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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung
der Temperatur der Kochzone einer Kochmulde, mit einem IR-Sensormodul,
das IR-Wärmestrahlung
eines Kochtopfes oder dergl. detektiert und daraus Signale generiert, die
an eine Steuer- und/oder
Regelungseinrichtung abgegeben werden, wobei oberhalb der Kochmulde eine
Einrichtung angeordnet ist, die geeignet ist, die zu detektierende
IR-Wärmestrahlung
aufzunehmen.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der
DE 195 37 909 A1 bekannt. Sie betrifft eine
sensorgesteuerte Garungseinheit, bestehend aus Gargerät, Sensorik, Elektronikeinheit
und Kochfeld, wobei ein der sensorgesteuerten Garungseinheit zugeordneter
Infrarotsensor kochstellenbezogen leicht erhöht oberhalb des Kochfeldes
angeordnet ist. Der Infrarotsensor ist in einer konstruktiven Funktionseinheit
integriert, die mit dem Kochmuldenrahmen verbunden und versenkbar
angeordnet ist. Die Funktionseinheit wirkt außerdem auf einen Mikroschalter
ein, der der Elektronikeinheit die Einsatzbereitschaft des Sensorsystems
signalisiert.
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Aufgrund
der großen
Nähe zwischen
Gargerät
und Funktionseinheit besteht die Gefahr, dass sich der Infrarotsensor
während
des Gebrauchs erwärmt.
Wenn der Infrarotsensor keine einheitliche Temperatur hat, leidet
die Genauigkeit der Temperaturmessung des Sensors. Prinzipbedingt
kann der Infrarotsensor aber nicht gut gegen Wärme gedämmt werden, weil er sowohl über ein
Eintrittsfenster für
infrarotstrahlung als auch über
die Wandung der Funktionseinheit erwärmt wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine zuverlässige Detektion
der Temperatur des Gargutes zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Mittel zur Übertragung
der IR-Wärmestrahlung gelöst, das
die aufgenommene Wärmestrahlung
an das IR-Sensormodul weiterleitet.
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Das
IR-Sensormodul misst die aufgenommene Wärmestrahlung und wandelt sie
in elektrische Signale um. Für
eine effektive Messung ist ein geringer Abstand zwischen der Fläche, die
die IR-Strahlung abstrahlt, einerseits und dem IR-Sensormodul andererseits
günstig.
Ein geeigneter Abstand liegt etwa zwischen 1 cm bis 2 cm. Es ist
also an sich wünschenswert,
das Sensormodul in der unmittelbaren Nähe des zu detektierenden Objekts
anzuordnen. Andererseits beeinträchtigt
eine Erwärmung
des IR-Sensormoduls die Genauigkeit seiner Wärmemessung. Eine Erwärmung des
Sensormoduls ist daher zu vermeiden. Eine Dämmung des Sensormoduls gegen
Wärmestrahlung
ist prinzipbedingt jedoch schwierig, da jedenfalls die vom Sensormodul
empfangene und detektierte Wärmestrahlung
zu seiner Erwärmung
beiträgt.
Insofern ist also eine Anordnung des Sensormoduls in der Nähe des zu
messenden und wärmeabstrahlenden
Objekts nachteilig. Die Erfindung löst diesen Widerspruch auf,
indem sie ein Mittel zur Übertragung
zwischen der Aufnahme der detektierten Wärmestrahlung und dem IR-Sensormodul
vorsieht. Sie verfolgt also das Prinzip, die Erfassung der Wärmestrahlung
und ihre Umsetzung in elektrische Signale voneinander zu trennen.
Dadurch ist es möglich,
die thermisch empfindliche Umsetzung von IR-Wärmestrahlung in elektrische
Signale an einer Stelle vorzunehmen, an der möglichst wenig thermische Störeinflüsse zu erwarten
sind. Die vorgeschlagene Anordnung erlaubt es also, das IR-Sensormodul
von der Aufnahme der Wärmestrahlung
abzurücken
und so eine nachteilige Erwärmung
des Sensormoduls zu vermeiden. Damit ist direkte Einwirkung der
Wärmeenergie
sowohl des Kochtopfes als auch die der Kochmulde auf die Detektion
der Wärmestrahlung
des Kochtopfes weitgehend ausgeschlossen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Mittel
zur Übertragung
der IR-Wärmestrahlung
ein Lichtwellenleiter ist, der die seinem Einsatzgebiet entsprechende
mechanische Festigkeit, Dampffestigkeit gegen aggressive Dämpfe und
Temperaturbeständigkeit
aufweist. Dadurch kann die aufgenommene IR-Strahlung ohne eine Umwandlung
von der Aufnahmeeinrichtung direkt an das IR-Sensormodul weitergeleitet
werden. Der Abstand zwischen dem Ort der IR-Wärmeabstrahlung und dem Sensormodul
kann dadurch so gewählt
werden, dass keine negativen Einflüsse aus der IR-Wärmestrahlung
des zu detektierenden Objekts auf das Sensormodul zu befürchten sind.
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Die
Genauigkeit der vom IR-Sensormodul vorgenommenen Messung der IR-Strahlung
und ihrer Umwandlung in elektrische Signale kann nicht nur durch
eine Temperaturände rung
des Sensormodul beeinträchtigt
werden, sondern auch durch Einflüsse auf
den Lichtwellenleiter. So können
Verluste auf dem Übertragungsweg
oder Verfälschungen
der übertragenen
Signale durch Energieeinwirkungen von außen auftreten. Nach einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung weist der Lichtwellenleiter daher entlang
seiner Erstreckung Mittel zur Vermeidung eines Energieeintrags und/oder
Energieverlusts auf. Diese können
z.B. in einer Umhüllung
des Lichtwellenleiters bestehen, die einerseits einen Energieeintrag
von außen
und/oder andererseits Energieverlust aus dem Lichtwellenleiter durch
Reflexion an der Hülle
verhindert. Alternativ kann der Lichtwellenleiter selbst zweilagig
aufgebaut sein und durch eine gezielte Gradientengestaltung der
Lagen ein optischer Brechungsindex erzeugt werden, der zu einer
Reflexion der Strahlung führt.
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Der
Lichtwellenleiter dient lediglich der Signalübertragung von IR-Strahlung.
Er muss also nicht die hohen Anforderungen wie bei einer Bildübertragung
erfüllen.
Allerdings muss dafür
gesorgt sein, dass die IR-Signale, die von der Einrichtung zur Aufnahme
der IR-Strahlung
erhalten werden, möglichst verlustfrei
am einen Ende in den Lichtwellenleiter eingeleitet und an seinem
anderen Ende möglichst ebenso
verlustfrei an das Sensormodul abgegeben werden. Je geringer hier
die Verluste sind, umso geringer können die baulichen Abmessungen
der Einrichtung zur Aufnahme der IR-Strahlung sein. Daher ist der
Gestaltung der Ein- bzw. Austrittsflächen der IR-Strahlung an der
Enden oder Schnittstellen des Lichtleiters mit den anschließenden Bauteilen
besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Dies ist von desto größerer Bedeutung,
je größer der
bauliche Abstand des Endes des Lichtwellenleiters vom IR-sensitiven
Bauteil des Sensormoduls ist.
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Die
Enden können
entweder eine unregelmäßige Bruchoberfläche aufweisen
oder durch einen Schnitt glatt ausgeführt sein. Selbst bei einer
glatten Gestaltung der Flächen
ist jedoch eine gewisse Dispersion der Strahlung und damit ein Verlust
nicht zu vermeiden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist der Lichtwellenleiter daher an seiner Schnittstelle zu der Einrichtung
zur Aufnahme der IR-Strahlung einerseits und/oder an der Schnittstelle zu
dem IR-Sensormodul andererseits kuppenförmig ausgebildet. Dies bewirkt
eine Fokussierung der IR-Strahlung, die damit ohne Streuverluste
an der Schnittstelle übergeleitet
werden kann. Die Ausbildung einer derartigen Kuppe kann entweder
durch Aufsetzen einer Linse auf eine glatte Austrittsfläche des
Lichtwellenleiters oder durch gezieltes Anschmelzen des Endes des
Lichtwellenleiters erfolgen.
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Die
Anordnung eines Leiters zwischen der Einrichtung zur Aufnahme der
IR-Strahlung und dem IR-Sensormodul ermöglicht es, das Sensormodul von
der Aufnahmevorrichtung entfernt anzuordnen. Damit kann für das Sensormodul
nahezu jeder beliebige Montageort gewählt werden. Nach einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist das IR-Sensormodul daher innerhalb eines Gehäuses eines
der Kochmulde zugeordneten Herdes in einem Bereich unterhalb der
Kochmulde angeordnet. Damit ist ein Ort gewählt, an dem das Sensormodul
vor allem von mechanischen Einflüssen
geschützt
positioniert und bei der Bedienung des Herdes nicht hinderlich ist.
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Wie
oben erwähnt
leidet die Genauigkeit der vom IR-Sensormodul vorgenommenen Messung durch
eine Temperaturänderung
des IR-Sensormoduls während
der Messung. Temperatureinflüsse sind
daher vom IR-Sensormodul möglichst
fernzuhalten. Es ist daher vorteilhaft, wenn nach einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung das IR-Sensormodul innerhalb des Gehäuses in
einem Bereich geringer Temperaturschwankung angeordnet ist. Auf
diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Maßnahme gefunden, um das Sensormodul möglichst
beeinträchtigungsfrei
betreiben zu können.
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Je
weiter entfernt das IR-Sensormodul von der Einrichtung zur Aufnahme
der IR-Strahlung
angeordnet ist, umso größer ist
die Strecke, die mit einem Lichtwellenleiter überbrückt werden muss. Um die Länge des
empfindlichen Lichtwellenleiters gering zu halten, sollte daher
der Abstand zwischen IR-Sensormodul und der Aufnahmeeinrichtung
der IR-Strahlung möglichst
kurz gewählt
werden. Diese widerstreitenden Zielvorstellungen lassen sich nach einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durch Mittel
gemeinsam verwirklichen, die das IR-Sensormodul in einem thermisch
im wesentlichen stabilen Zustand halten. Dadurch kann das IR-Sensormodul
in der Nähe
der Aufnahmeeinrichtung für die
zu detektierende IR-Strahlung angeordnet werden, auch wenn dort
Temperaturschwankungen aus dem Betrieb des Herdes zu erwarten sind.
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Das
IR-Sensormodul misst die Differenz zwischen seiner Eigentemperatur
und der Temperatur der Topfaußenwand.
Die Eigentemperatur und die Detektion der IR-Wärmestrahlung
werden dabei von zwei unterschiedlichen Bauteilen erfasst. Temperatureinflüsse wirken
sich daher auf zwei unterschiedliche Arten negativ aus: Einerseits
führt eine
Erwärmung
des IR-Sensormoduls parallel zur Erwärmung der Kochzone zu geringeren
Messwerten für
die Temperatur, als sie tatsächlich
an der Topfaußenwand
vorliegt.
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Dieser
Fehler lässt
sich elektronisch nicht ausgleichen, da die Erwärmung des IR-Sensormoduls in Abhängigkeit
von der Betriebsdauer des Herdes unterschiedlich ausfällt. Andererseits
muss erreicht werden, dass eine unvermeidliche Erwärmung des
IR-Sensormoduls
auf alle Bauteile des Sensormoduls gleichmäßig einwirkt, damit keine Fehler durch
eine Differenz zwischen der Erfassung der Eigentemperatur des IR-Sensormoduls einerseits
und der zu detektierenden Temperatur andererseits auftreten. Zur
Dämmung
des IR-Sensormoduls gegen Temperaturschwankungen sind verschiedene
Möglichkeiten
und Materialien vorstellbar. Jedenfalls soll bezweckt werden, dass
entweder Temperatureinflüsse
vom Sensormodul weitgehend ferngehalten oder wenigstens verzögert werden
oder aber, dass sie im wesentlichen gleichmäßig auf alle Bauteile des Sensormoduls
einwirken. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht daher
vor, dass das IR-Sensormodul ein IR-Thermopile und eine Hülle umfasst,
die das Thermopile umgibt und thermisch dämmend und/oder metallisch und
von großer
Dicke ist. Dazu kann das Thermopile von einer thermischen Dämmung, vorzugsweise
Styropor®,
und/oder von einer Metallhülle
mit großer
Mächtigkeit
umgeben, z.B. in einen Aluminiumklotz eingelassen sein.
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Die
Einrichtung zur Aufnahme von IR-Strahlung ist möglichst nahe an dem zu detektierenden Kochtopf
anzuordnen. Sie dient dazu, die vom Kochtopf abgegebene Strahlung
aufzunehmen und in den Leiter einzukoppeln. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung sieht daher vor, dass die Einrichtung zur Aufnahme der
IR-Strahlung eine optische Einrichtung zur Bündelung der IR-Strahlung umfasst. Damit
ist es möglich,
die IR-Strahlung
durch ein relativ großes
Eintrittsfenster auf einen kleinen Eintrittsquerschnitt des Leiters
zu lenken. Eine derartige optische Einrichtung umfasst vorzugsweise
eine Linse oder einen parabolischen Hohlspiegel. Als Parabolspiegel
eignet sich besonders gut ein sogenannter „Winston-Cone". Im Zusammenspiel
mit dem geringen Abstand der Aufnahmeeinrichtung vom Kochtopf von
etwa 1 bis 2 cm und ihrem i.a. geringen Öffnungswinkel von ca. 6° wird durch
die optische Einrichtung außerdem
der detektierte Messfleck auf der Kochtopfaußenfläche definiert.
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Insbesondere,
wenn die optische Einrichtung einen parabolischer Hohlspiegel verwendet,
der einen Hohlraum einschließt,
muss der Hohlraum gegen Verschmutzung infolge unbedachter Bedienung des
Herdes verschlossen sein. Der Verschluss des Hohlraums darf jedoch
nicht zu Durchtrittsverlusten der IR-Strahlung infolge einer geringen
Transmission des Verschlussmaterials führen. Nach einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der optische
Einrichtung ein Verschluss vorgeschaltet ist, der zugleich als Filter
zur Definition des zu detektierenden IR-Wellenlängenbereichs dient. Germanium
und Silizium bieten eine gute Transmission von IR-Strahlung und
eignen sich daher gut als Verschluss des vom Hohlspiegel gebildeten
Raums. Die Filterfunktion übernimmt
dann eine Interferenzschicht, mit der der Verschluss aus Germanium
oder Silizium bedeckt ist. Um einen Verlust an Durchlässigkeit
der optische Einrichtung durch Verkratzen insbesondere infolge Reinigens
des Herdes zu vermeiden, kann er außerdem vorteilhaft mit einer
zusätzlichen
harten Schicht als Anti-Kratz-Beschichtung versehen sein.
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Die
genaue Erfassung der Temperatur des Kochtopfes bzw. des Garguts
im Topf kann für
eine Angabe der gemessenen Temperatur an einer Bedieneinheit des
Herdes verwendet werden. Sie kann aber auch für eine genaue Einstellung des
Temperaturreglers der Kochzone eingesetzt werden. Nach einer vorteilhaften
Ausbildung der Erfindung wird daher das Ausgangssignal des Sensormoduls
einer Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur
des Kochfeldes zugeführt.
Eine derartige Steuerung wird vorzugsweise elektronisch vorgenommen
und kann in Abhängigkeit
von einer von einem Bediener des Herdes gewählten Temperaturstufe und der
vom IR-Sensormodul ermittelten Temperatur die Heizleistung der Kochzone
steuern. Dadurch lässt
sich der Energieaufwand beim Betrieb des Herdes verringern.
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Die
Aufnahmeeinrichtung für
IR-Strahlung sind auf die Außenfläche eines
Kochtopfes gerichtet und daher neben und etwas oberhalb der Kochzone angeordnet.
Damit befinden sie sich im unmittelbaren Arbeitsbereich am Herd.
Dort sind sie gegen mechanische Einwirkungen zu schützen. Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, dass die Einrichtung
zur Aufnahme von IR-Wärmestrahlung
in einem feststehenden oder versenkbaren Dom untergebracht ist,
der in oder neben der Kochmulde angeordnet ist. Dadurch ist gewährleistet,
dass die Aufnahmeeinrichtung bei normalem Gebrauch des Herdes gegen
substantielle Beschädigungen
geschützt sind.
Ist der Dom versenkbar, so lassen sich bei unbenutztem Herd der
gewohnte Eindruck von dem Kochfeld beibehalten und Aufbauten vermeiden,
die bei anderen Nutzungen des Herdes stören.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Prinzip noch
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
schematischen Ausschnitt aus einem Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im
Schnitt,
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2 eine
optische Einrichtung und ein IR-Sensormodul, die über einen
Lichtwellenleiter miteinander verbunden sind.
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1 bietet
eine schematische Schnittansicht eines Kochtopfes 1 mit
einer Außenwand 2 und einem
Boden 3, der auf einer Kochstelle 4 in einer Kochmulde 5 eines
Herdes steht. Die Kochstelle 4 kann von einer Heizwendel 6 erhitzt
werden; sie wird dabei über
eine Zuleitung 7 mit Strom versorgt, der von einem Bediener über eine
nicht dargestellte Bedieneinrichtung gesteuert werden kann.
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In
der Kochmulde 5 und neben der Kochstelle 4 ist
ein Dom 8 angeordnet, der eine optische Einrichtung 9 enthält, die
auf die Außenwand 2 des Kochtopfes 1 gerichtet
ist. Die optische Einrichtung 9 ist dafür ausgelegt, eine Infrarot-Strahlung
zu detektieren und damit eine Erwärmung der Außenwand 2 quantitativ
zu erfassen und weiterzuleiten. Dafür genügt es, wenn die optische Einrichtung
mit einem geringen Öffnungswinkel
von etwa ± 6° auf die
Kochstopfaußenwand
gerichtet ist.
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Kochtöpfe bestehen
in aller Regel aus Edelstahl. Edelstahloberflächen weisen bekanntermaßen einen
schlechten IR-Emissionsgrad auf, der sich etwa zwischen 0,1 bis
0,15 bewegt. Durch Beschichtung kann der Emissionsgrad einer Edelstahloberfläche verbessert
werden. Eine Emaillebeschichtung zum Beispiel bewirkt einen Emissionsgrad
von 0,85 bis 0,9. Daher sollte der Bereich der Außenwand 2 des
Kochtopfes 1, auf den die optische Einrichtung 9 gerichtet
ist, eine Emaillierung 10 tragen. An ihrer Stelle kann
eine Beschichtung auch nachträglich, zum
Beispiel in der Form eines Klebestreifens, auf den Kochtopf aufgebracht
werden.
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Die
optische Einrichtung 9 ist über einen Lichtleiter 11 mit
einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 12 verbunden.
Diese Einrichtung 12 kann zwischen der nicht dargestellten
Bedienungseinrichtung und der Heizwendel 6 auf die Zuleitung 7 und damit
auf das Heizprogramm des Kochfeldes 4 einwirken, was in 1 durch
einen Schalter 13 symbolisiert ist.
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Stellt
nun ein Bediener eine gewünschte Wärmestufe
ein, so wird die Heizwendel 6 über die Zuleitung 7 mit
elektrischer Energie versorgt und erhitzt die Koststelle 4.
Ein im Kochtopf 1 befindliches Gargut wird daraufhin über einen
Boden 3 des Kochtopfes 1, der in unmittelbaren
Kontakt mit dem Kochfeld 4 steht, erhitzt. Das Gargut gibt
seinerseits seine Wärme
an die Außenwand 2 des
Kochtopfes 1 ab. Von dort wird sie nach außen abgestrahlt.
Dies ermöglicht
es der optischen Einrichtung 9, die Erwärmung der Außenwand 2 aufzunehmen
und über
den Lichtleiter 11 entsprechende Signale an die Steuer- und
Regelungseinrichtung 12 weiterzuleiten. Aufgrund dieser
Signale werden unterschiedliche Steuerungs- oder Regelungsschritte
vollzogen.
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Die
Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 12 schaltet die Stromzufuhr
zum Beispiel ab oder drosselt die Heizleistung, sobald die der eingestellten Heizstufe
entsprechende Temperatur erreicht ist. Denn die eingestellte Temperatur
ist in Abhängigkeit von
der Gargutmenge oder -beschaffenheit zu jeweils ganz unterschiedlichen
Zeitpunkten erreicht. Durch die Erfassung der IST-Temperatur an
der Außenwand 2 kann
daher eine an der Bedienungseinrichtung eingestellte SOLL-Temperatur
gezielt angesteuert werden. Ist die Temperatur der Außenwand 2 unter
einen Schwellwert gefallen, so wird die Beheizung der Kochstelle 4 durch
die Steuer- und Regelungseinrichtung 12 nach Abschaltung
wieder in Gang gesetzt, damit das Gargut auf der gewünschten Temperatur
gehalten wird.
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Steht
kein Kochtopf 2 auf der Kochstelle 4, ist aber
gleichwohl die Kochstelle 4 über die Bedieneinrichtung eingeschaltet
worden, so kann die optische Einrichtung 9 keine Wärmestrahlung
detektieren. Ein entsprechendes Signal leitet diese Information
an die Steuer- und Regelungseinrichtung 12 weiter, woraufhin
diese die Stromzufuhr zur Kochstelle 4 unterbricht. Steht
ein Kochtopf 1 auf die Kochstelle 4 und wird erhitzt,
empfängt
die optische Einrichtung eine Wärmestrahlung
und signalisiert diese an die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 12,
die daraufhin den Erwärmungsprozess
in Gang setzt.
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2 stellt
einen schematischen Ausschnitt aus 1 dar. Sie
zeigt die optische Einrichtung 9, den daran angeschlossenen
Lichtleiter 11 und ein IR-Sensormodul 14, der
Teil der Steuer- und Regelungseinrichtung 12 in 1 ist.
Die optische Einrichtung 9 umfasst ein Siliziumfilter 15 und
einen Parabolspiegel 17, an dessen Scheitelpunkt 18 ein
Ende des Lichtleiters 11 angeschlossen ist. An seinem anderen
Ende ist der Lichtleiter 11 mit dem IR-Sensormodul 14 verbunden.
Das IR-Sensormodul 14 umfasst eine Hülle 19 und ein Thermopile 20,
das über elektrische
Leiter 21 mit der übrigen
Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 12 verbunden ist.
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Die
optische Einrichtung 9 nimmt die IR-Strahlung durch das
Siliziumfilter 15 auf. Für diesen Einsatzzweck sind
seine hohe Transmission von IR-Strahlung bei gewöhnlichen Temperaturen von Bedeutung.
Damit dient das Siliziumfilter 15 als der Kochstelle 4 zugewandter
Abschluss eines Innenraums, den der Parabolspiegel 17 umschließt, und verhindert
Verschmutzungen des Spiegels 17. Es ist zusätzlich mit
einer kratzfesten Oberfläche 16 ausgestattet,
damit seine Durchlässigkeit
für IR-Strahlung nicht
infolge Verkratzens bei der Benutzung des Herdes und insbesondere
bei seiner Reinigung vermindert wird.
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Durch
seine parabelförmige
Gestalt bündelt der
Spiegel 17 die IR-Strahlung, die auf die optische Einrichtung 9 auftrifft,
an seinem Scheitelpunkt 18. Dort ist das eine Ende des
Lichtleiters 11 angeordnet, so dass die gebündelte IR-Strahlung
am Scheitelpunkt 18 in den Lichtleiter eingekoppelt wird.
Von hier aus wird die IR-Strahlung den Lichtleiter 11 entlang
in das Thermopile 20 geleitet. Dorf setzt das Thermopile 20 die
empfangene IR-Strahlung
in elektrische Signale um, die über
die Leiter 21 in die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 12 weitergeleitet werden.
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Thermopiles
arbeiten entweder nach dem Wechsellicht- oder nach dem Gleichlichtprinzip.
Beim Wechsellichtprinzip wird das Thermopile mit IR-Strahlung abwechselnd
beaufschlagt und nicht beaufschlagt. Die IR-Strahlung trifft zum
Beispiel durch eine sich drehende Lochscheibe auf das Wechsellichtthermopile,
das die eintreffende IR-Strahlung in Relation zum unbestrahlten
Zustand detektiert. Da aber bewegliche Teile wegen ihrer höheren Anfälligkeit
in einem Sensor unerwünscht
sind, wird für
das IR-Thermopile 20 eines nach dem Gleichlichtprinzip
eingesetzt. Gleichlichtthermopiles erfassen eine eintreffende IR-Strahlung
in Relation zu einer Referenztemperatur, in der Regel der Eigentemperatur.
