DE10023179A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Temperaturbegrenzung bei Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält eine Leiterbahnstruktur, die eine Kombination von mindestens einer Topferkennung und mindestens einer Temperaturmessung enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steu­ erung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen.

Die Temperatur der Kochzonen von Kochfeldern mit Glaskeramik-Kochflächen wird mit mechanischen Schutztemperatur-Reglern begrenzt. Aus DE-A 40 22 846 und EP-A 0 823 620 sind Sensoren bekannt, die direkt auf die Glaskera­ mik aufgebracht werden. Sie messen die Temperatur durch Änderung des e­ lektrischen Widerstandes der Leiterbahn oder des Glaskeramik- Grundmaterials der jeweiligen Kochfläche. Die Überwachung der Temperatur direkt an der Glaskeramik ist günstig, da ein Überhitzen oder eine Überbelas­ tung der Glaskeramik und des eventuell darauf stehenden Topfes vermieden wird. Durch die direkte Glaskeramik-Temperaturerfassung wird somit eine zu­ sätzliche Sicherheit erreicht. Eine Kochstelle mit einer Schalteinrichtung für die Energiezufuhr der Heizeinrichtung ist aus AT-A 238 331 bekannt. Die Schalt­ einrichtung gibt die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung beim Aufsetzen des Topfes frei und unterbricht die Energiezufuhr beim Abnehmen des Topfes.

Aus DE-A 35 33 997 und DE-A 33 27 622 sind Topferkennungssysteme mit optischen Fühlern bekannt. Topferkennungssysteme mit induktiven Fühlern sind in DE-A 37 11 589 und DE-A 37 33 108 beschrieben. Induktive Nähe­ rungsschalter beruhen auf dem Prinzip der Dämpfung eines Schwingkreises infolge von Wirbelstromverlusten in Metallen, die sich im magnetischen Streu­ feld einer vielwindigen Sensorspule befinden. Topferkennungssysteme mit ei­ nem induktiven Sensor in Form einer Spule werden in EP-A 0 442 275 und EP-A 0 469 189 beschrieben. Kapazitive Sensoren zur Topferkennung sind aus WO-A 90/107851 und EP-A 0 429 120 bekannt.

In der DE-A 197 00 735 wird eine Einrichtung zur induktiven Erkennung von Kochgeschirr beschrieben. Die Sensoren bestehen aus je einer einwindigen Spule für den Sender und den Empfänger, die kreisförmig konzentrisch in der Kochzone angeordnet sind. Dabei können die Spulen als auf einer Tragplatte, insbesondere einer Glaskeramik-Kochplatte, aufgebrachte Leiterbahnen aus­ gebildet sein.

Bei den bestehenden Systemen ergeben sich folgende Nachteile:

Für die Kombination einer Topferkennung und einer Temperaturüberwachung werden derzeit zwei unterschiedliche Systeme, wie Spulen für induktive Topf­ erkennung und mechanischer Schutztemperaturbegrenzer, mit verschiedenen Bauteilen verwendet.

Aus DE-A 196 46 826 sind Vorrichtung und Verfahren zur Temperaturmessung und Topferkennung an Kochstellen bekannt. Darin wird eine Vorrichtung zur Temperaturmessung einer Kochstelle aus Glaskeramik und/oder zur Erken­ nung eines auf der Kochstelle beheizten Kochtopfes beschrieben. Dabei ist mindestens ein Sensor an der Kochstelle, insbesondere unmittelbar unterhalb der Kochstelle angebrachten. Der Sensor ist als Leiterbahn ausgebildet, wobei zwischen dessen beiden äußeren Anschlussenden ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand messbar ist. Zwei Messanschlüsse sind von der Lei­ terbahn abgezweigt, wobei die beiden Abzweigpunkte einen von den äußeren Anschlussenden abgewandten, zentralen Leitungsabschnitt der Leiterbahn zur Temperaturmessung begrenzen.

Bei der Kombination einer Topferkennung gemäß DE-A 197 00 753 und einer Temperaturbegrenzung gemäß DE-A 40 22 846 sowie EP-A 0 823 620 sind für jede Kochzone mindestens sechs Anschlüsse erforderlich. Weiterhin müssen die Leiterbahnen für die Zuleitungen des Temperaturfühlers zwischen die Lei­ terbahnen der Zuleitungen der Topferkennung gelegt werden. Hierdurch um­ schließen die Zuleitungen der Topferkennung im Kaltbereich eine so große Fläche, dass im Kaltbereich abgestellte Töpfe zum Einschalten der Kochzone führen können, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko bedeutet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue Vorrichtung zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen mit verringerter Bauteilzahl, einfacheren Anschluss und sicherer Funktion sowie ein wirtschaft­ liches und sicheres Verfahren zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskera­ mikkochflächen bereitzustellen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen und mindestens einer Leiterbahnstruktur gelöst, wobei die Leiterbahnstruktur eine Kombination von mindestens einer induktiven Topferkennung und mindestens einer Tempera­ turmessung enthält, wobei die Temperaturmessung mittels der zwischen min­ destens zwei Leiterbahnen befindlichen Glaskeramik erfolgt und die Leiterbahn für die Temperaturmessung im Randbereich und im Zentrumsbereich der Kochzone angeordnet ist.

Durch diese Kombination werden dieselben Fühler für die Topferkennung und die Temperaturmessung verwendet, wodurch erfindungsgemäß ein verein­ fachtes System mit verringerter Bauteilzahl, einfacheren Anschluss und siche­ rer Funktion erhalten wird. Weiterhin ist es hierdurch möglich, die Anschlüsse der inneren Leiterstruktur für die Topferkennung direkt nebeneinander zu füh­ ren, so dass die umschlossene Fläche minimiert wird und ein sicherer Betrieb durch Vermeidung der Fehlfunktion durch Einschalten der Kochzone bei Auf­ stellen von Kochgeschirr im Kaltbereich ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird erreicht, dass die für die Topferkennung relevanten Strukturen im Randbereich der Kochzone verbleiben. Maximaler Signalhub, welcher bei Abdeckung des inneren Kreises durch einen aufgestellten Topf auftritt, kann somit weiterhin bei auf die Kochzonengröße angepasste Topf­ größen abgestimmt werden. Andererseits kann für die Temperaturbegrenzung wichtige Innenbereich der Kochzone, insbesondere bei schlechtem Geschirr, erfasst werden. Vorteilhaft an der Anordnung ist weiterhin, dass auch der Randbereich durch Temperaturfühler erfasst wird. Belastungsfälle, wie ver­ setzte Töpfe, welche hohe Temperaturen im Randbereich erzeugen, werden erfasst, siehe Normentwurf DIN VDE 0700 Teil 6, Anhang 8. Die relative Emp­ findlichkeit der Temperaturmessung zwischen dem Rand und dem Innenbe­ reich kann durch die jeweiligen Leiterlängen in den einzelnen Bereichen und durch die Leiterbahnabstände in diesen Bereichen eingestellt werden.

Die erfindungsgemäße Kochfläche enthält bevorzugt eine Leiterbahnbe­ schichtung zur Messung, Überwachung und Anzeige der Temperatur, die zur automatischen Energieverteilung, Leerkochabschaltung und Temperaturbe­ grenzung genutzt wird. Die Kochfläche enthält zusätzlich eine Leiterbahnbe­ schichtung zur automatischen Topf-, Topfform- und Topfgrößenerkennung. Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt überraschend und unerwartet verbesserte Benutzerfreundlichkeit und erhöhte Sicherheit im Gebrauch sowie erheb­ liche Energieersparnis.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterbahn für die Temperaturmessung im Zentrumsbereich als Elektrode mit offenem Ende aus­ geführt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterbahn für die Temperaturmessung im Zentrumsbereich als schleifenförmige Elektro­ de ausgeführt.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Leitungen für den inneren Leiterbahnkreis unmittelbar nebeneinander an­ geordnet. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird vorteilhaft verhin­ dert, dass es zur Störungen und erhöhter Unsicherheit kommt, wenn ein Topf nicht zentral auf die Kochfläche platziert wird.

Erfindungsgemäß ist ein Mehrkreisheizkörper vorgesehen, wobei der innerste Heizkreis gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Die erfindungs­ gemäße Vorrichtung eignet sich zum Einsatz in Mehrkreisheizkörpern.

