DE10023179C2 - Vorrichtung und deren Verwendung Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Kochfel­ dern 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. Kochstellen mit einer Schalteinrichtung für die Energiezufuhr der Heizeinrichtung sind bekannt. Die Schalteinrichtung gibt die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung beim Aufsetzen des Topfes frei und unter­ bricht die Energiezufuhr beim Abnehmen des Topfes.

Ausführungen von Topferkennungssystemen mit optischen induktiven und ka­ pazitiven Fühlern sind nach dem Stand der Technik bekannt.

Induktive Näherungsschalter beruhen auf dem Prinzip der Dämpfung eines Schwingkreises infolge von Wirbelstromverlusten in Metallen, die sich im mag­ netischen Streufeld einer vielwindigen Sensorspule befinden. Topferken­ nungssysteme mit einem induktiven Sensor in Form einer Spule werden bei­ spielsweise in EP-A 0 442 275 beschrieben. Kapazitive Sensoren zur Topfer­ kennung sind zum Beispiel aus WO-A 90/07851 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 nach einem kapazitiven Prinzip beschrieben. Dabei ist mindestens ein Sensor an der Kochstelle, ins­ besondere unmittelbar unterhalb der Kochstelle angebracht. Der Sensor ist als Leiterbahn ausgebildet, wobei zwischen dessen beiden äußeren Anschlussen­ den ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand messbar ist. Zwei Messanschlüsse sind von der Leiterbahn abgezweigt, wobei die beiden Ab­ zweigpunkte einen von den äußeren Anschlussenden abgewandten, zentralen Leitungsabschnitt der Leiterbahn zur Temperaturmessung begrenzen.

In DE-A 198 13 996 wird eine Leiterstruktur gleichzeitig zur induktiven Topfer­ kennung mittels einer einzigen Spule und zur Temperaturmessung mittels des Leiterbahnwiderstandes beschrieben.

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 eine wirtschaftliche und sichere Verwendung der Vorrichtung zur Steuerung von Koch­ feldern mit Glaskeramikkochflächen zu ermöglichen.

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 vereinfach­ tes System mit verringerter Bauteilzahl, einfacheren Anschluss und sicherer Funktion erhalten wird. Weiterhin ist es hierdurch möglich, die Anschlüsse der inneren Leiterstruktur für die Topferkennung direkt nebeneinander zu führen, 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 Leiterlängern in den einzelnen Bereichen und durch die Leiterbahnabstände in diesen Bereichen eingestellt werden.

Die erfindungsgemäße Kochfläche enthält bevorzugt eine Leiterbahnbeschich­ tung zur Messung, Überwachung und Anzeige der Temperatur, die zur auto­ matischen Energieverteilung, Leerkochabschaltung und Temperaturbegren­ zung genutzt werden kann. Die Kochfläche enthält zusätzlich eine Leiterbahn­ beschichtung zur automatischen Topf-, Topfform- und Topfgrößenerkennung.

Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt überraschend und unerwartet ver­ besserte Benutzerfreundlichkeit und erhöhte Sicherheit im Gebrauch sowie er­ hebliche Energieersparnis.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen ist die Leiterbahn für die Temperaturmessung im Zentrumsbereich als Elektrode mit offenem Ende oder als schleifenförmige Elektrode ausgeführt.

Die Leitungen für den inneren Leiterbahnkreis können unmittelbar nebenein­ ander angeordnet sein. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird vor­ teilhaft verhindert, dass es zur Störungen und erhöhter Unsicherheit kommt, wenn ein Topf nicht zentral auf die Kochfläche platziert wird.

Erfindungsgemäß ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Steuerung von Mehrkreisheizkörpern vorgesehen, wobei der innerste Heizkreis gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.

Es wird ein wirtschaftliches Verfahren zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen mit einer Leiterbahnstruktur ermöglicht, wobei eine kombinierte Topferkennung und Temperaturmessung erfolgt.

Die Temperaturmessung kann durch Auswertung des temperaturabhängigen Leiterbahnwiderstandes erfolgen. Durch die Auswertung sind gute Ergebnisse zu erzielen.

Die Temperaturmessung kann durch Auswertung des temperaturabhängigen Widerstandes der Glaskeramik zwischen mindestens zwei Leiterbahnen erfol­ gen. Durch die Auswertung sind sehr gute Ergebnisse zu erzielen.

Die Temperaturmessung kann im Randbereich und im Zentrumsbereich der Kochzone erfolgen. Mit dieser Anordnung wird die gesamte Heizfläche sehr vorteilhaft erfasst.

Die Temperaturmessung kann im Zentrumsbereich über eine Elektrode mit of­ fenem Ende oder über eine schleifenförmige Elektrode erfolgen.

Die Signale von Topferkennung und Temperaturmessung können durch unter­ schiedliche Frequenzen für die Topferkennung und Temperaturmessung ge­ trennt werden.

Die Signale von Topferkennung und Temperaturmessung können durch zeit­ lich versetztes Abfragen getrennt werden.

Die Einstellung der relativen Empfindlichkeit der Temperaturmessung von Au­ ßen- und Innenbereich kann durch Wahl der Längen und Abstände der Leiter erfolgen.

Die Trennung der mit den selben Sensoren erfassten Signale von Topferken­ nung und Temperaturmessung erfolgt durch Verwendung und Auskoppelung von Wechselspannungen unterschiedlicher Frequenzen. Der Frequenzbereich der Topferkennung kann z. B. zwischen 10 MHz und 17 MHz und der der Tem­ peraturmessung zwischen 150 Hz und 600 Hz liegen. Auch sequentielle Ab­ frage der beiden 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 Füh­ ler können für die Topferkennung und die Temperaturbegrenzung verwendet werden. Die Anzahl der eingesetzten Sensoren halbiert sich gegenüber her­ kömmlichen Systemen. So kann auf den mechanischen Schutztemperatur­ begrenzer verzichtet werden. Die Anzahl der Anschlüsse der induktiven Topf­ erkennung mittels Leiterbahnen wird durch die Zusatzfunktion Temperatur­ messung nicht erhöht. Die Zuleitungen zu den Leiterbahnen der Topferken­ nung können dicht zusammen gelegt und Fehlfunktionen durch Aufstellen von Töpfen im Kaltbereich 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 Lei­ terbahn (2) ergänzt wird. Der innere Kreis (3) wird um diese einzelne Leiter­ bahn 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 herumge­ führt. 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 (3)

1. Vorrichtung zur Steuerung von Kochfeldern mit Glaskeramikkochflächen und mindestens einer Leiterbahnstruktur, die eine Kombination von mindestens einer induktiven Topferkennung und mindestens einer Temperaturmessung enthält, wobei die Temperaturmessung mittels der zwischen zwei Leiterbah­ nen (1, 3) befindlichen Glaskeramik im Randbereich und im Zentrumsbereich der Kochzone (4) erfolgt, wobei der äußere Leiterbahnkreis (1) mit einer ein­ zelnen in die Mitte führenden als Elektrode mit offenem Ende ausgebildeten Leiterbahn (2) für die Temperaturmessung ausgeführt ist und der innere Lei­ terbahnkreis (3) um die Leiterbahn (2) herumgeführt wird oder der äußere Leiterbahnkreis (1) mit einer in die Mitte führenden als Schleife ausgebilde­ ten Leiterbahn (2) für die Temperaturmessung ausgeführt ist und der innere Leiterbahnkreis (3) um die Schleife geführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leitungen für den äußeren Leiter­ bahnkreis (1) und den inneren Leiterbahnkreis (3) unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.

3. Verwendung einer Vorrichtung für die Steuerung von Mehrkreisheizkörpern, wobei die Leiterstruktur der Vorrichtung für den innersten Heizkreis gemäß Anspruch 1 oder 2 ausgebildet ist.