DE10042775A1 - Topferkennung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Erkennung der Anwesenheit und/oder der Größe eines Kochgefäßes auf einer elektrisch beheizbaren Kochplatte mit einem unter der Kochplatte befindlichen, an eine elektrische Heizspannungsversorgung angeschlossenen Widerstandsheizelement (2) vorgeschlagen, bei welcher das Widerstandsheizelement (2) selbst als induktiver Sensor zur Topferkennung verwendet wird. Dabei ist die Induktivität des eine Schleife (2) bildenden Widerstandsheizelementes (2) Teil eines elektrischen Schwingkreises, dessen Resonanzfrequenz von einer mit dem Schwingkreis gekoppelten oder an den Schwingkreis angeschlossenen Auswerteeinheit (10) erfaßbar ist. Durch das Erkennen einer Verstimmung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises ist die Anwesenheit und/oder die Größe eines Kochgefäßes auf der Kochplatte ermittelbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung der Anwesenheit und/oder der Größe eines Kochgefäßes auf einer elektrisch beheizten Kochplatte nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Topferkennungs-Vorrichtungen sind weithin bekannt. So wird in der EP 0 788 293 A1 ein elektrischer Strahlungsheizkörper mit einer Topferkennung be­ schrieben, bei welcher ein induktiver Sensor in Form einer Schleife aus dickem Draht verwendet wird, die in dem Luftraum zwischen Heizleiter und Kochplatte angebracht ist und als induktives Element eines Schwingkreises dient, dessen Re­ sonanzfrequenz sich bei Aufstellen eines Topfes auf die Kochplatte durch Änderung der Induktivität der Drahtschleife verschiebt.

In der DE 196 46 826 A1 ist eine Topferkennung offenbart, bei welcher kapaziti­ ve Sensoren verwendet werden, die durch mehrere Elektroden gebildet sind, sich ebenfalls zwischen Heizleiter und Kochplatte befinden und mit denen ein elektri­ scher Schwingkreis betrieben wird. Bei Aufsetzen eines Topfes auf die Kochplatte ändert sich die Kapazität dieser Sensoren und somit auch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises.

In der DE 39 34 157 A1 ist eine Kochmulde beschrieben, bei der zur Erkennung der Stellfläche unterschiedlich großer Kochgefäße in der Kochmulde mehrere Fühler angebracht sind. Als Fühler sind kapazitive, den Wärmefluß messende, die von Heizung und Kochplatte ausgehende Strahlung messende oder Ultraschall- Sensoren vorgesehen.

Bei der in der EP 0 553 425 B1 offenbarten Topferkennung wird als Sensor ein elektrischer Leiter verwendet, welcher eine offene Schleife bildet und zwischen Heizelement und Kochplatte angebracht ist. Bei Aufsetzen eines Topfes auf die Kochplatte ändert sich die Leitfähigkeit dieses Sensors.

In dem beschriebenen Stand der Technik sind für die Topferkennung stets spezi­ elle Sensoren notwendig, welche in der Kochmulde bzw. zwischen Heizleiter und Kochplatte angeordnet sind. Diese Sensoren müssen so ausgebildet sein, daß sie die hohen Temperaturen der Kochzone vertragen. Darüber hinaus müssen Maß­ nahmen getroffen werden, daß diese Sensoren das elektrische Isolationssystem Beheizung-Kochtopf nicht stören. Zudem eignet sich eine Topferkennung mit solchen Sensoren nicht zur Verwendung bei Kochplatten, an deren Unterseite die elektrische Widerstandsbeheizung (über eine Isolierschicht) direkt anliegt, ohne daß ein Luftzwischenraum entsteht, in dem diese Sensoren untergebracht werden könnten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Topferkennung zu verwirklichen, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Topferkennung mit den Merk­ malen des Patentanspruches 1 gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Verwendung des Widerstandsheizelementes selbst als induktiver Sen­ sor für die Topferkennung ist ein zusätzlicher Sensor, der in dem System Koch­ platte-Widerstandsbeheizung untergebracht werden müßte, nicht notwendig. So­ mit ist eine Beeinträchtigung des elektrischen Isolationssystems Beheizung- Kochtopf von vornherein ausgeschlossen. Darüber hinaus ist auch ein Luftspalt zwischen Heizelement und Kochplatte nicht notwendig, und das Heizelement kann in direkten Kontakt mit der Kochplatte gebracht werden. Außerdem entfällt der Aufwand für die Befestigung und Verdrahtung eines zusätzlichen Topferken­ nungssensors.

Vorzugsweise ist der Schwingkreis durch das Widerstandsheizelement und einen zwischen dessen Anschlüsse geschalteten Kondensator gebildet. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, daß das Widerstandsheizelement über mindestens ein elektrisches Schaltmittel, vorzugsweise eine Drossel, an die Heizspannungsver­ sorgung angeschlossen ist.

Bei Mehrkreiskochplatten sind in Weiterbildung der Erfindung mehrere Schwing­ kreise verwendbar, wobei jeweils das den entsprechenden Heizkreis bildende Hei­ zelement als induktiver Sensor für die Topferkennung verwendet wird.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die Kochplatte aus Keramik oder aus Glaskeramik besteht, daß das Widerstandsheizelement ein Strahlungsheizkörper, ein Folienhei­ zelement oder eine auf einem Träger aufgebrachte Heizschicht bzw. Heizbahn ist und daß das Widerstandsheizelement durch Leitungswicklungen oder ein Flach­ band gebildet ist.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist aufgrund des Wertes oder auf­ grund der Änderung des Wertes der Resonanzfrequenz des Schwingkreises die Größe eines auf der Kochplatte stehenden Kochgefässes bzw. das Ausmaß der Bedeckung der Kochplatte durch ein Kochgefäß von der Auswerteeinheit erkenn­ bar.

Hier sei angemerkt, daß die Erfindung eine Vorrichtung zur Topferkennung be­ trifft, mit welcher nicht nur feststellbar ist, ob ein Kochgefäß auf der Kochplatte steht oder nicht, sondern auch, wieviel der Oberfläche der Kochplatte von einem Kochgefäß bedeckt ist, ob ein großes oder ein kleines Kochgefäß auf der Koch­ platte steht und ob es mittig oder seitlich verschoben darauf steht.

Anhand der Zeichnungen wird im folgenden eine Ausführungsform der Erfindung näher erläutert, ohne daß die Erfindung auf eine solche Ausführungsform be­ schränkt sein soll.

Es zeigen:

Fig. 1 die Aufsicht auf einen Strahlungsheizkörper, eingefügt in ein Prin­ zipschaltbild,

Fig. 2 das prinzipielle Verhalten des meanderförmigen Heizleiters aus Fig. 1 unter Hochfrequenz und

Fig. 3 das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Topferkennung.

Ein Strahlungsheizkörper 1 weist als Widerstandsheizelement 2 eine Metallfolie auf, welche in Form von meanderförmig angeordneten Heizleitern 3 gebildet ist. Anschlüsse 4 und 5 des Heizelementes 2 sind aus dem Strahlungsheizkörper 1 herausgeführt. Der Anschluß 5 ist mit einem Eingang 6 eines Temperaturbegren­ zers 7 verbunden, welcher in nach dem Stand der Technik üblicher Weise durch einen oberhalb des Heizlelementes 2 liegenden Ausdehnungsstab 8 geschaltet wird. Ein zweiter Eingang 9 des Temperaturbegrenzers 7 ist über eine Drossel DR1 an einen Anschluß der Netzspannung angeschlossen. Der Anschluß 4 des Heizelementes 2 ist über eine Drossel DR2 an den anderen Anschluß der Netz­ spannung angeschlossen. Der Anschluß 4 des Heizelementes 2 und der Eingang 6 des Temperaturbegrenzers 7 sind über einen Kondensator C miteinander verbun­ den.

Fig. 2 zeigt, wie sich das Widerstandsheizelement 2 bei Hochfrequenz verhält. Durch die Meanderform der Heizleiter 3 hebt sich ein Teil der Induktivität des Heizelementes 2 auf (wie bei einer bifilaren Wicklung), und es bleibt die Indukti­ vität einer größeren Schleife 2' übrig. Somit wird durch das Widerstandsheizele­ ment 2 und den zu diesem parallel geschalteten Kondensator C ein Hochfrequenz- Schwingkreis gebildet.

Die Kapazität des Kondensators C ist so ausgewählt, daß seine Impedanz bei der Netzspannungsfrequenz von 50 bzw. 60 Hz sehr groß ist. Damit stellt er keine Belastung für die Netzspannung dar. Die Induktivität der durch das Wider­ standsheizelement 2 gebildeten Spule und die Kapazität des Kondensators C sind weiterhin so gewählt sind, daß die Resonanzfrequenz des entstandenen Schwing­ kreises im Hochfrequenz- (z. B. im MHz-)Bereich liegt. Die niederfrequente Versorgungsspannung wird von der Hochfrequenz des Schwingkreises durch die in die Netzzuleitungen eingeschalteten Drosseln DR1 und DR2 getrennt. Diese Drosseln DR1 und DR2 sind als Hochfrequenzdrosseln aufgeführt. Sie haben eine vernachlässigbar kleine Impedanz bei der Netzfrequenz, jedoch eine hohe Impe­ danz bei Hochfrequenz-Schwingungen. Auf diese Weise ist der Schwingkreis wirksam vom Heizstromkreis getrennt.

Der beschriebene Schwingkreis hat eine Leerlauf-Resonanzfrequenz, so lange kein Topf auf der Kochplatte steht. Sobald ein Topf auf die Kochplatte gestellt wird, verändert sich die Induktivität des Heizelementes 2. Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises verschiebt sich. Diese Verschiebung der Resonanzfrequenz ist ein Maß für die Bedeckung des Kochfeldes über dem Heizelement mit einem Topf.

Über dem Kondensator C wird die Spannung in dem Schwingkreis abgenommen und einer Auswerteelektronik 10 zugeführt. Die Auswertung der so übermittelten Signale in der Auswerteeinheit erfolgt nach allgemeinem Stand der Technik. Da­ bei kann jeweils die Frequenz des Schwingkreises bestimmt werden, indem z. B. die Schwingungen in einem bestimmten Zeitinterval gezählt werden. Es sind aber auch Differenzmethoden denkbar, bei denen direkt erkannt wird, wenn der Schwingkreis durch Aufstellen, Verschieben oder Wegnehmen eines Kochgefäßes verstimmt wird. Mit Hilfe der Größe der Frequenzänderung des Schwingkreises kann in der Auswerteeinheit erkannt werden, wie groß das aufgestellte Kochgefäß ist bzw. wie weit ein Kochgefäß auf die Kochplatte aufgeschoben oder von der Kochplatte weggezogen ist.

Die Auswerteelektronik kann die Resonanzfrequenz des Schwingkreises auch dadurch erfassen, daß die Spannung im Schwingkreis am Anschluß 4 oder auch am Anschluß 5 bzw. am Eingang 6 abgegriffen und gegen Erde gemessen wird. Des weiteren kann die Auswerteeinheit auch auf andere, nach dem. Stand der Technik bekannte Weise mit dem Schwingkreis gekoppelt sein (z. B. durch induk­ tive Kopplung). Arbeitet die Auswerteschaltung netzbezogen, genügt zur Tren­ nung der Netzspannung von der Spannung des Schwingkreises eine der beiden Drosseln DR1 und DR2.

Bei Mehrkreis-Heizelementen kann der jeweilige Heizkreis als eigener Sensor verwendet und so die Größe des aufgestellten Topfes ermittelt werden. Es können aber auch mehrere, voneinander über Trennkondensatoren abgetrennte Heizele­ mente zu einem induktiven Sensor zusammengeschaltet werden. In diesem Fall wird die Größe des aufgestellten Topfes durch das Maß der Änderung der Reso­ nanzfrequenz des Schwingkreises ermittelt.

Nach der Erkennung der Verhältnisse auf der Kochplatte sendet die Auswerteein­ heit entsprechende Signale an eine Steuereinheit für die Kochplatte, welche dar­ aufhin z. B. die Heizung abschaltet, wenn kein Kochgefäß auf der Kochplatte steht, bei Anwesenheit eines kleinen Topfes nur den inneren Heizkreis einschaltet, bei Anwesenheit eines großen Topfes beide Heizkreise einschaltet oder die Hei­ zung auch dann abstellt, wenn das Kochgefäß zu weit von der zentrischen Position auf der Kochplatte weggeschoben ist. Bei Bedarf kann die Steuereinheit auch so eingestellt werden, daß sie die Signale der Auswerteeinheit der Topferkennung ignoriert und die Heizung allein nach vorgegebenen Einstellwerten regelt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Erkennung der Anwesenheit und/oder Größe eines Kochge­ fäßes auf einer elektrisch beheizbaren Kochplatte mit einem unter der Koch­ platte befindlichen, an eine elektrische Heizspannungsversorgung angeschlos­ senen Widerstandsheizelement (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsheizelement (2) so ausgeführt ist, daß es mindestens eine elektrisch leitende, nicht geschlossene Schleife (2) bildet, und daß es so als induktiver Sensor zur Topferkennung verwendbar ist, wobei die Induktivität des eine Schleife (2) bildenden Widerstandsheizelementes (2) Teil eines elektrischen Schwingkreises ist, dessen Resonanzfrequenz von einer mit dem Schwingkreis gekoppelten oder an den Schwingkreis angeschlossenen Aus­ werteeinheit (10) erfaßbar ist, wodurch die Anwesenheit und/oder die Größe eines Kochgefäßes auf der Kochplatte durch Erkennung einer Verstimmung des Schwingkreises ermittelbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis durch das Widerstandsheizelement (2) und einen zwi­ schen dessen Anschlüsse geschalteten Kondensator (C) gebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsheizelement (2) über mindestens ein elektrisches Schalt­ mittel, vorzugsweise eine Drossel (DR1 bzw. DR2), an die Heizspannungs­ versorgung angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Mehrkreiskochplatten mehrere Schwingkreise verwendbar sind, wo­ bei jeweils das den entsprechenden Heizkreis bildende Widerstandsheizele­ ment (2) den induktiven Sensor für die Topferkennung bildet.

5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kochplatte aus Keramik oder aus Glaskeramik besteht.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsheizelement ein Strahlungsheizkörper, ein Folienheize­ lement oder eine auf einem Träger aufgebrachte Heizschicht bzw. Heizbahn ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsheizelement (2) durch Leitungswicklungen oder ein Flachband gebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund des Wertes oder aufgrund der Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises die Größe eines auf der Kochplatte stehenden Kochgefä­ ßes bzw. das Ausmaß der Bedeckung der Kochplatte durch ein Kochgefäß von der Auswerteeinheit (10) erkennbar ist.