Die Erfindung betrifft ein Induktionskochfeld aufweisend ein Induktorspulen-Feld mit mehreren unterhalb einer Zubereitungsplatte angeordneten Induktorspulen zur freien Positionierbarkeit eines Zubereitungsbehälters auf der Zubereitungsplatte.
Insbesondere für Kochfelder mit einzelnen, lokal definierten Kochzonen, die mit einem Widerstandsheizelement betrieben werden, ist es beispielsweise aus
Beispielsweise aus
Auch ist ein Induktionskochfeld bekannt, welches ein Induktorspulen-Feld aus vielen vergleichsweise kleinen Induktorspulen aufweist, so dass ein Gargeschirr frei auf dem Induktionskochfeld positionierbar ist. Dabei ist nachteilig, dass aufgrund der freien Positionierbarkeit des Zubereitungsbehälters eine seitliche IR-Temperaturabfühlung nur schwierig umsetzbar ist. Aufgrund der geringen Größe der Induktorspulen ist aber auch eine unterseitige IR-Abfühlung nach
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Möglichkeit zur Temperaturabfühlung auf der Grundlage von Infrarotstrahlung bereitzustellen, welche eine Temperatur eines Zubereitungsbehälters auf einem frei belegbaren Induktionskochfeld besonders zuverlässig abfühlen kann, ohne eine Leistungsfähigkeit zu vermindern.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Induktionskochfeld, aufweisend ein Induktorspulen-Feld mit mehreren unterhalb einer Zubereitungsplatte angeordneten Induktorspulen zur freien Positionierbarkeit eines Zubereitungsbehälters auf der Zubereitungsplatte. Unterhalb der Zubereitungsplatte und seitlich neben den Induktorspulen ist mindestens ein Infrarot (IR)-Sensor angeordnet.
Die so angeordneten Induktorspulen sind folglich nicht jeweils einer festen, lokalen Zubereitungszone zum Aufsatz eines Zubereitungsbehälters zugeordnet. Vielmehr kann der Zubereitungsbehälter frei auf der Zubereitungsplatte angeordnet sein, und die von dem Zubereitungsbehälter ausreichend überdeckten, typischerweise mehreren (kleinen) Induktorspulen werden automatisch erkannt und aktiviert (Topferkennung).
Eine Anordnung des mindestens einen IR-Sensors seitlich neben den Induktorspulen kann insbesondere umfassen, dass sich ein Messbereich des mindestens einen IR-Sensors seitlich neben den Induktorspulen befindet, während zumindest Teile des Sensors als solchem sich auch an anderer Stelle befinden können. Jedoch mag sich auch der mindestens eine IR-Sensor als solcher seitlich neben den Induktorspulen befinden.
Die Zubereitungsplatte kann auch als Abdeckplatte bezeichnet werden und ist insbesondere für das von den Induktorspulen erzeugte magnetische Feld und für den von dem mindestens einen IR-Sensor abfühlbaren IR-Messbereich durchlässig. Die Zubereitungsplatte kann insbesondere eine Platte aus Glas (einschließlich Hartglas) oder Glaskeramik sein.
Ein solches Induktionskochfeld weist den Vorteil auf, dass der mindestens eine IR-Sensor die Effektivität der (kleinen) Induktorspulen nicht beeinträchtigt. Zudem ist in der überwiegenden Zahl der Fälle mindestens ein solcher IR-Sensor in einem Randbereich, d.h. außermittig, zu einem aufgesetzten Zubereitungsbehälter angeordnet, so dass eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht wird. Die Anordnung des mindestens einen IR-Sensors ist außerdem einfach über den Bereich der Zubereitungsplatte wählbar.
Es ist eine Weiterbildung, dass ein Durchmesser der Induktorspulen zwischen 5 cm und 10 cm liegt.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Induktorspulen in Draufsicht auf das Induktionskochfeld in einem dichtgepackten Muster angeordnet sind und mindestens ein IR-Sensor in einer Lücke der Induktorspulen angeordnet ist. Dadurch werden eine hohe Packungsdichte und somit ein hoher Energieübertrag pro Flächeneinheit und gleichzeitig eine IR-Messung ermöglicht.
Unter einem dichtgepackten Muster kann insbesondere eine Anordnung der Induktorspulen verstanden werden, bei welchem benachbarte Induktorspulen unmittelbar oder mit einem nur geringen Abstand zueinander angeordnet sind. Insbesondere das dichtgepackte Muster kann ein regelmäßiges Muster sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass das dichtgepackte Muster einer hexagonal dichtesten Packung entspricht. Diese ermöglicht eine besonders hohe Packungsdichte. Eine Lücke ergibt sich dabei jeweils zwischen drei als Spitzen eines Dreiecks angeordneten Induktorspulen.
Jedoch sind grundsätzlich auch andere dichtgepackte Muster einsetzbar, z.B. ein rechteckiges Matrixmuster der Ordnung (m x n). Eine Lücke ergibt sich hierbei insbesondere jeweils zwischen vier als Ecken eines Quadrats angeordneten Induktorspulen.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass an mindestens einem Rand des Induktorspulen-Felds mindestens ein IR-Sensor zwischen zwei benachbarten Induktorspulen angeordnet ist. So lässt sich auch eine in Bezug auf die Zubereitungsplatte randseitige IR-Temperaturmessung durchführen.
Es ist insbesondere eine Weiterbildung, dass an einem Rand kein IR-Sensor zwischen zwei benachbarten Induktorspulen angeordnet ist und an einem anderen Rand zwischen allen zwei benachbarten Induktorspulen jeweils ein IR-Sensor angeordnet ist. So lässt sich, insbesondere abhängig von dem gewählten Anordnungsmuster, eine randseitige IR-Temperaturmessung auch mit einer geringeren als der maximal möglichen Anzahl an IR-Sensoren durchführen, was Kosten spart.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass in sämtlichen Lücken der Induktorspulen ein IR-Sensor angeordnet ist. Dadurch wird eine besonders dichte IR-Temperaturmessung ermöglicht.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass bei in einer hexagonalen dichtesten Packung angeordneten Induktionsspulen (3) nur in einigen Lücken (L) der hexagonal dichtesten Packung der Induktorspulen ein IR-Sensor angeordnet ist. Dadurch kann die Zahl der IR-Sensoren reduziert werden, was Kosten spart. Beispielsweise mag nur jede zweite Lücke in jeder Richtung ausgefüllt sein. Insbesondere mögen die IR-Sensoren aber auch in einer unregelmäßigen Anordnung vorliegen, was eine effektive Temperaturabfühlung bei einer besonders kleinen Zahl von IR-Sensoren ermöglicht.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der zumindest eine IR-Sensor (4) derart angeordnet ist, dass eine Kreisfläche auf dem Kochfeld mit einem Durchmesser von mindestens 20 cm mindestens einen IR-Sensor umfasst. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Boden eines in der Regel kleinsten Standard-Kochtopfs von mindestens einem IR-Sensor abfühlbar ist und so eine sichere Temperaturregelung auch für kleine Kochtöpfe ermöglicht wird.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass eine minimale Anzahl von IR-Sensoren vorhanden und angeordnet ist, so dass eine Kreisfläche auf dem Kochfeld mit einem Durchmesser von mindestens 20 cm mindestens zwei IR-Sensoren umfasst. Dies ermöglicht eine noch sicherere und zudem für zumindest einen Sensor außermittige IR-Temperaturbestimmung.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Induktionskochfeld dazu eingerichtet ist, zum Betreiben eines bestimmten Zubereitungsgeschirrs verwendete Induktorspulen zu erkennen, auf der Grundlage der erkannten Induktorspulen zu bestimmen, welche IR-Sensoren von dem bestimmten Zubereitungsgeschirr überdeckt sind und nur solche IR-Sensoren zur Temperaturbestimmung des bestimmten Zubereitungsgeschirrs heranzuziehen. So lässt sich eine besonders genaue IR-Temperaturmessung des bestimmten Zubereitungsgeschirrs erreichen. Das Erkennen der Induktorspulen kann mittels bekannter Verfahren durchgeführt werden, z.B. einer "Topferkennung".
Das Bestimmen, welche IR-Sensoren von dem bestimmten Zubereitungsgeschirr überdeckt sind, kann insbesondere umfassen, dass aus den erkannten Induktorspulen eine Form des Zubereitungsbehälters bestimmt oder abgeleitet wird und innerhalb dieser Form liegende IR-Sensoren zur IR-Temperaturmessung herangezogen werden.
Das Bestimmen, welche IR-Sensoren von dem bestimmten Zubereitungsgeschirr überdeckt sind, kann insbesondere umfassen, dass solche IR-Sensoren zur IR-Temperaturmessung herangezogen werden, welche sich in einer Lücke befinden, deren die Lücke bildende Induktorspulen sämtlich zum Betreiben des bestimmten Zubereitungsgeschirrs verwendbar sind.
Das Bestimmen, welche IR-Sensoren von dem bestimmten Zubereitungsgeschirr überdeckt sind, mag auch umfassen, dass solche IR-Sensoren zur IR-Temperaturmessung herangezogen werden, welche sich in einer Lücke befinden, deren die Lücke bildende Induktorspulen überwiegend zum Betreiben des bestimmten Zubereitungsgeschirrs verwendbar sind (z.B. zwei von drei Induktorspulen oder drei von vier Induktorspulen). IR-Sensoren, die in Bezug auf die Zubereitungsplatte bzw. die Anordnung der Induktorspulen randseitig angeordnet sind, mögen beispielsweise zur IR-Temperaturmessung herangezogen werden, wenn beide Induktorspulen, zwischen denen sich der IR-Sensor befindet, von dem bestimmten Zubereitungsgeschirr überdeckt sind,
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Induktionskochfeld dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage der erkannten Induktorspulen zu bestimmen, welche IR-Sensoren (d.h., welcher mindestens eine Sensor) von einem Randbereich des bestimmten Zubereitungsgeschirr überdeckt sind und nur solche IR-Sensoren zur Temperaturbestimmung des bestimmten Zubereitungsgeschirrs heranzuziehen. Dadurch wird eine Messverfälschung durch eine Bodenmitte des Zubereitungsbehälters vermieden. Diese Ausgestaltung mag insbesondere nur dann wirksam werden, wenn überhaupt mindestens ein IR-Sensor von einem Randbereich des bestimmten Zubereitungsgeschirrs überdeckt ist.
Falls mehrere Temperatursensoren, insbesondere (reale oder virtuelle, siehe unten) IR-Sensoren, für eine Temperaturbestimmung des bestimmten Zubereitungsgeschirrs herangezogen werden können, können deren Messwerte zum Bereitstellen eines einzigen Temperaturwerts gemittelt, insbesondere gewichtet gemittelt, werden.
Es ist darüber hinaus eine Ausgestaltung, dass unterhalb der Zubereitungsplatte mehrere Kontakttemperatursensoren an der Zubereitungsplatte seitlich versetzt (und also beabstandet) zu den IR-Sensoren angebracht sind. Durch die Kontakttemperatursensoren lässt sich ein Einfluss einer Erwärmung der Zubereitungsplatte auf die IR-Temperaturmessung berücksichtigen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Induktionskochfeld dazu eingerichtet ist, Signale mindestens eines von dem bestimmten Zubereitungsgeschirr überdeckten, benachbart angeordneten Paars aus einem IR-Sensor und einem Kontakttemperatursensor korreliert auszuwerten. Dabei wird ausgenutzt, dass überraschenderweise ein zuverlässiger Zusammenhang zwischen den Signalen des IR-Sensors und des Kontakttemperatursensors besteht und daraus ein Sensorsignal eines sich am Ort des Kontakttemperatursensors befindlichen "virtuellen" IR-Sensors mit ausreichender Genauigkeit ableitbar ist. Folglich kann eine Temperaturmessung des Bodens eines Zubereitungsgeschirrs an Orten der realen IR-Sensoren und der virtuellen IR-Sensoren durchgeführt werden. Da ein Kontakttemperatursensor typischerweise preiswerter ist als ein IR-Sensor, ist so eine dichte und dennoch preiswerte IR-basierte Temperaturbestimmung möglich. Es sind mehrfache Zuordnungen eines Sensors möglich.
Der Kontakttemperatursensor mag insbesondere als ein NTC-Sensor oder als ein PTC-Sensor ausgebildet sein.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Kontakttemperatursensoren mittig in Bezug auf die Induktorspulen angeordnet sind. Dabei wird keine große Öffnung in der Induktorspule benötigt, da der Kontakttemperatursensor beispielsweise oberhalb der Induktorspule angeordnet sein mag und nur ein oder zwei dünne zugehörige elektrische Leitungen verlegt zu werden brauchen oder ein typischerweise dünner Temperaturfühler durch ein nur kleines Loch durch die Induktorspule geführt zu werden braucht. Folglich wird eine Effektivität der Induktorspule nicht oder nicht wesentlich eingeschränkt. Durch diese Ausgestaltung kann also eine virtuelle IR-Temperaturmessung mittig an den Induktorspulen bereitgestellt werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass Kontakttemperatursensoren an sämtlichen Induktorspulen angeordnet sind, was ein besonders dichtes Messfeld ergibt.
Es ist eine Weiterbildung, dass für jeden an einer Induktorspule angeordneten Kontakttemperatursensor ein benachbart zu dieser Induktorspule angeordneter IR-Sensor vorhanden ist. So lässt sich grundsätzlich für sämtliche Kontakttemperatursensoren eine "virtuelle" IR-Temperaturmessung ableiten.
Allgemein kann eine IR-Temperaturmessung zur Regelung einer Temperatur des Zubereitungsgefäßes bzw. von darin befindlichen Zutaten verwendet werden. Auch kann eine IR-Temperaturmessung zur Erkennung von Gefahrensituationen verwendet werden, z.B. zum feststellen einer Überhitzung des Zubereitungsgefäßes.
Ein Zubereitungsgefäß mag insbesondere ein Kochgeschirr wie ein Kochtopf, eine Pfanne, ein Bräter usw. sein, aber auch jeder andere induktiv heizbare Aufsatz.
In der folgenden Figur wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Die Fig. zeigt eine Draufsicht auf eine Zubereitungsplatte 2 eines Induktionskochfelds 1 mit mehreren unterhalb der Zubereitungsplatte 2 befindlichen Induktorspulen 3. Die Induktorspulen 3 bilden eine hexagonal dichtestgepackte Anordnung, wobei benachbarte Induktorspulen 3 zumindest annähernd direkt aneinander angrenzen (d.h. ohne einen wesentlichen Abstand). Dadurch kann ein Zubereitungsbehälter Z, dessen seitliche Außenkontur K seines Bodens gestrichelt angedeutet ist, frei auf der Zubereitungsplatte 2 positioniert und betrieben werden. Dazu sind die Induktorspulen 3 vergleichsweise klein ausgebildet, hier mit einem Durchmesser von ca. 8 bis 8,5 cm. Der gezeigte Zubereitungsbehälter Z weist einen Durchmesser von 20 cm auf, was einer kleinsten Standardgröße entspricht.
Das Induktionskochfeld 1 weist ferner mehrere unterhalb der Zubereitungsplatte 2 befindliche IR-Sensoren 4 auf, welche oder deren Messflecke sich seitlich neben den Induktorspulen 3 befinden.
Ferner sind mehrere an einer Unterseite der Zubereitungsplatte 2 befestigte Kontakttemperatursensoren 5 in Form von NTC-Elementen in einem in Bezug auf die Induktorspulen 3 mittigen Bereich und damit seitlich versetzt zu den IR-Sensoren 4 vorhanden. Einige IR-Sensoren 4, 4a befinden sich dabei in einer jeweiligen Lücke L der Induktorspulen 3 und sind bei der gezeigten hexagonal dichtesten Packung von drei Induktorspulen 3 umgeben. Andere IR-Sensoren 4, 4b befinden sich in Bezug auf die Anordnung der Induktorspulen 3 an einem Rand, und zwar dort zwischen zwei benachbarten Induktorspulen 3.
Das Induktionskochfeld 1 ist in zwei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gezeigt, nämlich in einem ersten, unten gezeigten Ausführungsbeispiel A und einem zweiten, oben gezeigten Ausführungsbeispiel B, welche durch eine Linie G voneinander getrennt sind. In dem Ausführungsbeispiel A ist in sämtlichen Lücken der hexagonal dichtesten Packung der Induktorspulen 3 ein IR-Sensor 4 angeordnet, was ein besonders dichtes IR-Messfeld ergibt. In dem Ausführungsbeispiel B ist nur in einigen der Lücken der hexagonal dichtesten Packung der Induktorspulen 3 ein IR-Sensor 4 angeordnet, was IR-Sensoren 4 einspart und folglich ein besonders preiswertes Induktionskochfeld 1 ermöglicht.
Bei einem Aufsatz des Zubereitungsbehälters Z auf dem Induktionskochfeld 1 (hier beispielhaft gemäß Ausführungsbeispiel B), werden diejenigen Induktorspulen 3 erkannt, welche zum Induzieren eines Stroms in dem Boden des Zubereitungsbehälters Z zu dessen Betreiben geeignet sind und dazu entsprechend aktiviert werden können. Beispielsweise kann dies jede Induktorspule 3 sein, welche über ihren Mittelpunkt hinaus bedeckt ist. Dies sind in der gezeigten Position des Zubereitungsbehälters Z sämtliche sieben davon zumindest teilweise bedeckten Induktorspulen 3, 3z. Eine solche Erkennung der Induktorspulen 3z ist bereits bekannt und braucht deshalb hier nicht weiter ausgeführt zu werden.
Auf der Grundlage dieser sieben erkannten Induktorspulen 3z kann nun bestimmt werden, welche IR-Sensoren 4 von dem bestimmten Zubereitungsgeschirr überdeckt sind, nämlich zumindest alle, hier: zwei, IR-Sensoren 4, 4z, die sich in einer durch die Induktorspulen 3z gebildeten Lücke befinden. Nur diese (zwei) IR-Sensoren 4z aus der Menge aller IR-Sensoren 4 werden zur Temperaturbestimmung des bestimmten Zubereitungsgeschirrs Z herangezogen.
Während in dem Induktionskochfeld 1 gemäß Ausführungsbeispiel A auf jeder Position des Zubereitungsgeschirrs Z davon mindestens acht Sensoren 4 überdeckt sind, was eine hochgradig genaue, ggf. sogar ortsaufgelöste Temperaturmessung ermöglicht, sind auch bei dem Induktionskochfeld 1 gemäß Ausführungsbeispiel B mindestens jeweils zwei IR-Sensoren 4 überdeckt. Dadurch kann eine die Genauigkeit erhöhende Messredundanz erreicht werden, oder es kann ein IR-Sensor 4 ignoriert werden, wenn festgestellt wird, dass dieser sich an einem mittigen Bereich des bestimmten Zubereitungsgeschirrs Z befindet. Da der Boden des Zubereitungsbehälters Z den Mindestdurchmesser von 20 cm aufweist, gilt dies umso mehr für noch größere Zubereitungsbehälter.
Insbesondere kann die Zahl und Anordnung der IR-Sensoren 4 bei dem Induktionskochfeld 1 gemäß Ausführungsbeispiel B so gestaltet sein, dass sich eine minimale Anzahl an IR-Sensoren 4 ergibt, von denen immer zumindest zwei IR-Sensoren 4 von einem Zubereitungsbehälter Z mit einem minimalen Standarddurchmesser seines Bodens, z.B. von 20 cm, überdeckt sind. Alternativ mag die Zahl und Anordnung der IR-Sensoren 4 auch auf eine gleichzeitige Überdeckung nur eines IR-Sensors 4 oder von drei oder mehr IR-Sensoren 4 hin ausgestaltet sein.
Darüber hinaus kann insbesondere für benachbarte Paare eines IR-Sensors 4 und eines Kontakttemperatursensors 5 ein Zusammenhang zwischen den Signalen des IR-Sensors 4 und des Kontakttemperatursensors 5 hergestellt werden und daraus ein Sensorsignal eines sich am Ort des Kontakttemperatursensors 5 befindlichen "virtuellen" IR-Sensors mit ausreichender Genauigkeit abgeleitet werden. Folglich kann eine Temperaturmessung auf Basis einer IR-Detektion an dem Boden des gezeigten Zubereitungsgeschirrs Z an neun Orten (an zwei realen Orten der IR-Sensoren 4z und sieben "virtuellen" Orten der Kontakttemperatursensoren 5 der Induktorspulen 3z) ausgewertet werden.
Allgemein mag ein (realer oder virtueller) IR-Sensor zur Temperaturmessung ignoriert werden, falls er sich in der Mitte oder in einem definierten Bereich um die Mitte des Bodens des Zubereitungsgeschirrs Z befindet, hier z.B. der mittige virtuelle IR-Sensor.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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