DE102008052324B4

DE102008052324B4 - Schaltereinrichtung für Kochfeld

Info

Publication number: DE102008052324B4
Application number: DE200810052324
Authority: DE
Inventors: Hans Schwaiger
Original assignee: Ident Technology AG
Current assignee: Microchip Technology Germany GmbH
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: DE102008052324A1

Abstract

Schaltereinrichtung für ein Kochfeld (120), aufweisend eine Empfangseinrichtung (10) und mindestens ein Bedienelement (20),
wobei die Empfangseinrichtung (10) eine Elektrodeneinrichtung (250) aufweist,
wobei das mindestens eine Bedienelement (20) mindestens eine erste Elektrode (251) und mindestens eine zweite Elektrode (252) aufweist,
wobei die Elektrodeneinrichtung (250) der Empfangseinrichtung (10) kapazitiv mit der mindestens einen ersten Elektrode (251) des mindestens einen Bedienelements (20) koppelbar ist, wobei ein von der Empfangseinrichtung (10) abgestrahltes elektrisches Feld (fc) zumindest teilweise in die erste Elektrode (251) einkoppelbar ist und wobei mit dem eingekoppelten elektrischen Feld (fc) mindestens eine Modulationseinrichtung (270) mit Energie versorgbar ist,
wobei die mindestens eine zweite Elektrode (252) des mindestens einen Bedienelements (20) mit Erde eine Koppelkapazität (C1) bildet,
wobei eine Bedienung des mindestens einen Bedienelementes (20) kapazitiv an die Empfangseinrichtung (10) übertragbar ist,
wobei eine Last der Empfangseinrichtung (10) der Koppelkapazität (C1) der mindestens einen zweiten Elektrode...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltereinrichtung, insbesondere eine Schaltereinrichtung auf kapazitiver Basis, für ein Kochfeld zur Bedienung des Kochfelds.
Kapazitive Schaltereinrichtungen für Kochfelder, insbesondere für Glaskeramik-Kochfelder, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Kapazitive Schaltereinrichtungen werden beispielsweise bei Glaskeramik-Kochfeldern an der Unterseite der Glaskeramikplatte angeordnet. Eine Annäherung an die unter der Glaskeramikplatte angeordneten kapazitiven Schaltereinrichtungen bewirkt das Schalten einer Funktion entsprechend der der jeweiligen Schaltereinrichtung zugeordneten Schaltfunktion. Die aus dem Stand der Technik bekannten kapazitiven Schaltereinrichtungen weisen Detektorelektroden auf, an denen ein elektrisches Feld abgestrahlt wird. Eine Annäherung an die Detektorelektrode bewirkt eine zumindest teilweise Absorption des elektrischen Felds. Die Änderung des elektrischen Felds wird mit einer Auswerteeinrichtung, an welche die Detektorelektrode angeschlossen ist, detektiert.
Bei mehreren unterhalb der Glaskeramikplatte angeordneten kapazitiven Schaltereinrichtungen ist für jede kapazitive Schaltereinrichtung eine entsprechende Auswerteeinheit oder eine gemeinsame Auswerteeinheit, an welche sämtliche Detektorelektroden angeschlossen sind, vorhanden. Die Detektorelektroden sind dabei entweder über Kabel mit der Auswerteeinheit verbunden oder zusammen mit der Auswerteeinheit auf einer zusammenhängenden Leiterplatte aufgebaut. Die Größe und Geometrie einer solchen Leiterplatte hängt schließlich von der Anordnung und der Anzahl der für das Kochfeld benötigten Schaltfunktionen ab. Für unterschiedliche Varianten eines Kochfelds müssen so unterschiedliche Leiterplatten bereitgestellt werden.
Aus der DE 10 2006 007 169 A1 ist eine Bedieneinrichtung zur Steuerung eines Elektrogerätes bekannt. Die Bedieneinrichtung weist eine Anzahl von Bedienelementen zur Erzeugung von Bediensignalen auf, welche an das Elektrogerät weitergegeben werden. Die Bedienelemente weisen kapazitive Sensorelemente auf, welche mit einer Auswerteeinrichtung des Elektrogerätes gekoppelt sind. Ein von dem Bedienelement bereitgestelltes Signal ist an die Auswerteeinrichtung des Elektrogerätes übertragbar.
Aus der WO 2000/060537 A1 ist eine Chip-Karte, an welcher kapazitive Sensorschalter angeordnet sind, bekannt. Der kapazitive Sensorschalter wird durch zwei Metallflächen, welche einen Kondensator bilden, gebildet. Eine Veränderung der Ladung des Kondensators, welche durch Berührung des kapazitiven Sensorschalters bewirkt wird, ist von einer Auswerteschaltung auswertbar.
Die CH 507 623 zeigt einen berührungsempfindlichen Sensor mit einer Sensorelektrode, welche mit einem Oszillator gekoppelt ist, wobei eine Impedanzänderung an der Sensorelektrode eine Veränderung des Oszillatorsignals bewirkt. Eine Änderung der kapazitiven Umgebung des Sensorelementes führt zu einer Verstimmung des Schwingkreises.
