heizeinheiten 14a, 16a, 18a, 20a sind in Figur 2 nur schematisch dargestellt,
wobei auf eine Darstellung von den Heizeinheiten 14a, 16a, 18a, 20a zugeordneten Resonanzkondensatoren
verzichtet wurde.
[0024] Die Stromversorgungseinheit 38a ist dazu vorgesehen, die Wechselspannung des Stromversorgungsnetzes
26a zu transformieren und gleichzurichten. Die Stromversorgungseinheit 38a weist mehrere
Ausgänge auf, an denen in wenigstens einem Betriebszustand unterschiedliche Gleichspannungen
zur Versorgung weiterer elektrischer Verbraucher bereitgestellt sind. Die Stromversorgungseinheit
38a ist zumindest dazu vorgesehen, die Steuereinheit 40a mit Energie zu versorgen.
Die Steuereinheit 40a umfasst einen Mikroprozessor und ist zur Steuerung und Regelung
des Induktionskochfelds 50a und insbesondere von Komponenten der Schaltungsvorrichtung
vorgesehen, wie in Figur 2 schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt. Ferner
ist die Stromversorgungseinheit 38a dazu vorgesehen, die Bedienerschnittstelle 66a,
Treibereinheiten der zwei Heizfrequenzeinheiten 34a, Temperatur-, Spannungs- und Strommesseinheiten
sowie den Kühllüfter 46a mit Energie zu versorgen (nicht dargestellt in Figur 2).
Des Weiteren kann die Stromversorgungseinheit 38a zur Energieversorgung weiterer,
einem Fachmann als sinnvoll erscheinender Verbraucher vorgesehen sein. Alle Ausgänge
der Stromversorgungseinheit 38a weisen ein gemeinsames Referenzpotential 42a auf,
welches einem Potential der Äquipotentialstromschiene 32a entspricht. Hierdurch kann
die Schaltungsvorrichtung entscheidend vereinfacht werden, da beispielsweise auf ansonsten
nötige Potentialtrennungen verzichtet werden kann.
[0025] In der Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgende
Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen,
wobei bezüglich gleichbleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung
des anderen Ausführungsbeispiels, insbesondere der Figuren 1 und 2, verwiesen werden
kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen
des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 und 2 durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen
des Ausführungsbeispiels der Figur 3 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile,
insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich
auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Figuren
1 und 2 verwiesen werden.
[0026] Figur 3 zeigt eine schematische Blockdarstellung einer weiteren Schaltungsvorrichtung
eines Induktionskochfelds 50b. Das Induktionskochfeld 50b und insbesondere die Schaltungsvorrichtung
sind ebenfalls zu einem Anschluss an genau zwei Leiter 28b, 29b eines Stromversorgungsnetzes
26b vorgesehen. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei den zwei Leitern 28b, 29b
um zwei Außenleiter 68b, 69b des dreiphasigen Stromversorgungsnetzes 26b. Hier wird
eine zwischen den Außenleitern 68b, 69b anliegende elektrische Wechselspannung, die
in Europa einen Effektivwert von ca. 400 V aufweist, einer entsprechenden Filterbaugruppe
10b zugeführt. Der prinzipielle Aufbau des Induktionskochfelds 50b und der zugehörigen
Schaltungsvorrichtung ist identisch mit dem prinzipiellen Aufbau des vorherigen Ausführungsbeispiels.
Es erfolgt lediglich eine Anpassung der elektronischen Komponenten der Schaltungsvorrichtung
an die höhere Wechselspannung zwischen den zwei Leitern 28b, 29b des Stromversorgungsnetzes
26b.
Bezugszeichen
[0027]
- 10
- Filterbaugruppe
- 12
- Leistungsbaugruppe
- 14
- Heizeinheit
- 16
- Heizeinheit
- 18
- Heizeinheit
- 20
- Heizeinheit
- 22
- Äquipotentialverbindungspfad
- 24
- Äquipotentialverbindungspfad
- 26
- Stromversorgungsnetz
- 28
- Leiter
- 29
- Leiter
- 30
- Äquipotentialstromschiene
- 32
- Äquipotentialstromschiene
- 34
- Heizfrequenzeinheit
- 36
- Schaltanordnung
- 38
- Stromversorgungseinheit
- 40
- Steuereinheit
- 42
- Referenzpotential
- 44
- Kühlkörper
- 46
- Kühllüfter
- 48
- Gleichrichter
- 50
- Induktionskochfeld
- 52
- Kochfeldplatte
- 54
- Heizzone
- 56
- Heizzone
- 58
- Heizzone
- 60
- Heizzone
- 62
- Bedienelement
- 64
- Anzeigeelement
- 66
- Bedienerschnittstelle
- 68
- Außenleiter
- 69
- Außenleiter
- 70
- Neutralleiter
- 72
- Filtereinheit
- 74
- Buskondensatoreinheit
1. Schaltungsvorrichtung mit zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten (34a; 34b) zur Energieversorgung
von zumindest drei unabhängigen Heizeinheiten (14a, 16a, 18a, 20a; 14b, 16b, 18b,
20b), gekennzeichnet durch eine Stromversorgungseinheit (38a; 38b), deren Ausgänge nur ein einziges Referenzpotential
(42a; 42b) aufweisen.
2. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Leistungsbaugruppe (12a; 12b), welche die zumindest zwei Heizfrequenzeinheiten
(34a; 34b) und die Stromversorgungseinheit (38a; 38b) aufweist.
3. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Filterbaugruppe (10a; 10b), die zu einem Anschluss an höchstens zwei Leiter
(28a, 29a; 28b, 29b) eines Stromversorgungsnetzes (26a; 26b) vorgesehen ist.
4. Schaltungsvorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet durch höchstens zwei Äquipotentialverbindungspfade (22a, 24a; 22b, 24b) zwischen der Filterbaugruppe
(10a; 10b) und der Leistungsbaugruppe (12a; 12b), die zur Übertragung zumindest eines
Großteils der Energie von der Filterbaugruppe (10a; 10b) zu den zumindest drei Heizeinheiten
(14a, 16a, 18a, 20a; 14b, 16b, 18b, 20b) vorgesehen sind.
5. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbaugruppe (10b) zu einem Anschluss an zwei Au-βenleiter (68b, 69b) eines
Stromversorgungsnetzes (26b) vorgesehen ist.
6. Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsbaugruppe (12a; 12b) genau zwei gleichgerichtete Äquipotentialstromschienen
(30a, 32a; 30b, 32b) aufweist, zwischen denen in wenigstens einem Betriebszustand
eine Versorgungsspannung für die zumindest drei unabhängigen Heizeinheiten (14a, 16a,
18a, 20a; 14b, 16b, 18b, 20b) abgegriffen wird.
7. Schaltungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsbaugruppe (12a; 12b) eine Schaltanordnung (36a; 36b) aufweist, die dazu
vorgesehen ist, die zumindest eine Heizfrequenzeinheit (34a; 34b) wahlweise mit wenigstens
einer der zumindest drei Heizeinheiten (14a, 16a, 18a, 20a; 14b, 16b, 18b, 20b) zu
verbinden.
8. Schaltungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsbaugruppe (12a; 12b) höchstens einen einstückigen Kühlkörper (44a; 44b)
aufweist.
9. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch höchstens einen Kühllüfter (46a; 46b), der zur Kühlung des einstückigen Kühlkörpers
(44a; 44b) vorgesehen ist.
10. Gargerät, insbesondere Kochfeld, mit einer Schaltungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche.