-
Technisches
Gebiet
-
Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Elektrohaushaltsgeräte. Sie
betrifft insbesondere Elektrohaushaltsgeräte, die ein abnehmbares, bewegliches Element
in einem Sockel aufweisen, und bei denen Informationen vom beweglichen
Teil zum Sockel übertragen
werden müssen.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Ausgestaltung der elektronischen Mittel,
welche die Übertragung
dieser Information vom beweglichen Element zum Sockel mit einem
hohen Zuverlässigkeitsgrad
und zu einem geringen Selbstkostenpreis gewährleisten.
-
Obwohl
die Erfindung im Folgenden in ihrer besonderen Anwendung in schnurlosen
Kochern beschrieben ist, ist sie auf keinen Fall auf diese einfache
Anwendung beschränkt.
Im Gegenteil, sie kann in zahlreichen, unterschiedlichen Gerätetypen
angewendet werden.
-
Stand der
Technik
-
Es
sind bereits die sogenannten „schnurlosen" Kocher bekannt,
die aus einem Sockel bestehen, der durch eine Netzschnur mit dem
Netz verbunden ist, und aus einem Kessel, der in bezug zum Sockel
abnehmbar ist. Der Kessel enthält
ein Heizelement, typischerweise ein elektrischer Widerstand, der
die Erwärmung
des in dem Kessel enthaltenen Wassers ermöglicht, wenn er versorgt wird.
-
Die
Versorgung des Heizwiderstands erfolgt über einen Stecker, der sich
am Kontaktbereich zwischen Kessel und Sockel befindet. Dieser Stecker weist
typischerweise drei Pole auf, und zwar eine Phase, einen Nullleiter
und eine Erde.
-
Es
wurden bereits Lösungen
vorgeschlagen, um eine gewisse Anzahl von zusätzlichen Funktionen bei der
Führung
der Versorgung des Kochers zu gewährleisten. Somit können Regulierungs- und/oder
Schutzfunktionen gewährleistet
werden.
-
Diese
Funktionen werden allgemeinen durch die Verwendung von elektromechanischen
Bauteilen erhalten, was den Umfang der erreichbaren Funktionalität einschränkt.
-
Es
wurde ferner bereits vorgeschlagen, ein elektronisches Steuerungsgerät in das
Innere des abnehmbaren Kessels einzubauen, wodurch der Bereich der
realisierbaren Funktionen erweitert werden kann. Derartige Lösungen weisen
jedoch zahlreiche Nachteile auf.
-
So
erfordert die Tatsache, dass das elektronische Gerät im Inneren
des abnehmbaren Kessels liegt eine perfekte Dichtigkeit, um zu verhindern,
dass die Elektronik durch das Eindringen von Wasser, insbesondere
während
der Reinigungsvorgänge,
beschädigt
wird. Das Vorhandensein eines Heizelementes in der Nähe des elektronischen
Moduls führt außerdem zu
Thermospannungen auf dieses Modul. Folglich ist der Selbstkostenpreis
einer derartigen Lösung
relativ hoch.
-
Bei
einer besonderen Lösung
kann das elektronische Modul einem Thermistor zugeordnet sein, der
eine doppelte Funktion innehat. Dieser Thermistor kann die Temperatur
des Wassers messen und gleichzeitig die Überhitzung des Heizelementes rasch
erfassen, wenn in dem Kessel kein Wasser vorhanden ist. Dieser Thermistor
ist derart angeordnet, dass er von der Temperatur des Wassers beeinflusst wird,
wenn Wasser vorhanden ist, und von der Temperatur des Heizelementes,
wenn kein Wasser vorhanden ist.
-
Es
ist außerdem
eine weitere Lösung
bekannt, bei der sich die Regulierungselektronik im Sockel befindet
und durch Berücksichtigung
einer Information funktioniert, welche in dem abnehmbaren Kessel
erstellt und von einem besonderen Stecker übertragen wird. Die Information,
dass das Wasser kocht, wird genauer gesagt in dem Kessel durch einen
thermischen Begrenzer erfasst, welcher sich im Weg des Dampfes befindet.
Dieser Begrenzer öffnet sich,
wenn Dampf vorhanden ist. Diese Information wird durch zwei Schnüre über eine
zusätzlichen
Stecker zum Sockel übertragen.
-
Diese
Information ist spezifisch für
den Kochvorgang und kann nicht für
andere Funktionen, wie vor allem ein Schutz vor Überhitzung, verwendet werden.
Eine Information des Typs „Kontakt
geöffnet oder
geschlossen" ermöglicht ferner
keine Vorgänge, bei
denen zum Beispiel die Temperatur reguliert wird.
-
Aufgrund
der Beanspruchungen, die auf den Kontakten zwischen dem Sockel und
dem Kessel vorhanden sind, kann nur schwer in Erwägung gezogen
werden, ein elektromechanisches Bauteil, wie zum Beispiel der zuvor
genannte thermische Begrenzer, durch einen Thermistor zu ersetzen.
-
Die
elektrischen Kontakte, über
die eine Information zwischen dem Kessel und dem Sockel übertragen
wird, sind in der Tat möglichen
Oxydationserscheinungen unterworfen, welche ihre Impedanz verändern. Somit
würde ein
in dem Kessel befindlicher Thermistor, der über einen Stecker mit dem Sockel
verbunden wäre,
in Abhängigkeit
von dem Oxidationszustand des Steckers eine zufällige Information liefern.
Ein derartiger Aufbau kann selbstverständlich für eine optimierte Regulierung
nicht verwendet werden.
-
Ein
Ziel der Erfindung ist es zu ermöglichen, einen
schnurlosen Kocher, oder allgemeiner ein Gerät mit einem beweglichen Element,
das von einem Sockel abgenommen werden kann, mit einer Vorrichtung
auszustatten, die einen Informationsaustausch vom beweglichen Element
zum Sockel ermöglicht, deren
Kosten besonders gering sind und die zuverlässig und robust ist.
-
Zusammenfassung
der Erfndung
-
Die
Erfindung betrifft also ein Elektrohaushaltsgerät, das ein bewegliches Element
aufweist, das auf abnehmbare Weise auf einem Sockel angebracht werden
kann, bei welchem das bewegliche Element einen elektrischen Heizwiderstand
aufweist, der über
eine elektrische Stromquelle versorgt wird, welche über einen
Stecker, der sich in dem Kontaktbereich zwischen dem beweglichen
Element und dem Sockel befindet, dem Sockel zugeordnet ist, und bei
dem ein Signal, das für
eine physikalische Größe des beweglichen
Elementes repräsentativ
ist, von dem beweglichen Element zum Sockel übertragen wird.
-
Dieses
Gerät ist
dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element analoge, elektronische Mittel
aufweist, die einen Generator eines variablen Tastverhältnisses
in Abhängigkeit
von einer Information, die für
eine physikalische Größe des beweglichen
Elementes repräsentativ
ist, aufweist.
-
Mit
anderen Worten ist das bewegliche Element mit einem Heizwiderstand
versehen, der über einen
Energiekreis versorgt wird, und weist ein elektronisches Modul auf,
das dem Sockel eine Information des Typs variables Tastverhältnis sendet,
welche ausgehend von besonders einfachen Bauteilen des Typs Operationsverstärker, mit
Ausnahme von allen digitalen Bauteilen, erstellt wird.
-
Das
Signal kann auf verschiedene Weisen vom beweglichen Element zum
Sockel weitergegeben werden. Es kann sich dabei zum Beispiel um eine
optische Übertragung
durch Infrarot oder um eine Verbindung über Funkwellen oder auch um
eine elektrische Übertragung
durch eine Verbindung des Typs leitender Kontakt handeln.
-
Die Übertragung
einer Information des Typs variables Tastverhältnis ist besonders vorteilhaft,
da sie gegen Dämpfungserscheinungen
unempfindlich ist, die aufgrund einer schwachen Übertragung oder eines schlechten
leitenden Kontakts auftreten können.
-
Darüber hinaus
haben die Temperaturabweichungen, denen die im Generator eines variablen Tastverhältnisses
vorhandenen Bauteile unterliegen, keine nachteiligen Auswirkungen
auf die Qualität
von übertragenen
Informationen, da die Information nicht bezüglich absoluten Zeiten gemessen
wird, sondern bezüglich
Zeiten, die in der gleichen Weise abweichen.
-
Darüber hinaus
weist der Kessel in der Praxis vorteilhafterweise ein elektronisches
Aufbereitungsmodul auf, das dem Generator eines variablen Tastverhältnisses
eine Spannung liefert, welche von der gemessenen, physikalischen
Größe des beweglichen
Elementes abhängig
ist.
-
Mit
anderen Worten weisen die elektronischen Mittel eine Verstärkerstufe
auf, die das Signal von dem auf die Temperaturänderung ansprechenden Organ
aufbereitet, so dass der Generator eines Tastverhältnisses
spannungsgesteuert wird.
-
In
der Praxis treibt der Generator eines Tastverhältnisses vorteilhafterweise
ein Übertragungsmodul
an, welches das Signal erstellt, das zum Sockel übertragen wird.
-
In
einer ersten Ausführungsvariante
kann das Übertragungsmodul
ein optoelektronisches Bauteil aufweisen, das von dem Signal vom
Generator eines variablen Tastverhältnisses gesteuert wird, um ein
optisches Signal von dem beweglichen Element zum Sockel zu übertragen.
-
Es
kann sich zum Beispiel um eine lichterzeugende oder infrarote Diode
handeln, die einem Transistor zugeordnet ist, der durch das an Impedanz angepasste
Signal vom Generator eines variablen Tastverhältnisses gesteuert wird.
-
In
einer zweiten Ausführungsvariante
kann das Übertragungsmodul
einen Verbindungsstift aufweisen, der durch das Signal vom Generator
eines variablen Tastverhältnisses
gesteuert wird, um einen elektrischen Strom von dem beweglichen
Element zum Sockel zu übertragen.
-
Mit
anderen Worten wird das Signal eines variablen Tastverhältnisses
durch einen elektrischen Strom zwischen dem beweglichen Element
und dem Sockel übertragen,
indem zusätzlich
zum Stromstecker ein Stift zusammen mit der Gehäuseklemme dieses Stromsteckers
verwendet wird.
-
In
einer weiteren Variante kann das Übertragungsmodul einen Funksender
aufweisen, der von dem Signal vom Generator eines Tastverhältnisses gesteuert
wird, um Funkwellen zum Sockel zu übertragen, die eine Frequenz
zwischen einigen Dutzend Kilohertz und einem Gigahertz besitzen.
-
In
der Praxis ist das Aufbereitungsmodul vorteilhafterweise mit einem
Thermistor verbunden, der auf die Temperatur eines oder mehrerer
Organe des beweglichen Elements anspricht. Die Veränderung des
Widerstands des Thermistors in Abhängigkeit von der Temperatur
ermöglicht
es, eine Spannung zu erzeugen, die in Abhängigkeit von der Temperatur variabel
ist, wobei diese Spannung anschließend den Generator eines variablen
Tastverhältnisses
steuert.
-
In
der Praxis weisen die verschiedenen Stufen, die aus dem Generator
eines variablen Tastverhältnisses,
den Aufbereitungs- und Übertragungsmodulen
bestehen, vorteilhafterweise jeweils einen Operationsverstärker auf,
wobei diese Operationsverstärker
alle zu ein und demselben Gehäuse
gehören.
-
So
weisen die auf dem beweglichen Element angebrachten elektronischen
Mittel ein einziges aktives Bauteil und mehrere passive Bauteile
auf.
-
Kurze Beschreibung
der Figuren
-
Die
Art, die Erfindung auszuführen
sowie die daraus resultierenden Vorteile werden mit der in den beigefügten Figuren
beschriebenen Ausführungsform
klar. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
schematische Ansicht eines erfindungsgemäß ausgestatteten Kochers,
-
2 ein
elektronisches Schema der auf dem beweglichen Kessel des Kochers
aus 1 vorhandenen elektronischen Mittel,
-
3 ein
vereinfachtes, elektronisches Schema der auf dem Sockel angebrachten,
elektronischen Mittel,
-
4 ein
Steuerungsdiagramm, das die Veränderung
des Tastverhältnisses
des zum Sockel gesendeten Signals bei verschiedenen Wassertemperaturen
darstellt.
-
Art, die Erfindung auszuführen
-
Wie
bereits erwähnt,
ist die Erfindung in ihrer Anwendung in schnurlosen, wie in 1 dargestellten
Kochern genauer beschrieben.
-
Ein
derartiger Kocher weist einen Sockel (1) auf, auf dem ein
abnehmbarer Kessel (2) angebracht werden kann. Dieser Kessel
weist einen Griffbereich (3) auf.
-
Der
Kessel (2) weist auch einen Heizwiderstand (4)
auf, der sich in der Nähe
des Kesselbodens befindet. Dieser Heizwiderstand (4) ist
mit einem Stecker (5) verbunden, der sich in dem Bereich
des Kessels befindet, der gegenüber
dem Sockel (1) liegt. Dieser Stecker (5) weist
drei Pole auf, nämlich
eine Masse, eine Phase und eine Erde. Dieser Stecker (5) ermöglicht die
Versorgung des Heizwiderstands (4) über die Netzspannung. Dazu
weist der Sockel (1) eine Netzschnur (7) auf.
-
Erfindungsgemäß weist
der Sockel (1) ein elektronisches Modul (8) auf,
das die Regulierung der Versorgung des elektrischen Widerstands
(4) sowie eine Schutzfunktion gewährleisten kann. Das elektronische
Modul (8) kann somit über
Kontakte (9), die in geeigneter Weise gesteuert werden,
die Versorgung des Heizwiderstands (4) gewährleisten.
-
Erfindungsgemäß ist der
Kessel (2) mit spezifischen, elektronischen Mitteln (10)
versehen, die dazu bestimmt sind, die Übertragung einer Information
bezüglich
der Temperatur des Wassers (oder des Heizelementes des Kessels)
in Richtung Sockel zu den Regulierungsmitteln (8) zu gewährleisten.
Genauer gesagt weisen die elektronischen Mittel (10) in der
dargestellten Form optoelektronische Bauteile auf, welche die Übertragung
eines Infrarotsignals von der unteren Fläche des Kessels zu dem Bereich
gewährleisten,
der dem Sockel gegenüber
liegt.
-
Die
auf dem beweglichen Kessel angebrachten elektronischen Mittel (10)
sind in 2 genauer dargestellt. Diese
Mittel weisen eine Aufbereitungsstufe (11) auf, die einen
Operationsverstärker
(12) aufweist, der an seinem invertierenden Eingang B9 eine
Schleife bildet, und die eine Spannung liefert, die von dem Wert
des NTC-Widerstands abhängig ist,
der selbst auf die Temperatur seiner Umgebung anspricht.
-
Erfindungsgemäß weisen
die auf dem Kessel angebrachten elektronischen Mittel (10)
einen Generator (13) eines Tastverhältnisses auf. Dieser Generator
(13) eines Tastverhältnisses
weist einen Operationsverstärker
(14) auf, der an seinem nicht invertierenden Eingang B5
eine Schleife bildet, sowie eine Kapazität C1, bei der eine Klemme mit
der Masse verbunden ist und die andere Klemme mit dem invertierenden
Eingang B6 des Operationsverstärker (14)
verbunden ist.
-
Die
Funktionsweise des Generators eines variablen Tastverhältnisses
ist die folgende. Wenn die Kapazität C1 entladen ist und die Spannung
an der invertierenden Klemme B6 des Operationsverstärker (14)
kleiner ist als die an der nicht invertierenden Klemme B5 vorhandene
Spannung, liegt die Ausgangsklemme B7 des Operationsverstärkers (14) bei
einem Potential, das der Versorgungsspannung Vcc (beispielsweise
+ 12 V) nahe ist. Die Spannung an der nicht invertierenden Klemme
B5 wird in Abhängigkeit
von der Ausgangsspannung B8 der Aufbereitungsstufe, der Versorgungsspannung
Vcc und der verschiedenen Widerstände (R6,
R7, R71, R8 und R81) bestimmt.
-
Wenn
also die Spannung am Ausgang B7 des Operationsverstärkers (14)
bei einem hohen Niveau liegt, lädt
sich die Kapazität
C1 durch den Widerstand R9 und die parallel geschalteten Widerstände R10,
R101 auf, wobei die Diode D1 leitend ist. Die Kapazität C1 lädt sich
auf, bis die Spannung an ihren Klemmen das auf der nicht invertierenden
Klemme B5 vorhandene Potential erreichen. Zu diesem Zeitpunkt geht
der Ausgang B7 des Operationsverstärkers (14) in ein
Potential nahe 0 über,
was zum einen die Spannung an der nicht invertierenden Klemme B5 verändert und
zum anderen die Leitung der Diode D1 blockiert. Die Kapazität D1 entlädt sich
dann durch die Widerstände
R10 und R101, und der Wert der Spannung auf der nicht invertierenden
Klemme B5 des Operationsverstärkers
(14) nimmt einen niedrigeren Wert an, der eine Funktion
der Spannung am Ausgang B8 der Aufbereitungsstufe (11)
und der verschiedenen, damit verbundenen Widerstände R6, R7 und R8 ist.
-
Die
Spannung am Ausgang B7 des Operationsverstärkers (14) behält einen
niedrigen Wert bei, solange die Spannung an den Klemmen der Kapazität C1 größer bleibt
als das auf der nicht invertierenden Klemme B5 vorhandene Potential.
Das Steuerungsdiagramm aus 4 zeigt
die Ladephasen (10) und Entladungsphasen (21)
der Kapazität.
-
Es
ist anzumerken, dass die Kapazität
C1 verwendet wird, wenn die Spannung am Ausgang B7 des Operationsverstärkers (14)
hoch oder niedrig ist. Das bedeutet, dass die möglichen Abweichungen aufgrund
der Temperatur oder der Genauigkeit dieser Kapazität, welche
die Ladezeiten verändern,
identisch sind mit den hohen Zeiten und niedrigen Zeiten des Signals
des variablen Tastverhältnisses.
Das Verhältnis
zwischen den hohen Zeiten und niedrigen Zeiten wird aufgrund dieser
Temperaturabweichung nicht verändert.
-
Wenn
der Wert des NTC-Widerstands variiert, variiert auch die Spannung
am Ausgang der Aufbereitungsstufe, so dass sich die Grenzwerte VB6 + und VB6 –, zwischen denen die
Spannung der Kapazität
C1 variiert, verändern.
Der zweite Teil des Steuerungsdiagramms aus 4 zeigt
eine derartige Situation, in der die Veränderung des NTC-Widerstands zu
einer Verminderung der Spannung am Ausgang B8 der Aufbereitungsstufe
und aufgrund der Ladegesetze an der Kapazität C1 auch zu einer Verminderung
des charakteristischen Tastverhältnisses
führt.
-
Wie
in 2 gezeigt ist, versorgt der Generator (13)
eines Tastverhältnisses
eine Übertragungsstufe
(15), die einen als Komparator wirkenden Operationsverstärker (16)
aufweist und einen Transistor T1 steuert. In Abhängigkeit vom Leitzustand des Transistors
T1 wird die lichterzeugende Diode D4 mit Strom durchlaufen und sendet
somit das Signal eines variablen Tastverhältnisses zum Sockel.
-
Die
sich am Sockel (1) befindlichen, elektronischen Mittel
(8), die das Signal von dem Kessel erhalten, sind in 3 dargestellt.
Diese elektronischen Mittel (8) weisen eine kontinuierliche
Versorgung (27) und eine Mikrosteuereinheit (22)
auf, die mehrere Eingänge
und Ausgänge
aufweist. Diese Mikrosteuereinheit (22) weist logische
Eingänge
auf, die dem Zustand von Druckknöpfen
(26) oder analogen Knöpfen
entsprechen, die sich am Sockel (1) befinden. Es ist anzumerken,
dass es aufgrund dieser Anordnung nicht erforderlich ist, am beweglichen Kessel
(2) über
Druckknöpfe
zu verfügen,
was die Dichtigkeitsanforderungen an den Kessel (2) verringert.
-
Ein
weiterer Eingang aus diesen Eingänge (24)
ist mit einem Phototransistor T2 verbunden, der auf Strahlen von
dem beweglichen Kessel (2) anspricht. Das Signal eines
variablen Tastverhältnisses wird
also von der Mikrosteuereinheit (22) analysiert.
-
In
Abhängigkeit
vom Signal eines variablen Tastverhältnisses kann die Mikrosteuereinheit
(22) die Temperatur des in dem Kessel vorhandenen Wassers
oder auch eine Überhitzung
des Heizwiderstands aufgrund des Fehlens von Wasser bestimmen.
-
In
Abhängigkeit
von dieser Information kann die Mikrosteuereinheit (22)
Kontaktschalter oder Relais (9) steuern, welche die Versorgung
des Heizwiderstands (4) gewährleisten.
-
Es
ist somit möglich,
diese Versorgung zu unterbrechen, sobald das Wasser kocht, wodurch verhindert
wird, dass zuviel Wasser verdampft. Es ermöglicht auch, die Versorgung
des Heizwiderstands zu unterbrechen, wenn der Kocher ohne Wasser
in Betrieb gesetzt wird,.
-
Selbstverständlich ist
die Erfindung keinesfalls auf die dargestellte Form beschränkt, sie
deckt ebenfalls die Varianten ab, in denen das Signal eines Tastverhältnisses
nicht optisch, sondern direkt durch einen elektrischen Kontakt oder
eine Funkwelle übertragen
wird.
-
Wie
bereits erwähnt
deckt die Erfindung ebenfalls weitere Gerätetypen ab, wie vor allem die Epiliergeräte mit Wachs,
Kaffeemaschinen, Teemaschinen, Kochgeräte oder die Bügeleisen.
-
Aus
dem zuvor gesagten geht hervor, dass die erfindungsgemäßen Geräte den wichtigen
Vorteil haben, dass sie durch die Verwendung einer sehr begrenzten
Anzahl von aktiven, auf dem beweglichen Kessel angebrachten Bauteilen
eine optimale Zuverlässigkeit
gewährleisten.
Darüber
hinaus ist der verwendete, elektronische Aufbau relativ unempfindlich gegen
Temperaturabweichungen oder gegen die Genauigkeit der verwendeten
Bauteile.