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Daher
leidet die Genauigkeit der Messergebnisse von Gleichlichtthermopiles
unter Temperatureinwirkungen, die während der Messung auftreten. Sowohl
eine konstant erhöhte
Temperatur des Thermopiles 20 als auch ein während des
Betriebs variierender Temperatureinfluss wirkt sich verfälschend auf
das Messergebnis des Thermopiles 20 aus. Im ersten Fall
gibt das Thermopile 20 eine geringere Temperaturdifferenz
an, als ersten Fall gibt das Thermopile 20 eine geringere
Temperaturdifferenz an, als zwischen Gargut und Normaltemperatur
tatsächlich vorhanden
ist. Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 12 lässt demnach
die Kochstelle 4 zu stark oder lange aufheizen. Im zweiten
Fall variiert das Messergebnis trotz an sich gleicher Temperaturdifferenz.
Das Thermopile 20 ist daher nicht im Dom 8 und
damit direkt neben dem Wärme
abstrahlenden Kochtopf 1 angeordnet, dessen Abstrahlung
insbesondere bei längerem
Betrieb auch den Dom 8 und die darin untergebrachten Bauteile
erwärmt.
Das Thermopile 20 ist vielmehr an einer nahezu beliebigen
Stelle im Herd angeordnet, an der zumindest entweder der Temperatureinfluss
möglichst
gering ist oder genügend
Raum zur Verfügung
steht, um das Thermopile 20 gegen Temperatureinflüsse zu schützen. Dazu
ist es mit einer Hülle 19 umgeben,
die wenigstens eine der zwei folgenden Aufgaben übernehmen kann: sie kann entweder
als Dämmung
Temperatureinflüsse
vom Thermopile 20 fernhalten oder sie weist einer große Masse
auf, mit der sie unvermeidliche Temperatureinflüsse auf das Thermopile 20 verlangsamt
und verstetigt.
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Bisher
wurde ein Thermopile unmittelbar hinter einer optische Einrichtung
angeordnet und die von der optischen Einrichtung aufgenommene IR-Strahlung
im wesentlichen direkt in das Thermopile eingekoppelt. Um das Thermopile 20 an
einem in obigen Sinne geeigneten Ort anzuordnen, muss es räumlich von
der optischen Einrichtung 9 getrennt werden können. Dies
erfordert eine möglichst
verlustfreie Übertragungsmöglichkeit
von IR-Strahlung
aus der optischen Einrichtung 9 zum Thermopile 20.
Diese Möglichkeit
bietet der Lichtleiter 11. Er übernimmt am Scheitelpunkt 18 die
von der optischen Einrichtung 9 aufgenommene IR-Strahlung
und leitet sie in das Thermopile 20 ein. Entlang seiner
Länge können Übertragungsverluste
entstehen, wenn IR-Strahlung aus dem Lichtleiter 11 austreten
kann. Um diese Verluste auf dem Übertragungsweg
zu vermeiden, ist der Lichtleiter 11 mit einem (nichtdargestellten)
Mantel umgeben, der IR-Strahlung aus dem Lichtleiter 11 beim
Auftreffen auf den Mantel reflektiert. Andererseits verhindert der
Mantel auch, dass IR-Strahlung von außen in den Lichtleiter eingeleitet
wird und dadurch das beim Thermopile 20 eintreffende Signal verfälscht wird.
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- 1
- Kochtopf
- 2
- Außenwand
- 3
- Boden
- 4
- Kochstelle
- 5
- Kochmulde
- 6
- Heizwendel
- 7
- Zuleitung
zur Heizwendel
- 8
- Dom
- 9
- optische
Einrichtung
- 10
- Emaillierung
- 11
- (Licht-)Leiter
- 12
- Steuerungs-
und/oder Regelungseinrichtung
- 13
- Schalter
- 14
- IR-Sensormodul
- 15
- Siliziumfilter
- 16
- Kratzfeste
Oberfläche
- 17
- Parabolspiegel
- 18
- Scheitelpunkt
des Parabolspiegels 16
- 19
- Hülle
- 20
- Thermopile
- 21
- Leiter