-
Anwendungsgebiet
und Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur drahtlosen Abfrage bzw. Übertragung
von Informationen eines Sensors, der an der Unterseite einer Abdeckung
eines Elektrogeräts
angeordnet ist und Vorgänge
oder Zustände
an der Abdeckung selber oder darauf erfassen soll. Dabei sind eine
Auswertung und eine Steuereinrichtung für den Sensor vorgesehen, mit
welcher dessen Signale ausgewertet und entweder zu Informationen,
Anzeigen oder Funktionsabläufen
führen.
Die Abdeckung bzw. das Elektrogerät kann vorteilhaft ein Glaskeramik-Kochfeld
sein.
-
Es
ist beispielsweise aus der
EP
1 154 675 B bekannt, an der Unterseite eines Glaskeramik-Kochfeldes
Leiterbahnen aufzubringen. Mit solchen Leiterbahnstrukturen kann
eine induktive Topferkennung mit einer Temperaturmessung kombiniert
und jeweils vorgenommen werden. Die sogenannte Topferkennung ist
von Bedeutung, um eine Kochstelle nur dann zu betreiben, wenn tatsächlich ein
Topf oder ein ähnliches
Kochgefäß aufgesetzt
ist. Eine Temperaturerkennung ist gerade bei Glaske ramik-Kochfeldern deswegen
sehr wichtig, weil diese in der Regel nicht über eine Temperatur von 600°C hinaus
erhitzt werden sollen. Ansonsten nimmt deren Lebensdauer stark ab,
ebenso steigt die Bruchempfindlichkeit von Glaskeramik mit der Temperatur.
Als problematisch hat sich jedoch die Kontaktierung zwischen den
fest an die Unterseite der Glaskeramikkochflächen angebrachten Leiterbahnen
und einer separat davon vorgesehenen Steuerung herausgestellt. Anschlüsse mit
Kabeln oder dergleichen weisen vor allem das Problem auf, dass bei
einem Abreißen
des Kabels von dem Glaskeramik-Kochfeld dieses in der Regel unbrauchbar
wird, weil Kabelanschlüsse
nicht wieder ohne weiteres von einem Monteur vor Ort hergestellt werden
können.
-
Aus
der WO 01/19141 ist es bekannt, in dem Boden eines Kochgefäßes einen
Temperatursensor mit einem sogenannten RFID-Transponder in einer entsprechenden Öffnung vorzusehen.
Durch diese Verwendung von Transpondern, bei der ein Transponder
einfach in den Boden eines Kochgefäßes eingesetzt wird, kann zwar
eine sehr genaue Erfassung der Temperatur des Kochgefäßes erfolgen.
Nachteilig ist jedoch, dass zum einen die Temperatur eines Glaskeramik-Kochfeldes,
welche das Kochgefäß trägt, nicht
erfasst werden kann. Vor allem aber wird für jedes Kochgefäß eine solche
Transpondereinrichtung benötigt
und es sind auch die Kochgefäße sehr viel
aufwendiger herzustellen, weil eben die Ausnehmungen in ihrem Boden
vorgesehen sein müssen.
-
Aufgabe und
Lösung
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung
sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, mit denen die Nachteile
des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere die Erfassung
der Temperatur einer Abdeckung, wie beispielsweise eines Glaskeramik-Kochfeldes,
verbessert werden kann bei einem für Hersteller und Bediener begrenzten
Aufwand. Insbesondere sollen dabei eine Abdeckung oder ein Glaskeramik-Kochfeld,
auf denen zu erhitzende Kochgefäße stehen
können,
möglichst universell
verwendbar sein.
-
Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der weiteren Ansprüche
und werden im folgenden näher
erläutert.
Der Wortlaut der Ansprüche
wird durch ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
-
Erfindungsgemäß ist der
Sensor mit einer Transpondereinrichtung verbunden, die ebenfalls
an der Unterseite der Abdeckung angeordnet ist. Die Abfrage der
Informationen von dem Sensor erfolgt über die Transpondereinrichtung
an die Steuereinrichtung. Dazu weist die Steuereinrichtung vorteilhaft eine
entsprechende eigene Transpondereinrichtung auf, die mit der anderen
Transpondereinrichtung zusammenarbeitet. Beispielsweise kann sie
eine Antenne aufweisen. Derartige Kommunikationseinrichtungen mit
Transpondereinrichtungen werden auch als RFID (Radio Frequency Identification)
bezeichnet.
-
Die
Art des Sensors ist an sich frei auswählbar. Es kann ein Temperatursensor
sein, der eine kritische Temperatur der Abdeckung erfassen kann. Dies
ist besonders dann von Vorteil, wenn die Abdeckung ein Kochfeld
oder eine Kochfläche
ist, welche von unten beheizt wird und auf ihrer Oberseite ein Kochgefäß trägt. Für Glaskeramik-Kochfelder
ist beispielsweise eine Maximaltemperatur im Bereich von 600°C zulässig, welche
nicht überschritten
werden sollte, um keine Beschädigungen
hervorzurufen. Diese Temperaturüberwachung
kann beispielsweise vorteilhaft mit einer hier beschriebenen Vorrichtung mit
Transpondereinrichtung vorgenommen werden.
-
Ein
Sensor kann auch als sogenannter Topferkennungs-Sensor ausgebildet
sein. Diese vor allem bei Kochfeldern wie dem vorbeschriebenen anzuwendende
Einsatzmöglichkeit
ermöglicht
es, Informationen, welche durch den Sensor an der Unterseite der
Abdeckung generiert werden, drahtlos und ohne die Nachteile einer
signalübertragenden
Verbindung durch Kabel an eine entfernte und nicht an der Unterseite
der Abdeckung angeordnete Steuereinrichtung zu übertragen.
-
Die
dem Sensor zugeordnete Transpondereinrichtung weist vorteilhaft
eine Transpondersteuerung und eine Transponderspule auf. Die Transpondersteuerung übernimmt
die Ansteuerung der Transponderspule sowie eine Umsetzung der Signale
des Sensors in abfragbare Information bzw. Signale. Transpondersteuerung
und Transponderspule bilden vorteilhaft eine funktionale Einheit.
-
Die
Transpondereinrichtung ist beispielsweise als Halbleiter-Chip ausgeführt. Dieser
Halbleiter-Chip ist so ausgebildet, dass er gemäß dem Prinzip eines Transponders
arbeitet. Er kann beispielsweise durch Chip-on-Board-(COB) oder Chip-on-Glass-(COG)-Technologie
auf die Abdeckung aufgebracht werden.
-
In
dem Halbleiter-Chip ist vorteilhaft die Verarbeitung oder Aufbereitung
der Signale des Sensors vorgesehen. Mit einer zugeordneten Transponderspule
aus leitfähigem
Material sind von dem Chip aufbereitete Sensor-Informationen durch
die Steuereinrichtung mittels derer Transpondereinrichtung abfragbar.
Die Transponderspule kann einerseits als Struktur aus leitfähigem Material
auf die Abdeckung aufgedruckt werden. Alternativ kann sie aufgeklebt werden.
Eine Kontaktierung kann dann durch einen bei der Klebung entstehenden
Kontakt erfolgen, beispielsweise mit elektrisch leitfähigem Kleber.
-
Ein
weiterer Vorteil der Anbringung des Sensors direkt an die Unterseite
der Abdeckung liegt darin, dass beispielsweise bei einer Temperaturerfassung
der Abdeckung diese mit sehr wenigen Verfälschungen behaftet ist. Vor
allem bei einer unlösbaren Befestigung
des Sensors an der Abdeckung ist eine sehr gute Kopplung gegeben,
was auch in thermischer Hinsicht gilt.
-
Ein
weiterer hauptsächlicher
Vorteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann erreicht werden, wenn die Transpondereinrichtung keine eigene
Energiequelle benötigt.
Dies bedeutet zum einen eine erhebliche Vereinfachung des konstruktiven
Aufbaus. Des weiteren kann auch eine Energieübertragung drahtlos bzw. über die
Transpondereinrichtung erfolgen. Eine Energieübertragung ermöglicht beispielsweise
die Verwendung von energieintensiven Sensoren, die ansonsten nicht
betrieben werden können.
-
Sensor
und Transpondereinrichtung können auf
einem gemeinsamen Träger
vorgesehen sein wie beispielsweise einer kompletten Leiterplatte.
So kann eine Hybrid-Form erreicht werden. Dies ermöglicht besonders
gut eine Vorfertigung als gemeinsame Baueinheit, wodurch möglicherweise
problematische Punkte wie Kontaktierung und Zuordnung zueinander
ausgeschaltet sind. Ein solcher Träger kann an der Abdeckung befestigt
sein, beispielsweise aufgeklebt werden. Er kann bei bestimmten Ausführungen relativ
lang sein und an einem Ende die Sensoren aufweisen. Am anderen Ende
ist die Transpondereinrichtung angeordnet, so dass eine räumliche
Trennung wegen der hohen Temperaturen am Sensor erreicht wird. Ein
solcher Träger
kann länglich
sein und vorteilhaft aus Keramik bestehen. Es kann auch nur die
Transpondereinrichtung aus mehreren Bauteilen bestehend auf einem
Träger
als Baueinheit ausgebildet sein.
-
Insbesondere
dann, wenn Sensor und Transpondereinrichtung als separate Bauteile
ausgebildet sind und separat an der Abdeckung befestigt werden,
muss nachträglich
eine elektrische Verbindung hergestellt werden. Diese kann beispielsweise durch
Bonden erfolgen, wobei diese Verbindungsart den Vorteil aufweist,
dass sie sehr temperaturbeständig
ist. Des weiteren ist eine Kontaktierung durch Flip-Chip möglich oder
durch leitfähigen
Kleber, welcher auch zur Befestigung dienen kann.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, an der
Steuereinrichtung eine weitere Transpondereinrichtung bzw. eine
Kommunikationseinrichtung vorzusehen, welche auch Informationen
an die Transpondereinrichtung an der Abdeckung übertragen kann. Durch eine
derartige bidirektionale Kommunikation können beispielsweise Parameter
an einem Sensor oder den Transpondereinrichtungen geändert werden
oder eine Umbenennung stattfinden. Ebenso kann bei einer Inbetriebnahme
bei einer Vorrichtung, welche mehrere Sensoren und gegebenenfalls
mehrere Transpondereinrichtungen aufweist, eine Benennung beim ersten Mal
vorgenommen und dann beibehalten werden.
-
Zur
Vereinfachung des Aufbaus einer Vorrichtung mit mehreren Sensoren
an der Abdeckung kann vorgesehen sein, dass diese eine gemeinsame Transpondereinrichtung
aufweisen. Die Transpondereinrichtung und die zugeordneten Sensoren
sind vorteilhaft für
einen Multiplexbetrieb ausgebildet, so dass die Sensoren nacheinander
und abwechselnd abgefragt werden können. Wird die Vorrichtung
bei einem Kochfeld mit mehreren Kochstellen verwendet, so kann jeder
Kochstelle mindestens ein Sensor zugeordnet werden.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens eine Transpondereinrichtung
neben der Kommunikation mit Sensoren auch dafür ausgebildet sein, mit weiteren
Einrichtungen an oder auf der Abdeckung zusammenzuwirken. Es können beispielsweise
Bedieneinrichtungen o der Bedienelemente auf der Abdeckung vorgesehen
sein, wie sie aus der DE-A-19849075 hervorgehen und welche zusätzliche
Schalter odgl. aufweisen können.
Eine Datenübertragung
vom Bedienelement mit einem eingebauten Transponder an eine Steuerung
kann über
die gleiche Transpondereinrichtung erfolgen wie für die Abfrage
von Sensoren.
-
Ebenso
ist es möglich,
dass die Transpondereinrichtung zum Lesen sogenannter Smart Labels odgl.
verwendet wird, welche beispielsweise an Lebensmittelpackungen angebracht
sind. Werden diese in die Nähe
der Transpondereinrichtung gebracht, so erkennt es diese und kann
den Inhalt des Smart Labels auslesen. Es können beispielsweise Zubereitungsinformationen
für das
Lebensmittel enthalten sein, wie sie für die Ausführung von Kochprogrammen benötigt werden
oder Verfallsdatum odgl.
-
Sind
bei einem vorbeschriebenen Kochfeld Heizeinrichtungen in Form von
Strahlungsheizungen vorgesehen, so sollten zumindest die Transpondereinrichtungen
außerhalb
des direkten Strahlungsbereichs der Strahlungsheizungen oder von
diesen geschützt
angeordnet sein. Die dadurch entstehenden hohen Temperaturen könnten Beschädigungen
oder Zerstörungen
hervorrufen. Eine Möglichkeit
ist hier eine Abschirmung gegenüber
einer Strahlungsheizung, beispielsweise durch reflektierende und
dämmende
Abschirmungen.
-
Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus
den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne
Abschnitte sowie Zwi schen-Überschriften beschränken die
unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden im folgenden näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Glaskeramik-Kochfeld
mit Transpondereinrichtungen,
-
2 eine
Ansicht der Transpondereinrichtung von unten, wobei Transpondersteuerung
und Transponderspule direkt auf die Unterseite der Glaskeramik aufgebracht
sind und
-
3 eine
Ansicht einer Variante von unten, wobei Transpondersteuerung und
Transponderspule auf einem eigenen Träger angeordnet sind.
-
Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In 1 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 11 mit
Transponder dargestellt, welche an einem Glaskeramik-Kochfeld 13 angeordnet
ist. Das Kochfeld 13 weist einen Strahlungsheizkörper 15 auf, welcher
einer Kochstelle zugeordnet ist, die zwar nicht dargestellt ist,
aber hinsichtlich Position und Größe dem Strahlungsheizkörper im
wesentlichen entspricht. Oberhalb der so durch den Strahlungsheizkörper 15 gebildeten
Kochstelle ist ein Topf 17 angeordnet. Im Bereich des Strahlungsheizkörpers 15 sind
an der Unterseite des Glaskeramik-Kochfeldes 13 Sensoren 20a und 20b angeordnet.
Vorteilhaft sind diese Sensoren direkt an der Unterseite des Kochfeldes 13 befestigt.
Die Sensoren 20a und 20b dienen dazu, die Temperatur
des Kochfeldes 13 zu bestimmen, um eine sogenannte schädliche Übertemperatur
der Glaskeramik zu vermeiden, sind also als Temperatursensoren ausgebildet.
Es sind grundsätzlich
verschiedene Typen verwendbar. Bislang wurden für diesen Zweck oftmals Stabregler
eingesetzt, welche elektro-mechanische Schaltelemente darstellen.
Diese sind jedoch teilweise aufwendig, können keine beliebigen Temperaturen
messen und als Messwert ausgeben und sollen ersetzt werden bzw.
es sollen Alternativlösungen
geschaffen werden.
-
Wie
zuvor beschrieben ist, können
die Sensoren 20 auch andere Funktionen alternativ oder
zusätzlich übernehmen,
beispielsweise Topferkennung. Dazu können die Sensoren anders ausgebildet
sein, beispielsweise kapazitiver Art oder induktiver Art, zum Beispiel
als kleine Topferkennungsspulen oder dergleichen.
-
Die
Sensoren 20a und 20b sind jeweils mit einer Transpondersteuerung 23 verbunden,
welche auch die Auswertung der Sensoren 20 durchführt. Die
Transpondersteuerung 23 ist als Halbleiter-Chip ausgebildet.
Auf die Kochfeldunterseite ist die Transpondersteuerung 23 beispielsweise
durch die bekannte COB- oder COG-Technologie aufgebracht.
-
Die
Transpondersteuerung 23 ist mit dem Transponder 25 verbunden.
Die Transpondersteuerung 23 und die Transponderspule 25 bilden
die Transpondereinrichtung 22. Dazu ist es sogar möglich, dass
Transpondersteuerung 23 und Transponderspule 25 in
einem Gehäuse
bzw. als ein Bauteil ausgebildet sind. Sie können sogar in einem vergossenen
Bauteil angeordnet sein, so dass eine vereinfachte Handhabung gegeben
ist, insbesondere bei der Montage eines Kochfeldes.
-
Des
weiteren ist in 1 gestrichelt eine Bedieneinrichtung 24 dargestellt,
welches auf dem Kochfeld sitzt und beispielsweise nach Art einer Fernbedienung
zur Bedienung des Kochfelds dient. Die darin von einem Bediener
eingegebenen Informationen sollen ebenfalls an die Steuereinrichtung 27 übertragen
werden. Dazu kann die Antenne 29 auch mit der Bedieneinrichtung 24 eine
Transponderverbindung herstellen, was gestrichelt dargestellt ist. So
können
Daten in einer oder in beide Richtungen übertragen werden, unabhängig von
den Sensoren 20. In ähnlicher
Form kann an die Stelle der Bedieneinrichtung 24 eine andere
Einrichtung mit einer transponder-lesbaren Einheit gebracht werden,
welche von der Steuerung gelesen werden kann.
-
Aus 2 ist
zu ersehen, wie die Transpondereinrichtung 22 bzw. die
Transpondersteuerung 23 und die Transponderspule 25 auf
die Unterseite des Glaskeramik-Kochfeldes 13 direkt aufgebracht
sind, also auf das Glaskeramik-Material selber. Wie zuvor ausgeführt, kann
hierzu die COB- oder COG-Technologie verwendet werden. Eine elektrische
Kontaktierung von der Transpondersteuerung 23 zu der Spule 25 oder
zu den Sensoren 20 kann beispielsweise durch Bonden, Flip-Chip
oder leitfähiges
Kleben erfolgen.
-
In
räumlicher
Nähe zu
der Transpondereinrichtung 22 und darunter, beispielsweise
in einer Elektronik oder sonstigen Steuerung für das Kochfeld 13,
kann das Gegenstück
zu der Transpondereinrichtung vorgesehen sein. Hier ist eine Steuereinrichtung 27 vorgesehen,
beispielsweise ein Microcontroller, welche mit einer Antenne 29 als
andere Transpondereinrichtung verbunden ist. Die Antenne 29 stellt die
Transponder-Verbindung
mit der Transponderspule 25 her bzw. fragt diese von der
Steuereinrichtung 27 gesteuert ab. Durch diese Abfrage
werden die Informationen der Sensoren 20 abgefragt, welche von
der Transpondersteuerung 23 aufgearbeitet sind und an der
Transponderspule 25 sozusagen abholbereit zur Verfügung gestellt
werden. Die Steuereinrichtung 27 kann diese Informationen
so weiter verarbeiten, wie wenn sie diese direkt als elektrisches
Signal empfangen hätte,
beispielsweise über
ein elektrisches Kabel.
-
Des
weiteren ist die Steuereinrichtung 27 mit einem Schalter 30 dargestellt, über welchen
der Strahlungsheizkörper 15 gesteuert
wird. Mittels einer thermischen Abschirmung 33, die punktiert
dargestellt ist, kann die Transpondereinrichtung 22 samt Steuerung 27 gegen
die Hitze des Strahlungsheizkörpers 15 abgeschirmt
werden.
-
In 3 ist
eine Variante einer Transpondereinrichtung 122 dargestellt.
Hier sind die Transpondersteuerung 123 und die Transponderspule 125 auf einem
Träger 126 angeordnet.
Dieser Träger 126 kann
eine Platine bzw. eine Leiterplatte sein und eine Art Zwischenträger bilden.
