Induktionskochmulde

Abstract

 Bei einer Induktionskochmulde mit einer oberen Abdeckplatte (9) aus dielektrischem Material, einem Hochfrequenzgenerator und wenigstens einer Induktions-Heizspule (8) ist zwischen dem Hochfrequenzgenerator und der Heizspule (8) bzw. den Heizspulen ein Trenntransformator (4) zwischengeschaltet, dessen Sekundärwicklung (7) geerdet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Induktionskochmulde mit einer oberen Abdeckplatte aus dielektrischem Material, einem Hochfrequenzgenerator und wenigstens einer Induktionsspule.

[0002] Bei Induktionsherden, auch Induktionskochmulden genannt, werden durch die Induktionsspulen, die im folgenden auch als Heizspulen bezeichnet werden, Magnetfelder erzeugt, die in einem ferromagnetischen Topfboden Wirbelstromfelder bewirken, die den Topf erwärmen. Induktionskochmulden haben gegenüber herkömmlichen Elektroherden verschiedene Vorteile. Zum Beispiel erwärmt sich bei ihnen nur der Topfboden, so dass keine anderen energiespeichernden Teile wie beispielsweise Herdplatten aufgeheizt werden. Außerdem hört mit dem Abschalten des Feldes ähnlich wie beim Heizen mit Gasflammen unmittelbar die weitere Erwärmung auf. Ferner kann man sich an der Kochmulde selbst nicht verbrennen. Darüber hinaus eignen sich Induktionskochmulden wegen ihrer Reaktionsschnelligkeit gut für eine Regelung mit Hilfe eines Thermosensors, und schließlich ist der Wirkungsgrad von Induktionskochmulden höher als der konventioneller Herde.

[0003] Üblicherweise erzeugt man bei Induktionskochmulden Magnetfelder mit Frequenzen zwischen knapp 25kHz und etwas mehr als 40kHz, da einerseits der Wirbelstromeffekt proportional zur Frequenz ansteigt, andererseits man noch unterhalb des Langwellen-Rundfunks bleiben will. Bei diesen Frequenzen beginnen jedoch kapazitive Kopplungen wirksam zu werden, die immer dann auftreten, wenn sich zwei leitende Flächen isoliert in geringem Abstand gegenüber stehen. Da die das Feld erzeugende Heizspule sehr dicht an den Topfboden herangebracht wird, um die magnetischen Streufelder gering zu halten, bildet sich zwischen Topf und Spule ein Kondensator aus, der einen Stomfluss über einen Menschen ermöglicht, wenn durch Berühren des Topfes und geerdeter Teile ein Stromkreis geschlossen wird. Dieser über den Menschen abfließende Strom wird im folgenden mit "Ableitstrom" bezeichnet. Messungen haben ergeben, dass der Ableitstrom bei satter Erdung eines Probanden bis zu 5mA betragen kann. Ableitströme in dieser Größenordnung werden von manchen Menschen als unerwünscht angesehen. Insbesondere können sie aber unter bestimmten Bedingungen bei Schrittmacher-Patienten die Funktion der Herzschrittmacher beeinflussen.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Induktionskochmulden so auszugestalten, dass die Bildung von Ableitströmen minimiert oder sogar völlig unterbunden wird.

[0005] Die Erfindung zeichnet sich gemäß einer ersten grundsätzlichen Ausführungsform dadurch aus, dass zwischen dem Hochfrequenzgenerator und der Heizspule bzw. den Heizspulen ein Trenntransformator zwischengeschaltet ist, dessen Sekundärwicklung geerdet ist.

[0006] Eine zweite Ausführungsform der Erfindung sieht ebenfalls die Zwischenschaltung eines Trenntransformators zwischen dem HF-Generator und der Heizspule vor, wobei in diesem Fall der Transformator als ein auf die Generatorfrequenz abgestimmtes Bandpass-Filter ausgestaltet ist.

[0007] Während sich bei den bekannten Induktionskochmulden unvermeidbar Ableitstromverhältnisse ausbilden, die je nach Konstruktion und Schaltung mehr oder weniger zufällig sind, wird bei dem erfindungsgemäßen Aufbau eine Aufladung des durch die Heizspule und den Boden des Kochtopfs gebildeten Kondensators vermieden oder zumindest stark minimiert. Da auf diese Weise die kapazitive Kopplung zwischen der Heizspule und dem Kochtopf verhindert wird, kann es nicht mehr zur Bildung störender Ableitströme kommen.

[0008] Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.

[0009] Von den Zeichnungen zeigt

Fig. 1

den Schaltungsaufbau einer Induktionskochmulde bei Verwendung einer zylinderförmigen Heizspule;

Fig. 2

eine Ausführungsform der Erfindung bei Verwendung einer spiralförmigen Heizspule;

Fig. 3

eine erfindungsgemäße Schaltung mit zwei ineinander geschobenen Heizspulen mit entgegengesetztem Windungssinn;

Fig. 4

eine erfindungsgemäße Induktionskochmulde mit zwei halbkreisförmigen Heizspulen;

Fig. 5

eineAusführungsform der Erfindung mit vier viertelkreisförmigen Heizspulen, und

Fig. 6

eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Bandpass-Filters.

[0010] Die Zeichnungen zeigen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in schematischer Darstellung, wobei jeweils nur die erfindungswesentlichen Teile wiedergegeben sind.

[0011] Die Ausgangsspannung des HF-Generators, der als solcher nicht dargestellt ist, liegt an den Klemmen 1,2 der Primärspule 3 des Trenntransformators 4 an. Die Klemmen 5,6 der Sekundärspule 7 des Trenntransformators sind mit der zylinderförmigen Heizspule 8 verbunden, deren oberste Windung dicht unterhalb der Platte 9 aus dielektrischem Material angeordnet ist. Die Platte 9 stellt die Tragplatte für den Topf 10 aus ferromagnetischem Material dar. Das elektrische Potential der obersten Windung der Heizspule 8 bestimmt den Strom, der über die Spule-Topf-Kapazität abfließt. Im ungünstigsten Fall entspricht das Potential der vollen Ausgangsspannung des Transformators 4. Um das elektrische Potential der obersten Windung der Heizspule möglichst niedrig zu halten, wird bei diesem Ausführungsbeispiel die oberste Windung der Heizspule oder die zu dieser Windung führende Zuleitung der Sekundärspule des Transformators geerdet.

[0012] Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit einer spiralförmigen Heizspule 12, die hier in der Aufsicht dargestellt ist. Die Sekundärspule 13 des Trenntransformators 4 ist hier in ihrer Mitte, nämlich an dem Anschlußpunkt 14, geerdet. Dadurch entstehen gegenüber Erde zwei gleich große symmetrische Spannungen entgegengesetzter Polarität. Diese beiden Spannungen liegen über die Anschlußklemmen 15,16 an den Enden der spiralförmigen Heizspule 12 an. Auf diese Weise ergibt sich am Spule-Topf-Kondensator im Mittel eine Spannung von Null, und die Entstehung eines Ableitstromes wird so verhindert.

[0013] Die Ausführungsform nach Fig. 3 verwendet ebenfalls einen Trenntransformator 4, dessen Sekundärspule 13 in der Mitte am Anschlußpunkt 14 geerdet ist. Dadurch entstehen wiederum an den beiden Anschlußklemmen 18,19 symmetrische Ausgangsspannungen gegenüber Erde. In diesem Fall werden zwei nahezu gleich große Heizspulen 20,21 mit entgegengesetztem Windungssinn verwendet, die ineinander geschoben sind. Die beiden Heizspulen 20,21 werden so mit der Sekundärspule 13 verbunden, dass die oberste Windung der Heizspule 20 mit der Ausgangsklemme 18, die oberste Windung der Heizspule 21 mit der Ausgangsklemme 19, und die Enden der untersten Wicklung der beiden Heizspulen mit dem mittleren Anschlußpunkt 14 verbunden werden, der seinerseits geerdet ist. Durch den entgegengesetzten Windungssinn der beiden Heizspulen 20,21 wird auf diese Weise ein gleichgerichtetes Magnetfeld, jedoch ein entgegengesetztes elektrisches Feld erzeugt, das sich kompensiert. Diese Ausführungsform ist auch bei einer exzentrischen Position des Topfes im Verhältnis zu den Heizspulen unempfindlich.

[0014] Bei der in Fig.4 dargestellten Anordnung sind an die Sekundärspule 23, die ebenfalls mittig geerdet ist, zwei zylindrische halbkreisförmige Heizspulen 26,27 angeschlossen, die zusammen einen Vollzylinder bilden. An den Ausgangsklemmen 24,25 liegen symmetrische, gleich große Ausgangsspannungen an. Die Ausgangsklemmen 24,25 sind jeweils mit dem Ende der obersten Wicklung der beiden Heizspulen verbunden. Wenn bei dieser Anordnung die beiden Heizspulen 26,27 entgegengesetzten Windungssinn besitzen, sind die magnetischen Felder gleichsinnig, die elektrischen Felder jedoch gegensinnig zueinander. Die Ableitströme kompensieren sich dann im Boden des Kochtopfes.

[0015] Die Anordnung nach Fig.4 läßt sich auch so realisieren, dass die beiden Heizspulen 26,27 den gleichen Windungssinn haben. In diesem Fall kompensieren sich die magnetischen und die elektrischen Felder im Boden des Kochtopfes. Vorausgesetzt, dass der Abstand zwischen den Heizspulen und dem Topfboden gering ist, ergibt sich praktisch kein magnetischer "Kurzschluss" zwischen den beiden Heizspulen. Diese Lösung hat den Vorteil, dass sich bei exzentrischer Position des Kochtopfes bezüglich der Heizspulen die Magnetfelder bevorzugt im Bereich des Kochfeldes schließen und nicht außerhalb. Andererseits wird bei exzentrischer Position des Kochtopfes die Kompensation unvollständiger, wenn der Topf beispielsweise nur eine der beiden Halbspulen bedeckt.

