Induktionskochen

Innenansicht eines Induktionsherds: Die große Kupferspule bildet das Magnetfeld, darunter ist ein Lüfter sichtbar und Stromversorgung und Netzfilter umgeben die Spule. In der Mitte der Spule befindet sich ein Temperatursensor, bedeckt mit weißem Wärmeleitpaste

Seitenansicht eines Induktionsherds

Ein Induktionsherd überträgt elektrische Energie durch Induktion von einer Drahtspule in ein Metallgefäß, das ferromagnetisch sein muss. Die Spule ist unter der Kochfläche montiert und ein hochfrequenter (z. B. 24 kHz) Wechselstrom wird durch sie geleitet. Der Strom in der Spule erzeugt ein dynamisches Magnetfeld. Wenn ein elektrisch leitfähiger Topf nahe an die Kochfläche gebracht wird und die Pfanne dicker als die Hauttiefe ist, induziert das Magnetfeld große Wirbelströme im Topf. Die Wirbelströme fließen durch den elektrischen Widerstand des Topfes, um durch Joule-Heizung Wärme zu erzeugen; Der Topf erwärmt dann wiederum seinen Inhalt durch Wärmeleitung.

Das Kochgefäß muss typischerweise aus einem geeigneten Edelstahl oder Eisen bestehen. Die erhöhte magnetische Durchlässigkeit des Materials verringert die Hauttiefe und konzentriert den Strom nahe der Oberfläche des Metalls, und so wird der elektrische Widerstand weiter erhöht. Ein Teil der Energie wird verschwenderisch durch den Strom, der durch den Widerstand der Spule fließt, abgeführt. Um den Skin-Effekt und die daraus resultierende Wärmeentwicklung in der Spule zu reduzieren, besteht sie aus Litzendraht, einem Bündel vieler kleinerer isolierter Drähte parallel. Die Spule hat viele Windungen, während der Boden des Topfes effektiv eine einzelne kurzgeschlossene Windung bildet. Dies bildet einen Transformator, der die Spannung senkt und den Strom erhöht. Der Widerstand des Topfes erscheint von der Primärspule aus gesehen größer. Der größte Teil der Energie wird wiederum in Wärme im hochfesten Stahl umgewandelt, während die Antriebsspule kühl bleibt.

Oft ist ein Thermostat vorhanden, um die Temperatur der Pfanne zu messen. Dies verhindert, dass die Pfanne stark überhitzt, wenn sie versehentlich leer erhitzt oder trocken gekocht wird, kann aber auch dazu führen, dass der Induktionsherd eine Zieltemperatur beibehält.

ApplicationsEdit

Induktionsgeräte können eine eingebaute Oberfläche, Teil eines Bereichs oder eine eigenständige Oberflächeneinheit sein. Built-in und rangetop Einheiten haben in der Regel mehrere Elemente, das Äquivalent von separaten Brennern auf einem gasbetriebenen Bereich. Stand-alone-Induktionsmodule sind in der Regel Einzelelement, oder manchmal haben Dual-Elemente. Alle diese Elemente haben ein grundlegendes Design: einen Elektromagneten, der unter einer hitzebeständigen Glaskeramikplatte versiegelt ist, die leicht zu reinigen ist. Der Topf wird auf die keramische Glasoberfläche gestellt und beginnt sich zusammen mit seinem Inhalt zu erwärmen.

In Japan werden einige Modelle von Reiskochern mit Induktion betrieben. In Hongkong listen Energieunternehmen eine Reihe von Modellen auf. Asiatische Hersteller haben die Führung bei der Herstellung kostengünstiger Einzelinduktionszonenoberflächen übernommen; Effiziente, abwärmerarme Geräte sind in dicht besiedelten Städten mit wenig Wohnraum pro Familie von Vorteil, wie es viele asiatische Städte sind. Induktionsherde werden in anderen Teilen der Welt seltener verwendet.

Induktionsbereiche können in gewerblichen Restaurantküchen eingesetzt werden. Elektrisches Kochen vermeidet die Kosten für Erdgasleitungen und ermöglicht in einigen Ländern die Installation einfacherer Lüftungs- und Feuerlöschgeräte. Nachteile für die kommerzielle Nutzung sind mögliche Brüche des Glaskochfeldes, höhere Anschaffungskosten und die Anforderung an magnetisches Kochgeschirr.

ControlsEdit

Die ferromagnetischen Eigenschaften eines Stahlgefäßes konzentrieren den induzierten Strom in einer dünnen Schicht nahe seiner Oberfläche, was zu einer starken Erwärmung führt. In paramagnetischen Materialien wie Aluminium dringt das Magnetfeld tiefer ein und der induzierte Strom stößt im Metall auf einen geringen Widerstand. Nach dem Lenzschen Gesetz kann die Effizienz der Induktion im Topf erfasst werden, so dass die Induktion entsprechend mit speziellen elektronischen Geräten erreicht werden kann. Es ist mindestens ein Hochfrequenz- „Ganzmetall“ -Herd verfügbar, der mit geringerem Wirkungsgrad auf nicht ferromagnetischem Metallkochgeschirr arbeitet.

Die Kochfläche besteht aus einem Glaskeramikmaterial, das einen schlechten Wärmeleiter aufweist, so dass nur wenig Wärme durch den Topfboden verloren geht. Im Normalbetrieb bleibt die Kochfläche deutlich kühler als bei anderen Herdkochmethoden, muss aber noch abkühlen, bevor sie sicher berührt werden kann.

Einheiten können eine, zwei, drei, vier oder fünf Induktionszonen haben, aber vier (normalerweise in einer 30-Zoll-breiten Einheit) ist die häufigste in den USA und Europa. Zwei Spulen sind am häufigsten in Hong Kong und drei sind am häufigsten in Japan. Einige verfügen über berührungsempfindliche Bedienelemente. Einige Induktionsherde verfügen über eine Speichereinstellung, eine pro Element, um die Zeit zu steuern, in der Wärme angewendet wird. Mindestens ein Hersteller stellt eine „zonenlose“ Induktionskochfläche mit mehreren Induktionsspulen her. Auf diese Weise können bis zu fünf Utensilien gleichzeitig überall auf der Kochfläche verwendet werden, nicht nur in vordefinierten Zonen.

Kleine tragbare Stand-Alone-Induktionsherde sind relativ preiswert und kosten in einigen Märkten etwa 20 US-Dollar.

Kochwarebearbeiten

Kochgeschirr kann ein Symbol tragen, das es als kompatibel mit einem Induktionskochfeld kennzeichnet

Kochgeschirr muss mit Induktionserwärmung kompatibel sein, bei den meisten Modellen kann nur Eisenmetall erhitzt werden. Kochgeschirr sollte einen flachen Boden haben, da das Magnetfeld mit der Entfernung von der Oberfläche schnell abfällt. (Spezielle und teure wokförmige Oberteile sind für die Verwendung mit Rundboden-Woks erhältlich.) Induktionsscheiben sind Metallplatten, die durch Induktion erhitzt werden und Nichteisentöpfe durch thermischen Kontakt erhitzen, aber diese sind viel weniger effizient als Eisenkochgefäße.

Induktionsfähiges Kochgeschirr für eine Induktionskochfläche kann fast immer auf anderen Herden verwendet werden. Einige Kochgeschirr oder Verpackungen sind mit Symbolen gekennzeichnet, um die Kompatibilität mit Induktion, Gas oder elektrischer Wärme anzuzeigen. Induktionskochflächen eignen sich gut für Pfannen mit einem hohen Eisenmetallgehalt an der Basis. Gusseisenpfannen und alle schwarzen Metall- oder Eisenpfannen funktionieren auf einer Induktionskochfläche. Edelstahlpfannen funktionieren auf einer Induktionskochfläche, wenn der Boden der Pfanne aus magnetischem Edelstahl besteht. Wenn ein Magnet gut an der Pfannensohle haftet, funktioniert er auf einer Induktionskochfläche. Ein „Ganzmetall“ -Herd funktioniert mit Nichteisenkochgeschirr, die verfügbaren Modelle sind jedoch begrenzt.

Aluminium oder Kupfer allein funktioniert auf anderen Induktionskochfeldern aufgrund der magnetischen und elektrischen Eigenschaften der Materialien nicht. Kochgeschirr aus Aluminium und Kupfer ist leitfähiger als Stahl, aber die Hauttiefe in diesen Materialien ist größer, da sie nicht magnetisch sind. Der Strom fließt in einer dickeren Schicht im Metall, stößt auf weniger Widerstand und erzeugt so weniger Wärme. Gewöhnliche Induktionsherde arbeiten mit solchen Töpfen nicht effizient. Aluminium und Kupfer sind jedoch in Kochgeschirr wünschenswert, da sie Wärme besser leiten. Aus diesem Grund haben ‚dreilagige‘ Pfannen oft eine induktionsfähige Haut aus Edelstahl, die eine Schicht aus wärmeleitfähigem Aluminium enthält.

Zum Braten wird eine Pfanne mit einem gut wärmeleitenden Boden benötigt, um die Hitze schnell und gleichmäßig zu verteilen. Die Sohle der Pfanne besteht entweder aus einer in das Aluminium gepressten Stahlplatte oder aus einer Schicht Edelstahl über dem Aluminium. Die hohe wärmeleitfähigkeit von aluminium pfannen macht die temperatur mehr uniform über die pan. Rostfreie Bratpfannen mit einer Aluminiumbasis haben nicht die gleiche Temperatur an ihren Seiten wie eine aluminiumseitige Pfanne. Gusseisenpfannen eignen sich gut für Induktionskochflächen, aber das Material ist nicht so gut wärmeleitend wie Aluminium.

Beim Kochen von Wasser verteilt das zirkulierende Wasser die Wärme und verhindert Hot Spots. Bei Produkten wie Saucen ist es wichtig, dass mindestens der Boden der Pfanne ein gut wärmeleitendes Material enthält, um die Wärme gleichmäßig zu verteilen. Für empfindliche Produkte wie dicke Saucen ist eine Pfanne mit durchgehendem Aluminium besser, da die Wärme an den Seiten durch das Aluminium nach oben fließt und der Koch die Sauce schnell, aber gleichmäßig erhitzen kann.

Haushaltsfolie ist viel dünner als die Hauttiefe in Aluminium bei den Frequenzen, die von einem Induktionsherd verwendet werden. Hier ist die Folie dort geschmolzen, wo sie der Luft ausgesetzt war, nachdem sich darunter Dampf gebildet hatte. Hersteller von Kochflächen verbieten die Verwendung von Aluminiumfolie in Kontakt mit einer Induktionskochfläche

Die Wärme, die in einem Topf erzeugt werden kann, ist eine Funktion des Oberflächenwiderstands. Ein höherer Oberflächenwiderstand erzeugt mehr Wärme für ähnliche Ströme. Dies ist eine „Leistungszahl“, anhand derer die Eignung eines Materials für die Induktionserwärmung eingestuft werden kann. Der Oberflächenwiderstand in einem dicken Metallleiter ist proportional zum spezifischen Widerstand geteilt durch die Hauttiefe. Wenn die Dicke geringer als die Hauttiefe ist, kann die tatsächliche Dicke zur Berechnung des Oberflächenwiderstands verwendet werden. Einige gängige Materialien sind in dieser Tabelle aufgeführt.

Um den gleichen Oberflächenwiderstand wie bei Kohlenstoffstahl zu erhalten, müsste das Metall dünner sein, als es für ein Kochgefäß praktisch ist; Bei 24 kHz müsste ein Kupfergefäßboden 1/56 der Hauttiefe von Kohlenstoffstahl betragen. Da die Hauttiefe umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Frequenz ist, deutet dies darauf hin, dass viel höhere Frequenzen erforderlich wären, um eine äquivalente Erwärmung in einem Kupfertopf wie in einem Eisentopf bei 24 kHz zu erhalten. Solche hohen Frequenzen sind mit preiswerten Leistungshalbleitern nicht realisierbar; 1973 waren die verwendeten siliziumgesteuerten Gleichrichter auf nicht mehr als 40 kHz begrenzt. Selbst eine dünne Kupferschicht auf dem Boden eines Stahlkochgefäßes schirmt den Stahl vor dem Magnetfeld ab und macht ihn für ein Induktionskochfeld unbrauchbar. Einige zusätzliche Wärme wird durch Hystereseverluste im Topf aufgrund seiner ferromagnetischen Natur erzeugt, aber dies erzeugt weniger als zehn Prozent der gesamten erzeugten Wärme.

„Ganzmetall“ -Modellebearbeiten

Neue Arten von Leistungshalbleitern und verlustarme Spulendesigns haben einen Ganzmetallkocher ermöglicht.

Die Panasonic Corporation entwickelte 2009 einen Induktionsherd für Verbraucher, der ein höherfrequentes Magnetfeld und ein anderes Oszillatorschaltungsdesign verwendet, um die Verwendung mit Nichteisenmetallen zu ermöglichen. Im Jahr 2017 brachte Panasonic eine Einbrenner-Arbeitsplatte mit dem Handelsnamen „Met-All“ für Großküchen auf den Markt.