Auch die DE 30 36 049 A1 beschäftigt sich mit kapazitiven Berührungsschaltern. Insbesondere ist aus der DE 30 36 049 A1 eine Anordnung von Elektroden eines Berührungsschalters auf einer Glasscheibe bekannt. Eine Detektorschaltung detektierte Kapazität bzw. die Kapazitätsänderung des durch die Elektroden gebildeten Kondensators.
Aus der GB 2 234 352 A ist ein kapazitiver Schalter im Schichtenaufbau bekannt. Die Elektroden des Kapazitiven Schalters sind mit einer Auswerteschaltung gekoppelt, welche eine Kapazitätsänderung zwischen den Elektroden bzw. den Elektrodenschichten detektiert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltereinrichtung, insbesondere eine kapazitive Schaltereinrichtung für ein Kochfeld, insbesondere für ein Glaskeramik-Kochfeld, bereitzustellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise vermeidet.
Demnach wird eine Schaltereinrichtung für ein Kochfeld bereitgestellt, welche eine Empfangseinrichtung und mindestens ein Bedienelement aufweist, wobei die Empfangseinrichtung eine Elektrodeneinrichtung aufweist, wobei das mindestens eine Bedienelement mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode aufweist, wobei die Elektrodeneinrichtung der Empfangseinrichtung kapazitiv mit der mindestens einen ersten Elektrode des mindestens einen Bedienelements koppelbar ist, wobei die mindestens eine zweite Elektrode des mindestens einen Bedienelements mit Erde eine Koppelkapazität bildet, wobei eine Bedienung des mindestens einen Bedienelementes kapazitiv an die Empfangseinrichtung übertragbar ist, wobei eine Last der Empfangseinrichtung der Koppelkapazität der mindestens einen Elektrode des mindestens einen Bedienelements mit Erde entspricht, und wobei die Elektrodeneinrichtung der Empfangseinrichtung durch unterhalb des Kochfeldes angeordnete leitfähige Strukturen des Kochfeldes gebildet wird. Dadurch wird eine Schaltereinrichtung bereitgestellt, welche durch eine besonders kompakte Bauweise und die kapazitive Koppelung zur Empfangseinrichtung einfach und besonders Platz sparend unterhalb des Kochfeldes angeordnet werden kann.
In einer Ausführungsform weist das Bedienelement mindestens eine Modulationseinrichtung auf, welche zum Modulieren einer elektrischen Größe des Bedienelementes in Abhängigkeit von der Änderung der Koppelkapazität der Elektrode mit Erde ausgestaltet ist. Annäherungen an die Schaltereinrichtung und/oder Berühren der Schaltereinrichtung können so durch die Empfangseinrichtung detektiert werden.
Das Bedienelement kann so ausgestaltet sein, dass eine Änderung der Koppelkapazität der Elektrode mit Erde eine Veränderung der Last der Empfangseinrichtung bewirkt.
Die Änderung der Koppelkapazität der Elektrode mit Erde kann eine Modulation einer elektrischen Größe des Bedienelementes bewirkt.
Bevorzugt kann ein von der Empfangseinrichtung abgestrahltes elektrisches Feld zumindest teilweise in die Elektrode einkoppelbar sein, wobei die Modulation der elektrischen Größe des Bedienelementes eine Modulation der Last an der Empfangseinrichtung bewirkt. Die Modulation kann eine Amplitudenmodulation umfassen.
Die Modulationseinrichtung kann einen Schwingkreis oder einen Frequenzteiler umfassen. Damit können mehrere Modulationseinrichtungen für die Empfangseinrichtung unterscheidbar ausgestaltet werden.
Die Modulationseinrichtungen der mindestens einen Bedienelemente können dazu ausgestaltet sind, eine für das jeweilige Bedienelement indikative Frequenzmodulation der elektrischen Größe zu bewirken.
In einer Ausführungsform kann die Empfangseinrichtung aufweisen: einen elektrischen Kreis zum Erzeugen eines elektrischen Feldes, welches in die Elektrode des Bedienelementes einkoppelbar ist, wobei der elektrische Kreis mit der Elektrodeneinrichtung koppelbar ist, und Mittel zum Auswerten einer elektrischen Größe.
Die Auswertung kann eine Erfassung einer Lastveränderung in dem elektrischen Kreis umfassen.
Die Lastveränderung kann zumindest einen frequenzmodulierten Anteil umfassen, wobei die Auswertung ein Trennen der frequenzmodulierten Anteile der Lastveränderung umfasst.
Das mindestens eine Bedienelement kann bevorzugt an der Unterseite des Kochfeldes so angeordnet sein, dass die zweite Elektrode der Unterseite des Kochfeldes zugewandt ist.
An der Oberseite des Kochfeldes kann oder unterhalb der Oberfläche des Kochfeldes eine Hilfselektrode angeordnet sein, wobei die Anordnung der Hilfselektrode so gewählt ist, dass diese mit der zweiten Elektrode des Bedienelements kapazitiv gekoppelt ist.
Des Weiteren wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kochfeldes mit einer Oberseite und einer Unterseite bereitgestellt, wobei an der Unterseite eine Struktur mit einer vorherbestimmten Anzahl von kapazitiven Schaltelementen anordenbar ist und wobei Bedienelemente für das Kochfeld erzeugt werden, indem leitfähigen Strukturen auf der Oberseite des Kochfeldes aufgebracht werden, derart, dass sie mit dem jeweiligen Schaltelement in kapazitive Koppelung bringbar sind. Eine Anzahl von kapazitiven Schaltelementen können so an der Unterseite eines Kochfeldes angeordnet werden, wobei die Aktivierung der einzelnen Schaltelemente durch Aufbringen einer leitfähigen Struktur an der Oberfläche des Kochfeldes erfolgt. Die leitfähigen Strukturen werden so an der Oberfläche aufgebracht, dass sie sich im Wesentlichen genau gegenüber der Schaltelemente befinden. Durch die kapazitive Koppelung zwischen den leitfähigen Strukturen und den jeweiligen Schaltelementen kann die Annäherung der Bedienperson an eine leitfähige Struktur durch das dazugehörige kapazitive Schaltelemente erkannt werden. Schaltelemente denen keine leitfähige Struktur zugeordnet ist können so deaktiviert werden. Damit ist es möglich für verschiedene Ausstattungsvarianten von Kochfeldern einheitliche Strukturen von Schaltelementen bereitzustellen, wobei die Aktivierung durch leitfähige Strukturen an der Oberfläche des Kochfeldes erfolgt.
Das Anordnen von leitfähigen Strukturen an der Oberfläche des Kochfeldes kann etwa durch Aufdampfen erfolgt.
Vorzugsweise sind die leitfähigen Strukturen mit den jeweiligen kapazitiven Schaltelementen in kapazitive Koppelung mit einer vorbestimmten Koppelkapazität bringbar sind.
Die kapazitiven Schaltelemente weisen mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode auf, wobei die kapazitiven Schaltelemente mindestens eine Modulationseinrichtung aufweisen, welche zum Modulieren einer elektrischen Größe des jeweiligen kapazitiven Schaltelements in Abhängigkeit von der Änderung der Koppelkapazität der jeweiligen leitfähigen Strukturen mit Erde ausgestaltet ist, und wobei die zweite Elektrode mit der jeweiligen leitfähigen Struktur in kapazitive Koppelung mit einer vorbestimmten Koppelkapazität bringbar ist. Durch die Annäherung der Bedienperson an die leitfähige Struktur wird eine elektrische Größe des der leitfähigen Struktur zugeordneten Schaltelements moduliert, vorzugsweise amplitudenmoduliert, wobei die Amplitude der Modulation von der kapazitiven Koppelung zwischen der Bedienperson und der leitfähigen Struktur abhängt.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt
1 ein Glaskeramik-Kochfeld mit einer erfindungsgemäßen kapazitiven Schaltereinrichtung;
2 einen möglichen Schaltplan als Ersatzschaltbild mit einer Empfangseinrichtung und mindestens einem Bedienelement, wobei an die Empfangseinrichtung das mindestens eine Bedienelement kapazitiv gekoppelt ist;
3a eine Ausführungsform einer Detektorelektrode eines Bedienelements einer erfindungsgemäßen kapazitiven Schaltereinrichtung; und
3b eine weitere Ausführungsform einer Detektorelektrode eines Bedienelements einer erfindungsgemäßen kapazitiven Schaltereinrichtung.
1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Schaltereinrichtung für ein Kochfeld 120, wobei die Bedienelemente, welche zur Bedienung des Kochfelds dienen, an der Unterseite 121 des Kochfelds 120 angeordnet sind.
Der Aufbau der Bedienelemente 20 wird mit Bezug auf die nachfolgenden 2, 3a und 3b näher beschrieben.
Die Bedienelemente 20 sind kapazitiv an eine Empfangseinrichtung 10 angekoppelt. Die kapazitive Koppelung der Bedienelemente 20 mit der Empfangseinrichtung 10 erfolgt hierbei über eine Elektrodeneinrichtung 250, der sog. Server-Elektrode, wobei die Server-Elektrode 250 mit der Empfangseinrichtung 10 gekoppelt ist und wobei an der Server-Elektrode 250 ein von der Empfangseinrichtung erzeugtes elektrisches Wechselfeld abgestrahlt wird. Das abgestrahlte Wechselfeld fc wird an einer in 1 nicht näher gezeigten ersten Elektrode 251, der sog. Einkoppelelektrode des Bedienelementes 20 eingekoppelt. Dieses an der Empfangselektrode 251 eingekoppelte elektrische Wechselfeld dient gleichzeitig dazu die Bedienelemente 20 mit Energie zu versorgen. Dies kann beispielsweise über eine Gleichrichtereinrichtung im Bedienelement 20 realisiert werden.
Ein Bedienelement 20 weist eine in 1 nicht näher gezeigte zweite Elektrode, die sog. Detektorelektrode 252 auf. Diese Detektorelektrode ist mit einer bestimmten Kapazität C1 mit Erde gekoppelt. Die Annäherung, beispielsweise eines Fingers einer Bedienperson, an die Detektorelektrode 252 bewirkt eine Veränderung der kapazitiven Koppelung C1 der Detektorelektrode gegen Erde, da ein Teil des an der Detektorelektrode abgestrahlten elektrischen Felds durch den Körper des Bedieners 260 absorbiert wird.
Die Veränderung dieser Koppelkapazität C1 bewirkt, dass eine in 1 nicht näher gezeigte Modulationseinrichtung des Bedienelementes 20 eine elektrische Größe des Bedienelements 20 amplitudenmoduliert, was zu einer Veränderung der Last der Empfangseinrichtung 10 führt. Diese Lastmodulation wird von der Empfangseinrichtung 10 detektiert, so dass die Empfangseinrichtung 10 eine entsprechende, dem Bedienelement 20 zugeordnete Funktion an dem Kochfeld ausführen bzw. bereitstellen kann.
Die Empfangseinrichtung 10 kann entsprechende Schaltsignale der jeweiligen Bedienelemente 20 auch an die Steuerelektronik 300 des Kochfelds 120 weitergeben.
Um eine einwandfreie Funktion der Bedienelemente 20 sicherzustellen, ist es notwendig, das an der Serverelektrode 250 abgestrahlte Wechselfeld fc entsprechend nahe an die Bedienelemente 20 zu bringen, damit das abgestrahlte elektrische Wechselfeld fc in die Einkoppelelektroden 251 der Bedienelemente 20 entsprechend eingekoppelt werden kann. Als Serverelektrode 250 können hierzu die unterhalb des Glaskeramik-Kochfelds 120 angeordneten leitfähigen Strukturen, beispielsweise Wärmeabschirmbleche oder Haltewinkel, verwendet werden. Alternativ hierzu können einfache leitfähige Flächen oder Strukturen, die mit der Empfangseinrichtung 10 über eine einpolige Drahtverbindung kontaktiert werden, verwendet werden, um das elektrische Wechselfeld fc in die Nähe der Bedienelemente 20 zu bringen.
Die kapazitive Koppelung der Bedienelemente 20 an die Empfangseinrichtung 10, sowie die Verwendung bereits vorhandener leitfähiger Strukturen an der Unterseite des Glaskeramik-Kochfelds 120 haben den Vorteil, dass die dem Bedienelement 20 zugeordneten Leiterplatten sowie deren Kontaktierung zu den Bedienelementen 20 vollständig entfallen können.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Bedienelemente 20 an einer beliebigen Position unterhalb des Glaskeramik-Kochfelds 120 angeordnet werden können.
Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass die Anordnung und die Anzahl der Bedienelemente nur Einfluss auf den mechanischen Aufbau des Glaskeramik-Kochfelds, nicht aber auf den Aufbau des Unterbaus des Glaskeramik-Kochfelds bzw. der Steuerelektronik 300 eines Glaskeramikherds haben. Die Empfangseinrichtung 10 kann darüber hinaus in die Steuerelektronik 300 des Geräts mit geringem Mehraufwand integriert werden. So kann beispielsweise der für die Herdsteuerung vorgesehene Mikro-Controller auf einfache Art und Weise um die Funktionalität der Empfangseinrichtung 10 erweitert werden.
Weil die Bedienelemente 20 über das elektrische Wechselfeld fc mit Energie versorgbar sind, muss für die Bedienelemente 20 keine zusätzliche bzw. externe Energieversorgung bereitgestellt werden. Bei entsprechender Ausgestaltung der Empfangseinrichtung 10 müssen zur Erweiterung der Funktionalität eines Kochfelds lediglich entsprechende zusätzliche Bedienelemente 20 an der Unterseite des Kochfelds angeordnet werden. Die Anpassung der Funktionalität hinsichtlich weiterer Bedienelemente 20 erfolgt dann ausschließlich in der Empfangseinrichtung 10 bzw. in der Steuerelektronik 300 des Kochfelds. Der Unterbau des Kochfeldes kann unverändert bleiben.
2 zeigt eine Ausgestaltung (als Ersatzschaltbild) einer kapazitiven Schaltereinrichtung mit zwei Bedienelementen 20, 20' und einer Empfangseinrichtung 10, an welche die Bedienelemente 20, 20' kapazitiv gekoppelt sind. Die kapazitive Schaltereinrichtung ist hinter der Glaskeramikplatte 120 eines Kochfeldes angeordnet.
Die Empfangseinrichtung 10 besteht im Wesentlichen aus einem Generator 240 und einem aus einer Induktivität 241 und einer Kapazität 242 gebildeten LC-Schwingkreis. Der LC-Schwingkreis kann als Serienschwingkreis oder als Parallelschwingkreis ausgebildet sein. Parallel zum LC-Schwingkreis liegt eine Elektrodeneinrichtung 250, welche als Sendeelektrode betrieben wird, sowie eine Auswerteeinrichtung 245. Die Sendeelektrode 250 wird durch die hinter dem Glaskeramikfeld angeordneten und zum Glaskeramikfeld gehörenden elektrisch leitfähigen Strukturen gebildet.
Der Generator 240 der Empfangseinrichtung 10 erzeugt eine Wechselspannung mit welcher ein LC-Schwingkreis 241, 242 angeregt wird. Der LC-Schwingkreis erzeugt ein elektrisches Wechselfeld mit genügend großer Reichweise. Das elektrische Wechselfeld fc wird an der Sendeelektrode 250 abgestrahlt und in die Einkoppelelektrode 251 der Bedienelemente 20, 20' eingekoppelt.
Die Bedienelemente 20, 20' werden jeweils von einer Einkoppelelektrode 251, 251', einer Detektorelektrode 252, 252' und einer Modulationseinrichtung 270, 270' gebildet.
Mit der Einkoppelung des an der Sendeelektrode 250 abgestrahlten elektrischen Wechselfeldes fc in die Einkoppelelektroden 251, 251' werden gleichzeitig auch die Modulationseinrichtungen 270, 270' mit Energie versorgt. Dies kann z. B. mittels einer Gleichrichterschaltung erfolgen.
Die Anordnung der Sendeelektrode 250 gegenüber den Einkoppelelektroden 251, 251' ist so gewählt, dass das von der Sendeelektrode 250 abgestrahlte elektrische Wechselfeld fc an den Einkoppelelektroden 251, 251' einkoppelbar ist und dass die kapazitive Koppelung groß genug ist, um die Modulationseinrichtungen 270, 270' ausreichend mit Energie zu versorgen.
Über das eingekoppelte elektrische Wechselfeld fc wird von den Modulationseinrichtungen 270, 270' die Last der Empfangseinrichtung 10 amplitudenmoduliert. Diese Modulation der Last ist von der Empfangseinrichtung 10 detektierbar.
Die von den Modulationseinrichtungen 270, 270' vorgenommene Modulation der Last wird von der Auswerteeinrichtung 245 ausgewertet.
Nähert sich, wie in 2 gezeigt, eine Hand oder ein Finger 260 der Oberfläche des Glaskeramikfeldes 120 in dem Bereich, in dem sich an der Rückseite ein Bedienelement befindet, führt dies dazu, dass sich die durch den Finger 260 und die Detektorelektrode 252 gebildete Koppelkapazität C1 mit zunehmender Annäherung verändert. Die Änderung der Koppelkapazität C1 führt dazu, dass sich der Pegel, mit welcher die Last der Empfangseinrichtung 10 amplitudenmoduliert wird, ändert. Vorzugsweise vergrößert sich dabei der Pegel der Amplitude.
An eine Empfangseinrichtung 10 können mehrere Bedienelemente kapazitiv gekoppelt werden, wobei jedes Bedienelement (bzw. die dazugehörigen Modulationseinrichtungen) bei Annäherung bzw. Berührung die Last der Empfangseinrichtung 10 entsprechend amplitudenmoduliert.
Um die Lastmodulation, welche durch mehrere Modulationseinrichtungen bewirkt wird, für die Empfangseinrichtung 10 unterscheidbar zu machen, sind die einzelnen Modulationseinrichtungen so ausgestaltet, dass die Empfangseinrichtung 10 die von den jeweiligen Modulationseinrichtungen amplitudenmodulierte Last getrennt detektieren und entsprechend den einzelnen Modulationseinrichtungen zuordnen kann.
Hierfür können an den Modulationseinrichtungen unterschiedliche Maßnahmen vorgesehen werden.
Beispielsweise können die einzelnen Modulationseinrichtungen einen freilaufenden Oszillator vorsehen, welche jeweils mit einer unterschiedlichen Oszillator-Frequenz betrieben werden (die Last wird also jeweils mit einer Oszillator-Frequenz amplitudenmoduliert), so dass an der Empfangseinrichtung 10 ein Gemisch aus Frequenzen mit jeweils unterschiedlichen Amplituden anliegt, welches z. B. mit Hilfe einer Fourier-Transformation (z. B. FFT) entsprechend getrennt werden kann.
Anstelle eines freilaufenden Oszillators kann in den Modulationseinrichtungen auch ein Frequenzteiler vorgesehen sein, welcher die Frequenz des von der Empfangseinrichtung 10 abgestrahlten elektrischen Wechselfeldes entsprechend eines eingestellten Teilungsverhältnisses teilt. Vorzugsweise ist das Teilungsverhältnis in den einzelnen Modulationseinrichtungen verschieden, so dass die einzelnen Modulationseinrichtungen jeweils mit unterschiedlicher Frequenz die Last der Empfangseinrichtung 10 amplitudenmodulieren. Auch hier wird an der Empfangseinrichtung 10 ein Gemisch aus Frequenzen mit jeweils unterschiedlichen Amplituden detektiert, welches z. B. mit Hilfe einer Fourier-Transformation getrennt werden kann. Das Teilungsverhältnis der jeweiligen Modulationseinrichtungen ist der Empfangseinrichtung bekannt, sodass eine eindeutige Zuordnung eines getrennten Signals zu einer Modulationseinrichtung gewährleistet ist.
Die Empfangseinrichtung 10 bzw. die Auswerteeinheit 245 kann mit einer Steuereinheit bzw. Gerätesteuerung 300 gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann die Auswerteeinheit 245 an mehreren Ausgängen jeweils einen Schaltpegel (z. B. einen High- oder Low-Pegel) einer Schaltereinrichtung zur Verfügung stellen.
3a zeigt eine Ausführungsform für eine Ausgestaltung einer Detektorelektrode 252 mit einer zusätzlichen Hilfselektrode 253.
Das Bedienelement 20 ist an der Unterseite 121 des Kochfelds 120 so angeordnet, dass sich die Detektorelektrode 252 direkt an der Unterseite 121 des Kochfelds befindet. Da das Kochfeld 120 eine bestimmte Dicke aufweist, führt dies dazu, dass ein sich dem Bedienelement annähernder Finger 260 einer Bedienperson die Detektorelektrode 252 nicht berühren kann, sondern sich nur bis zu einem bestimmten Abstand (welcher der Dicke des Kochfelds 120 entspricht) annähern kann. Umwelteinflüsse oder Schwankungen in der Koppelkapazität zwischen der Detektorelektrode 252 gegen Erde über den Körper des Bedieners können dazu führen, dass beispielsweise das an der Detektorelektrode 252 abgestrahlte elektrische Feld nicht genügend absorbiert wird, so dass u. U. die dem Bedienelement 20 zugeordnete Schaltfunktionalität nicht ausgelöst wird.
Dies wird verhindert, indem an der Oberfläche 122 des Kochfelds 120 eine leitfähige Struktur 253 vorgesehen wird, welche im Wesentlichen in dem Bereich des Kochfelds 120 angeordnet ist, an dessen Rückseite 121 sich die Bedienelemente 20 befinden. Diese zusätzliche leitfähige Struktur, die sog. Hilfselektrode 253, ist mit einer vorbestimmten Koppelkapazität C2 mit der Detektorelektrode 252 gekoppelt. Die Detektorelektrode 252 ermöglicht damit die eindeutige Detektion eines Schaltpunktes.
Zwischen dem Finger 260 und der Hilfselektrode 253 wird eine Koppelkapazität C3 gebildet. Im Ersatzschaltbild entsprechen die Koppelkapazitäten C2 und C3 zwei in Serie geschalteter Kondensatoren mit der Kapazität C2 und mit einer sich mit zunehmender Annäherung des Fingers ansteigenden Kapazität C3. Zwischen dem Finger 260 und der Detektorelektrode 252 wird so eine von den Koppelkapazitäten C2 und C3 gebildete Gesamtkapazität gebildet.
Die Veränderung der Koppelkapazität C3 durch einen sich annähernden Finger bewirkt, dass sich auch die Gesamtkapazität zwischen dem Finger 260 und der Detektorelektrode 252 ändert. Die Änderung der Gesamtkapazität führt wiederum dazu, dass die Modulationseinrichtung 270 des Bedienelementes 20 eine elektrische Größe des Bedienelements 20 amplitudenmoduliert, was zu einer Veränderung der Last der Empfangseinrichtung 10 führt.
Das Berühren der Hilfselektrode 253 durch den Finger 260 führt dazu, dass die Gesamtkapazität zwischen dem Finger und der Detektorelektrode 252 sprunghaft ansteigt und im Wesentlichen der Koppelkapazität C2 entspricht. Dieser sprunghafte Anstieg der Gesamtkapazität kann von der Empfangseinrichtung 10 detektiert werden, so dass ein eindeutiger Schaltpunkt ermittelt werden kann.
Mit der zusätzlichen Hilfselektrode 253 kann Funktionalität bereitgestellt werden, bei der beispielsweise zwischen der Annäherung eines Fingers und der Berührung unterschieden werden muss.
In 3b ist eine alternative Ausgestaltung zu 3a gezeigt, bei der die zusätzliche Hilfselektrode 253 direkt unterhalb der Oberfläche 122 des Kochfelds 120 angeordnet ist. Damit wird die Hilfselektrode 253 vor Umwelteinflüssen und Zerstörung effektiv geschützt. Dennoch wird durch diese Anordnung erreicht, dass die Empfangseinrichtung 10 einen eindeutigen Schaltpunkt detektieren kann.
Bei Berühren der Oberfläche 122 durch den Finger 260 ist der Abstand zwischen der Fingerkuppe des Fingers 260 und der Hilfselektrode 253 sehr gering. Wegen der Anordnung der Hilfselektrode 253 direkt unter der Oberfläche 122 des Glaskeramik-Kochfelds kann auch hier ein sprunghafter Anstieg des Signalpegels in der Empfangseinrichtung 10 detektiert werden, da sich bei Berühren der Oberfläche 122 durch den Finger 260 die Fingerkuppe des Fingers vergrößert, was zu einem sprunghaften Anstieg der kapazitiven Koppelung C3 zwischen der Hilfselektrode 253 und dem Finger 260 führt. Die Gesamtkapazität zwischen dem Finger und der Detektorelektrode 252 steigt bei entsprechender Dimensionierung der Koppelkapazität C2 ebenfalls sprunghaft an. Wie in der Ausgestaltung nach 3a kann dieser sprunghafte Anstieg der Gesamtkapazität zwischen dem Finger und der Detektorelektrode 252 von der Empfangseinrichtung 10 eindeutig detektiert werden und eindeutig einem Schaltpegel zugeordnet werden.
Die in 3a und 3b gezeigten Hilfselektroden 253 können beispielsweise durch leitfähige Strukturen, welche Bestandteil der Glaskeramik-Kochfelds 120 sind, realisiert werden. Beispielsweise können die Hilfselektroden 253 auch durch Aufdampfen von leitfähigen Strukturen auf die Oberfläche 122 des Glaskeramik-Kochfelds realisiert werden.
Ist die Empfangseinrichtung 10 so ausgestaltet, dass sie ein Betätigen eines Bedienelements 20 aufgrund eines sprunghaften Anstiegs des dem Bedienelement 20 zugeordneten Signalpegels detektiert, so können beispielsweise Glaskeramikplatten 120 für Glaskeramikkochfelder bereitgestellt werden, an deren Unterseite 121 sämtliche, für alle Modellvarianten notwendigen Bedienelemente 20 angeordnet sind. Die Aktivierung eines oder mehrerer Bedienelemente, und damit die Definition einer Modellvariante, kann dann durch Anbringen der entsprechenden Hilfselektroden 253 erfolgen, beispielsweise während der Produktion der Glaskeramikplatte für das Glaskeramikkochfeld. Für jene Bedienelemente 20, denen keine Hilfselektrode 253 zugeordnet ist, kann die Empfangseinrichtung 10 keinen sprunghaften Anstieg einer Gesamtkapazität detektieren. Alternativ kann die Empfangseinrichtung 10 so ausgestaltet sein, dass nach dem Montagevorgang des Glaskeramik-Kochfelds ein einmaliger Initialisierungsschritt durchgeführt wird, bei dem sämtliche an der Oberfläche 122 angeordneten Hilfselektroden 253 berührt werden, um so durch die Empfangseinrichtung 10 eine Definition der aktiven Bedienelemente zu ermöglichen. Diese Definition der aktiven Bedienelemente 20 kann wiederum durch Auswerten eines sprunghaften Anstiegs der Gesamtkoppelung durch die Empfangseinrichtung 10 erfolgen.
Selbstverständlich kann die hier vorgeschlagene kapazitive Schaltereinrichtung auch für die Bedienung anderer Geräte, insbesondere für Haushaltsgeräte verwendet werden, wobei an der Rückseite einer Bedienblende angeordnete, zum Gerät gehörende leitfähige Strukturen verwendet werden können, um die Serverelektrode 250 einer Empfangseinrichtung bilden.

Claims

Schaltereinrichtung für ein Kochfeld (120), aufweisend eine Empfangseinrichtung (10) und mindestens ein Bedienelement (20), wobei die Empfangseinrichtung (10) eine Elektrodeneinrichtung (250) aufweist, wobei das mindestens eine Bedienelement (20) mindestens eine erste Elektrode (251) und mindestens eine zweite Elektrode (252) aufweist, wobei die Elektrodeneinrichtung (250) der Empfangseinrichtung (10) kapazitiv mit der mindestens einen ersten Elektrode (251) des mindestens einen Bedienelements (20) koppelbar ist, wobei ein von der Empfangseinrichtung (10) abgestrahltes elektrisches Feld (fc) zumindest teilweise in die erste Elektrode (251) einkoppelbar ist und wobei mit dem eingekoppelten elektrischen Feld (fc) mindestens eine Modulationseinrichtung (270) mit Energie versorgbar ist, wobei die mindestens eine zweite Elektrode (252) des mindestens einen Bedienelements (20) mit Erde eine Koppelkapazität (C1) bildet, wobei eine Bedienung des mindestens einen Bedienelementes (20) kapazitiv an die Empfangseinrichtung (10) übertragbar ist, wobei eine Last der Empfangseinrichtung (10) der Koppelkapazität (C1) der mindestens einen zweiten Elektrode (252) des mindestens einen Bedienelements (20) mit Erde entspricht, wobei die mindestens eine Modulationseinrichtung (270) des Bedienelements (20), welche zum Modulieren einer elektrischen Größe des Bedienelementes (20) in Abhängigkeit von der Änderung der Koppelkapazität (C1) der zweiten Elektrode (252) mit Erde aus gestaltet ist und wobei die Modulation der elektrischen Größe des Bedienelementes (20) eine Veränderung der Last an der Empfangseinrichtung (10) bewirkt, und wobei die Elektrodeneinrichtung (250) der Empfangseinrichtung (10) durch unterhalb des Kochfeldes (120) angeordnete leitfähige Strukturen des Kochfeldes (120) gebildet wird.
Schaltereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Bedienelement (20) so ausgestaltet ist, dass eine Änderung der Koppelkapazität (C1) der Elektrode (252) mit Erde eine Veränderung der Last der Empfangseinrichtung (10) bewirkt.
Schaltereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Modulation eine Amplitudenmodulation umfasst.
Schaltereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Modulationseinrichtung (270) eines von Schwingkreis und Frequenzteiler umfasst.
Schaltereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Modulationseinrichtungen (270) der mindestens einen Bedienelemente (20) dazu ausgestaltet sind, eine für das jeweilige Bedienelement (20) indikative Frequenzmodulation der elektrischen Größe zu bewirken.
Schaltereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Empfangseinrichtung (10) weiter aufweist: einen elektrischen Kreis (240, 241, 242) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes (fc), welches in die Elektrode (251) des Bedienelementes (20) einkoppelbar ist, wobei der elektrische Kreis (240, 241, 242) mit der Elektrodeneinrichtung (250) koppelbar ist, und Mittel (245) zum Auswerten einer elektrischen Größe.
Schaltereinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Auswertung eine Erfassung einer Lastveränderung in dem elektrischen Kreis (240, 241, 242) umfasst.
Schaltereinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Lastveränderung zumindest einen frequenzmodulierten Anteil umfasst und wobei die Auswertung ein Trennen der frequenzmodulierten Anteile der Lastveränderung umfasst.
Schaltereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der elektrische Kreis einen LC-Schwingkreis (241, 242) mit einer Signalgeberschaltung (240), zur Erzeugung des elektrischen Feldes (fc) umfasst, wobei die Elektrodeneinrichtung (250) parallel zum LC-Schwingkreis (241, 242) geschaltet ist, wobei die Kapazität der Elektrodeneinrichtung (250) einen Bestandteil der Schwingkreiskapazität bildet und wobei das vom LC-Schwingkreis erzeugte elektrische Feld (fc) an der Elektrodeneinrichtung (250) abstrahlbar ist.
Schaltereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Bedienelement (20) an der Unterseite (121) des Kochfeldes (120) so angeordnet ist, dass die zweite Elektrode (252) der Unterseite (121) des Kochfeldes (120) zugewandt ist.
Schaltereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Oberseite (122) des Kochfeldes (120) oder unterhalb der Oberfläche (122) des Kochfeldes (120) eine Hilfselektrode (253) angeordnet ist, wobei die Anordnung der Hilfselektrode (253) so gewählt ist, dass diese mit der zweiten Elektrode (252) des Bedienelements (20) kapazitiv (C2) gekoppelt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kochfeldes (120) mit einer Oberseite (122) und einer Unterseite (121), wobei an der Unterseite (121) eine Struktur mit einer vorherbestimmten Anzahl von kapazitiven Schaltelementen (20) anordenbar ist und wobei Bedienelemente für das Kochfeld erzeugt werden, indem leitfähige Strukturen (253) auf der Oberseite (122) des Kochfeldes aufgebracht werden, derart, dass sie mit dem jeweiligen Schaltelement (20) in kapazitive Koppelung bringbar sind, wobei die kapazitiven Schaltelemente (20) jeweils mindestens eine erste Elektrode (251) und mindestens eine zweite Elektrode (252) aufweisen, wobei die kapazitiven Schaltelemente (20) jeweils mindestens eine Modulationseinrichtung (270) aufweisen, welche zum Modulieren einer elektrischen Größe des jeweiligen kapazitiven Schaltelements (20) in Abhängigkeit von der Änderung der Koppelkapazität (C3) der jeweiligen leitfähigen Strukturen (253) mit Erde ausgestaltet ist, und wobei die zweite Elektrode (252) mit der jeweiligen leitfähigen Struktur (253) in eine kapazitive Koppelung mit einer vorbestimmten Koppelkapazität (C2) bringbar ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Anordnen von leitfähigen Strukturen (253) an der Oberfläche (122) des Kochfeldes (120) durch Aufdampfen von leitfähigem Material erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die leitfähigen Strukturen (253) mit den jeweiligen kapazitiven Schaltelementen (20) in kapazitive Koppelung mit einer vorbestimmten Koppelkapazität (C2) bringbar sind.