Erfindungsgemäß ist ein wirtschaftliches Verfahren zur Steuerung von Koch­ feldern mit Glaskeramikkochflächen mit einer Leiterbahnstruktur vorgesehen, wobei eine kombinierte Topferkennung und Temperaturmessung erfolgt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Temperaturmessung durch Auswertung des temperaturabhängigen Leiter­ bahnwiderstandes erfolgt. Durch die Auswertung werden gute Ergebnisse er­ zielt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Temperaturmessung durch Auswertung des temperaturabhängigen Wider­ standes der Glaskeramik zwischen mindestens zwei Leiterbahnen erfolgt. Durch die Auswertung werden sehr gute Ergebnisse erzielt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Temperaturmessung im Randbereich und im Zentrumsbereich der Kochzone erfolgt. Mit dieser Anordnung wird die gesamte Heizfläche sehr vorteilhaft er­ fasst.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Temperaturmessung im Zentrumsbereich über eine Elektrode mit offenem En­ de oder über eine schleifenförmige Elektrode erfolgt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Sig­ nale von Topferkennung und Temperaturmessung durch unterschiedliche Fre­ quenzen für die Topferkennung und Temperaturmessung getrennt werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Sig­ nale von Topferkennung und Temperaturmessung durch zeitlich versetztes Abfragen getrennt werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Ein­ stellung der relativen Empfindlichkeit der Temperaturmessung von Außen- und Innenbereich durch Wahl der Längen und Abstände der Leiter erfolgt.

Die Trennung der mit denselben Sensoren erfassten Signale von Topferken­ nung und Temperaturmessung erfolgt durch Verwendung und Auskoppelung von Wechselspannungen unterschiedlicher Frequenzen. So wird die Topfer­ kennung von 10 MHz bis 17 MHz, bevorzugt von 11 MHz bis 15 MHz und be­ sonders bevorzugt von 12.5 MHZ bis 13,5 MHz und die Temperaturmessung bei 150 Hz bis 600 Hz, bevorzugt von 200 Hz bis 400 Hz und besonders be­ vorzugt von 250 Hz bis 350 Hz betrieben. Auch sequentielle Abfrage der bei­ den Messgrößen ist möglich.

Der Leiterbahnbereich für die Temperaturmessung in der Kochzonenmitte trägt in der angegebenen Ausführungsform nicht zu den Signalen der Topferken­ nung bei, da die von äußerem Kreis ausgehende Elektrode nicht als Schleife ausgeführt ist und daher nicht vom Strom durchflossen wird. Sie ist somit nicht induktiv wirksam.

Bei Zweikreiskochzonen wird die Zusatz-Leiterbahnstruktur in der Kochzo­ nenmitte nur von der Topferkennung des inneren Heizkreises abgeleitet. Mit dieser Struktur wird der kritische Innenbereich von Kochgeschirr sowohl bei kleinem als auch bei großem Durchmesser erfasst. Der Außenbereich des großen Heizkreises kann dabei durch eine gesonderte Temperaturmessung an der äußeren Topferkennungsstruktur erfasst werden, wie das zur Durchfüh­ rung einer Leistungsumverteilung in DE-A 40 22 846 beschrieben ist.

Die Temperaturmessung kann für die in der Literatur hinreichend beschriebe­ nen Anwendungen, wie Schutztemperaturbegrenzung, Leistungsumverteilung, Restwärmeanzeige oder Kochautomatik eingesetzt werden. Die Anwendungen werden in DE-A 21 39 828, DE-A 40 22 846 und DE-A 37 44 372 beschrieben, worauf hier explizit Bezug genommen wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist folgende Vorteile auf. Die selben Fühler werden für die Topferkennung und die Temperaturbegrenzung verwen­ det. Die Anzahl der eingesetzten Sensoren halbiert sich gegenüber herkömm­ lichen Systemen. So kann auf den mechanischen Schutztemperaturbegrenzer verzichtet werden. Die Anzahl der Anschlüsse der induktiven Topferkennung mittels Leiterbahnen wird durch die Zusatzfunktion Temperaturmessung nicht erhöht. Die Zuleitungen zu den Leiterbahnen der Topferkennung können dicht zusammen gelegt und Fehlfunktionen durch Aufstellen von Töpfen im Kaltbe­ reich verhindert werden.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung be­ steht aus Fig. 1 bis Fig. 5.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Standes der Technik. Die Leiterbahnen (A) zur Messung der Temperatur im Mittenbereich der Kochzone mittels des Widerstandes der Glaskeramik werden zwischen den Anschlüssen für die Topferkennung und den Anschlüssen für die Temperaturmessung herausge­ führt. Der Anschluss für die Topferkennung umschließt im Kaltbereich eine große Fläche und wirkt als einwindige Spule, die zum Einschalten der Topfer­ kennung führen kann.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei werden die kreisförmigen Leiterbahnen der Topferkennung und die in die Mitte der Kochzone führenden Leiterbahnen einer elektronischen Temperaturmes­ sung kombiniert. Dies wird erreicht, indem der äußere Kreis (1) der Topferken­ nung mit einer einzelnen in die Mitte führenden als Elektrode ausgebildete Leiterbahn (2) ergänzt wird. Der innere Kreis (3) wird um diese einzelne Lei­ terbahn herumgeführt. Der äußere Kreis stellt die Kochzone (4) dar.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung. Dabei werden die kreisförmigen Leiterbahnen der Topferkennung und die in die Mitte der Kochzone führenden Leiterbahnen einer elektronischen Tem­ peraturmessung kombiniert. Dies wird erreicht, indem der äußere Kreis (1) der Topferkennung mit einer in die Mitte führenden als Schleife ausgebildete Lei­ terbahn (2) ergänzt wird. Der innere Kreis (3) wird um diese Schleife herum­ geführt. Der äußere Kreis stellt die Kochzone (4) dar.

Fig. 4 zeigt einen Mehrkreisheizkörper, wobei der innerste Heizkreis gemäß Fig. 2 ausgebildet ist. Es wird beispielhaft eine Zweikreiskochzone dargestellt, wobei die Zusatz-Leiterbahnstruktur in der Kochzonenmitte nur von der Topf­ erkennung des inneren Heizkreises (5) abgeleitet wird. Mit dieser Struktur wird der kritische Innenbereich sowohl vom kleinen als auch vom großen Kochge­ schirr erfasst.

Fig. 5 zeigt einen Mehrkreisheizkörper, wobei der innerste Heizkreis gemäß Fig. 3 ausgebildet ist.

Ein Vergleich der Figuren zeigt deutlich, dass bei einer Leiterbahnstruktur laut Stand der Technik, wie in Fig. 1 dargestellt, für die Topferkennung und Tem­ peraturmessung acht Leitungen, wogegen bei der erfindungsgemäßen Leiter­ bahnstruktur, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, nur sechs Leitungen er­ forderlich sind.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen und mindestens einer Leiterbahnstruktur, wobei die Leiterbahnstruktur eine Kom­ bination von mindestens einer induktiven Topferkennung und mindestens ei­ ner Temperaturmessung enthält, wobei die Temperaturmessung mittels der zwischen mindestens zwei Leiterbahnen befindlichen Glaskeramik erfolgt und die Leiterbahn für die Temperaturmessung im Randbereich und im Zent­ rumsbereich der Kochzone angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leiterbahn für die Temperaturmes­ sung im Zentrumsbereich als Elektrode mit offenem Ende ausgeführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leiterbahn für die Temperaturmes­ sung im Zentrumsbereich als schleifenförmige Elektrode ausgeführt ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Leitungen für den inneren Leiterbahnkreis unmittelbar nebeneinander ange­ ordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 für die Steue­ rung von Mehrkreisheizkörpern, wobei die Leiterstruktur für den innersten Heizkreis gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.

6. Verfahren zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen mit einer Leiterbahnstruktur gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine kombinierte Topferkennung und Temperaturmessung erfolgt.

7. Verfahren zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen nach Anspruch 6, wobei die Temperaturmessung zusätzlich durch Auswertung des temperaturabhängigen Leiterbahnwiderstandes erfolgt.

8. Verfahren zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen ge­ mäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Temperaturmessung im Randbereich und im Zentrumsbereich der Kochzone erfolgt.

9. Verfahren zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen ge­ mäß einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Signale von Topferkennung und Temperaturmessung durch unterschiedliche Frequenzen für Topferkennung und Temperaturmessung getrennt werden.

10. Verfahren zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen ge­ mäß einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Signale von Topferkennung und Temperaturmessung durch zeitlich versetztes Abfragen getrennt werden.

11. Verfahren zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen ge­ mäß einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Einstellung der relativen Empfindlichkeit der Temperaturmessung von Außen- und Innenbe­ reich durch Wahl der Längen und Abstände der Leiter erfolgt.

12. Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen.