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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Aufsatzgeräts
an einer Arbeitszone eines Betriebsgeräts und ein zur Durchführung
des Verfahrens eingerichtetes Betriebsgerät.
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DE 101 56 777 A1 offenbart
ein Verfahren zur Übertragung der Einstellungsdaten einer
Kochstelle eines Gargeräts auf eine andere Kochstelle desselben
Gargeräts. Ein Verfahren der eingangs genannten Art, das
so auszugestalten ist, dass es mit beliebigem Kochgeschirr durchführbar
ist, ist gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) Erkennen
mittels eines unabhängig von einem Datenträger am
Kochgeschirr arbeitenden Erfassungssystems, ob sich Kochgeschirr
auf einer Kochstelle befindet, b) Erfassen der aktuellen Einstellungsdaten
einer belegten Kochstelle mittels einer Steuereinheit, c) Erkennen
mittels des Erfassungssystems, ob Kochgeschirr von einer Kochstelle
auf eine andere Kochstelle versetzt wurde und d) Übermitteln
der im Verfahrensschritt b) erfassten Einstellungsdaten der ersten Kochstelle
mittels der Steuereinheit an die neu belegte Kochstelle. Weiterhin
wird ein Gargerät zur Durchführung dieses Verfahrens
offenbart.
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DE 103 55 455 A1 offenbart
eine Gaskochstelle sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Gaskochstelle.
Es sind Gaskochstellen mit einem Heizfeld bekannt, das eine Anzahl
von Gasbrennern zur Beheizung zumindest eines auf dem Heizfeld abgestellten
Gargutbehältnisses aufweist, und mit einem Topferkennungsmittel,
das die Größe des Gargutbehältnisses
erfasst. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Gaskochstelle
erfasst das Topferkennungsmittel unabhängig von der Position
des Gargutbehältnisses auf dem Heizfeld die Größe
des Gargutbehältnisses.
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US 5,746,114 beschreibt
ein intelligentes Garsystem, umfassend Gargeschirr wie etwa Kochtöpfe,
Suppentöpfe usw., die einen Temperatursensor zum Erfassen
entweder der Temperatur des Gargeschirrs oder irgendeines sich darin
befindlichen Inhalts aufweisen. Eine Vielzahl von Heizoberflächen weist
jeweils eine Oberfläche zum Tragen des Gargeschirrs und
zum Übertragen von Wärme auf das Gargeschirr auf.
Ein Temperatursteuerknopf zum Einstellen einer gewünschten
Gartemperatur und ein Zeitsteuerknopf werden ebenfalls bereitgestellt.
Ein Controller ist zum Steuern der Temperatur der Heizoberfläche beruhend
auf Temperatursignalen, die er vom Sensor empfängt, und
der gewünschten Gartemperatur über eine Infrarotschnittstelle
mit dem Temperatursteuerknopf, dem Zeitsteuerknopf, der Heizoberfläche
und dem Temperatursensor funktionell verbunden. Jedes der Gargeschirre
und jede der Heizoberflächen werden vom Controller unterschieden,
um die Bewegung jeglichen Gargeschirrs zwischen einer oder mehreren
Heizoberflächen nachzuverfolgen. Wenn ein Gargeschirr von
einer Heizoberfläche zu einer anderen versetzt wird, wird
die der Heizoberfläche zugehörige gewünschte
Temperatur zusammen mit dem Gargeschirr übertragen, um
die neue Heizoberfläche zu steuern. Wenn eine gewünschte
Garzeitspanne eingestellt wird, kann der verbleibende Teil der gewünschten
Garzeitspanne zusammen mit der gewünschten Gartemperatur übertragen
werden.
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Beispielsweise
aus
DE 103 43 011
A1 ,
DE
10 2005 022 352 A1 ,
DE 10 2006 017 800 A1 und
DE 10 2006 017 801 A1 ist
eine Leistungsübertragung von einer Arbeitszone eines Betriebsgeräts
auf ein Aufsatzgerät mittels induktiver Kopplung bekannt.
Unter einer induktiven Kopplung wird dabei die Kopplung einer Primärspule
des Betriebsgeräts und einer Sekundärspule des
Aufsatzgeräts über ein magnetisches Wechselfeld
verstanden, welches von der Primärspule erzeugt und von
der Sekundärspule abgegriffen wird. In der Sekundärspule
wird mittels des magnetischen Wechselfelds eine Induktionsspannung
erzeugt, die zum Betrieb des Aufsatzgeräts verwendet werden
kann. Primärspule und Sekundärspule können
dabei auch als zwei Hälften eines trennbaren Transformators
angesehen werden, weshalb diese Art von Kopplung und Leistungsübertragung
auch ”transformatorische Kopplung” genannt wird.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders einfache
und zuverlässige Möglichkeit zur Erkennung eines
Aufsatzgeräts an einer Arbeitszone eines Betriebsgeräts
bereitzustellen, das über das Betriebsgerät mittels
transformatorischer oder induktiver Kopplung mit Leistung versorgt wird.
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Diese
Aufgabe wird mittels eines Verfahrens und eines Betriebsgeräts
nach dem jeweiligen unabhängigen Anspruch gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen
Ansprüchen entnehmbar.
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Das
Verfahren dient zum Betreiben eines Aufsatzgeräts an einer
Arbeitszone eines Betriebsgeräts. Ein Aufsatzgerät
kann insbesondere jegliches elektrisch betreibbare Gerät zur
Lebensmittelbehandlung sein, wie ein Haushaltskleingerät
(Kaffeemaschine, Waffeleisen usw.) oder ein Gargeschirr (Topf, Pfanne
usw.). Das Betriebsgerät (Basisstation) ist dazu eingerichtet,
mittels induktiver Kopplung eine Betriebsleistung an das an der
Arbeitszone positionierte Aufsatzgerät zu übertragen.
Das Betriebsgerät kann beispielsweise als kompakte Einheit
vorliegen oder mit mindestens einer separaten Arbeitszone, die über
eine (im Falle mehrerer Arbeitszonen gemeinsame) Steuereinrichtung
betreibbar ist bzw. sind, ausgerüstet sein. Unter einer
Arbeitszone wird diejenige Fläche des Betriebsgeräts
genannt, an dem ein Aufsatzgerät betreibbar ist. Insbesondere kann
die Arbeitszone so ausgeprägt sein, dass im Wesentlichen
nur durch sie hindurch das zugehörige magnetische Wechselfeld
zur transformatorischen Kopplung mit dem Aufsatzgerät abgegeben
wird. Im Kontext eines Kochfelds kann die Arbeitszone auch als Kochzone
bezeichnet werden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf
beschränkt.
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Das
Betriebsgerät weist mindestens einen der Arbeitszone zugeordneten
Empfänger zum drahtlosen Empfang von Daten von dem Aufsatzgerät
auf. Dieser Empfänger kann im Bereich der Arbeitszone (d.
h., in oder unter der Arbeitszone) oder neben der Arbeitszone (insbesondere
bis zu 5 cm neben der Arbeitszone) angeordnet sein. Der Empfänger
kann insbesondere näher an seiner ihm zugeordneten Arbeitszone
angeordnet sein als einer anderen Arbeitszone.
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Das
Aufsatzgerät weist einen Sender zum drahtlosen Übertragen
von Daten an das Betriebsgerät auf. Dabei wird unter einem
Sender ganz allgemein eine Sendeeinrichtung für den Zugang
zu einem Übertragungskanal zum Empfänger verstanden. Der
Sender des Aufsatzgeräts und der Empfänger des
Betriebsgeräts sind aufeinander abgestimmt, so dass sie
sich verständigen können. Insbesondere können
der Sender und der Empfänger mit dem gleichen oder den
gleichen Datenprotokoll(en) arbeiten und ein gleiches Frequenzband
oder Frequenzbänder verwenden.