Der Vorteil liegt darin, dass die Anordnung bzw. Anbringung der
Transpondersteuerung 123 sowie auch der Spule 125 leichter möglich ist.
Der Zwischenträger 126 braucht
dann lediglich als fertige Baueinheit auf der Glaskeramik bzw. an
deren Unterseite angebracht werden, beispielsweise angeklebt werden.
-
Eine
Verbindung mit den Sensoren 20 kann so erfolgen, wie oben
beschrieben, falls die Sensoren 20 nicht auf dem Träger 126 angeordnet
sein sollten. Wird ein Träger
lang oder groß genug
ausgebildet, so können
auch die Sensoren 20 darauf angeordnet werden. In diesem
Fall ist die gesamte Montage sowie auch die Kontaktierung relativ
leicht möglich. Eine
solche eigene Baueinheit ermöglicht
somit eine sogar nachträglich
leicht einzubauende und ohne großen Aufwand in Betrieb zu nehmende
Abfrage einer Temperatur und Übertragung
der Temperatur-Informationen
an eine Steuereinrichtung 27, mit welcher ein Kochfeld
bzw. ein Strahlungsheizkörper 15 beeinflusst
werden können.
-
Funktion
-
Wird
bei einer Vorrichtung 11 wie in 1 dargestellt
der Strahlungsheizkörper 15 über den Schalter 30 betrieben,
so erhitzt er die darüber
vorgesehene Kochstelle sowie den Topf 17. Es wird aber auch
das Glaskeramik-Kochfeld 13 durch die Wärmestrahlung erhitzt. Da im
Falle eines Glaskeramik-Kochfeldes die Temperatur in der Regel nicht über 580°C steigen
soll, wird eine temperaturabhängige
Steuerung benötigt.
Die Sensoren 20 registrieren die Temperatur des Kochfelds 13 an
seiner Unterseite, also dort, wo die Temperatur im Strahlungsbereich
des Strahlungsheizkörpers 15 am
höchsten
ist. Diese Temperaturinformationen werden von der Transpondersteuerung 23 ausgewertet
und so umgesetzt, dass sie mittels der Transponderspule 25 von der
Steuereinrichtung 27 samt Antenne 29 abgefragt werden
können.
-
Sind
die Sensoren 20 nicht als Temperatursensoren ausgebildet,
sondern für
andere Zwecke, kann deren Abfrage im Prinzip genauso über die Transpondereinrichtung 22 erfolgen.
Insbesondere auch bei Funktionen wie Topferkennung oder dergleichen
ist dies möglich.
-
Der
Vorteil dieser Übertragung
mittels Transpondern liegt zum einen darin, dass auf Verbindungsdrähte oder
dergleichen verzichtet werden kann. Gegenüber einer ansonsten bekannten Übertragung
per Funk liegt ein Vorteil darin, dass die Transpondereinrichtung 22 des
Sensors auf eine eigene Energiequelle verzichten kann. Eine hierfür eventuell
notwendige Verdrahtung entfällt
ebenso wie ein Akkumulator oder eine Batterie oder dergleichen.
-
Die
Temperatur-Informationen werden in der Steuereinrichtung 27 entsprechend
verarbeitet und im Falle einer zu hohen Temperatur dazu genutzt, mittels
des Schalters 30 den Strahlungsheizkörper 15 abzuschalten.
Erst wenn nach erneuter Abfrage die Temperatur an der Unterseite
des Kochfeldes 13 bzw. an den Sensoren 20 tief
genug abgefallen ist, kann der Strahlungsheizkörper 15 wieder aktiviert werden.
-
Über die
Transpondereinrichtung 22 ist es sogar möglich, eine
sogenannte bidirektionale Übertragung
herzustellen. Damit können
auch In formationen oder andere Einstellungen an den Sensoren 20 oder
der Transpondersteuerung 23 in Abhängigkeit von der Steuereinrichtung 27 verändert werden.