[0016] Fig.5 zeigt eine Ausführungsform, bei der wiederum die Sekundärspule 23 des Trenntransformators 4 mittig geerdet ist, so dass an den beiden Ausgangsklemmen 24,25 wiederum entgegen gerichtete symmetrische Spannungen anliegen. Bei diesem Beispiel sind in der dargestellten Weise vier zylindrische Heizspulen 30,31,32,33 mit jeweils viertelkreisförmigem Querschnitt angeschlossen, die zusammen den Querschnitt eines vollen Kreises bilden. Die symmetrischen Ausgangsspannungen der Sekundärspule 23 liegen wiederum jeweils an den oberen Windungen der Heizspulen.

[0017] Auch in diesem Fall besteht wieder die Möglichkeit, dass die Heizspulen entweder alle den gleichen Windungssinn, oder aber abwechselnd entgegengesetzten Windungssinn aufweisen. Die elektrischen Felder sind jedoch in beiden Fällen abwechselnd gegeneinander gerichtet, so dass sie sich kompensieren. Eine exzentrische Position von Kochtopf und Heizspulen-Anordnung wirkt sich jetzt nicht mehr so negativ auf das elektrische Feld aus.

[0018] Auch die in Fig.6 dargestellte Beschaltung des Trenntransformators 35 führt zu der gewünschten Minimierung des Ableitstroms. Durch die zu der Primärspule 36 bzw. der Sekundärspule 37 parallel geschalteten Kondensatoren 38 und 39 wird ein Bandpassfilter geschaffen, das im Sinne eines Saugkreises die hochfrequenten Spannungsanteile wegfiltert. Um eine kapazitive Kopplung von Spikes zwischen Primär- und Sekundärseite zu verhindern, wird die Sekundärseite durch eine geerdete Abschirmung 40 geschützt.

Ansprüche

1. Induktionskochmulde mit einer oberen Abdeckplatte aus dielektrischem Material, einem Hochfrequenzgenerator und wenigstens einer Heizspule, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hochfrequenzgenerator und der Heizspule bzw. den Heizspulen ein Trenntransformator zwischengeschaltet ist, dessen Sekundärwicklung geerdet ist

2. Induktionskochmulde nach Anspruch 1 mit einer zylindrischen Heizspule, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang der Sekundärwicklung des Transformators geerdet und mit der dem Topf dichtest benachbarten Windung der Heizspule verbunden ist.

3. Induktionskochmulde nach Anspruch 1 mit einer spiralförmigen Heizspule, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung des Transformators spannungsmäßig in der Mitte geerdet ist.

4. Induktionskochmulde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung des Transformators spannungsmäßig in der Mitte geerdet ist, und dass an deren Plus- und Minusspannung zwei zylindrische Heizspulen mit entgegengesetztem Windungssinn angeschlossen sind, wobei die beiden Heizspulen ineinander geschoben und so verschaltet sind, dass sich die elektrischen Felder beider Heizspulen gegenseitig kompensieren, während sich die magnetischen Felder verstärken.

5. Induktionskochmulde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung des Transformators spannungsmäßig in der Mitte geerdet ist, und dass an deren Plus- und Minusspannung zwei halbkreisförmige, zusammen einen Vollkreis bildende Heizspulen derart angeschlossen sind, dass die elektrischen Felder gegensinnig sind und sich im Topfboden kompensieren, während die magnetischen Felder beider Heizspulen entweder gleichsinnig oder durch Änderung des Windungssinns gegensinnig sind.

6. Induktionskochmulde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung des Transformators spannungsmäßig in der Mitte geerdet ist, und dass an deren Plus- und Minusspannung vier viertelkreisförmige, zusammen einen Vollkreis bildende Heizspulen so angeschlossen sind, dass die elektrischen Felder abwechselnd gegensinnig sind und sich im Topfboden kompensieren, während die magnetischen Felder der vier Heizspulen entweder gleichsinnig oder durch Änderung des Windungssinns abwechselnd gegensinnig sind.

7. Induktionskochmulde mit einer oberen Abdeckplatte aus dielektrischem Material, einem Hochfrequenzgenerator und wenigstens einer Heizspule, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hochfrequenzgenerator und der Heizspule bzw. den Heizspulen ein Trenntransformator zwischengeschaltet ist, der als ein auf die Generatorfrequenz abgestimmtes Bandpass-Filter ausgestaltet ist.

Zeichnung