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Der
Sender kann vorteilhafterweise dazu eingerichtet sein, mittels der
von dem Betriebsgerät übertragenen Betriebsleistung
gespeist zu werden. Dies bedeutet, dass der Sender nur senden kann, wenn
das Aufsatzgerät Leistung aus der transformatorischen Kopplung
ziehen kann. Dazu weist das Aufsatzgerät mindestens eine
Sekundärspule zur kontinuierlichen Aufnahme von Energie
aus dem magnetischen Wechselfeld, allgemein: einem elektromagnetischen
Anregungsfeld, auf. Aus dem magnetischen Wechselfeld induktiv aufgenommene
Energie wird einerseits zur Leistungsversorgung des Gargeräts
(Betrieb eines Heizelements usw.) verwendet und andererseits zur
Speisung mindestens des Senders und ggf. noch anderen Niedervoltkomponenten wie
integrierten Schaltungen. Dazu kann der Sekundärspule ein
Schaltregler nachgeschaltet sein, welcher aus der Leistungsversorgung
ausgekoppelte Energie auf einen zum Betreiben der Niedervoltkomponenten
geeigneten Spannungspegel gleichrichtet.
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Da
die transformatorische Kopplung typischerweise eine Nahfeld- oder
Nahbereichskopplung ist, wird der Sender auch erst dann arbeiten
können, wenn sich das Aufsatzgerät bereits nahe
an der Arbeitszone befindet. Vorzugsweise beträgt ein effektiver
senkrechter Abstand des Aufsatzgeräts von der Arbeitszone,
innerhalb dessen noch eine für den Betrieb des Senders
ausreichende Leistung übertragen wird, weniger als 2 cm,
vorzugsweise nicht mehr als 0,75 mm. Ein seitlicher Versatz, innerhalb
dessen noch eine für den Betrieb des Senders ausreichende Leistung übertragen
wird, beträgt vorzugsweise nicht mehr als 3 cm. Das Betriebsgerät
ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass ein Abstand zwischen zwei
Kochzonen so groß ist, dass ein Aufsatzgerät nur
an einer einzigen Arbeitszone betreibbar ist.
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Eine
Anwesenheit eines Aufsatzgeräts an einer aktiven Arbeitszone
kann dann durch einen Empfang von Daten an dem der Arbeitszone zugeordneten
Empfänger festgestellt werden. Denn dass der Empfänger
Daten empfängt, bedeutet, dass ein Aufsatzgerät
Leistung aus dem magnetischen Wechselfeld abgreifen kann und sich
daher zum Betrieb des Senders im Nahfeld der Arbeitszone befinden
muss. Die Anwesenheit eines Aufsatzgeräts kann also einfach
und zuverlässig ohne dedizierte Aufsatzerkennungsvorrichtung
(Gewichtssensor usw.) oder Positionsbestimmung festgestellt werden.
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Insbesondere
kann ein kurzreichweitiger Sender verwendet werden, dessen Reichweite
so gering ist, dass seine Daten nur vom Empfänger der zugeordneten
Arbeitszone empfangen werden, aber nicht von Empfängern,
die anderen Arbeitszonen zugeordnet sind. Die kurze Reichweite kann
durch eine Leistungseinstellung und/oder Richtcharakteristik des
Senders realisiert werden. Durch die Verwendung eines kurzreichweitigen
Senders brauchen am Empfänger keine aufwendigen Maßnahmen
zur Verhinderung eines Übersprechens vorgesehen zu werden.
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Ein
kurzreichweitiger Sender kann zur besonders einfachen und kompakten
Ausgestaltung eine Antenne im Boden des Aufsatzgeräts aufweisen.
Die Signalübertragung kann über die gleichen Windungen übertragen
werden, über welche auch die Leistung übertragen
wird, z. B. von einer Sekundärspule zur Primärspule
bei unidirektionaler Datenübertragung und zwischen den
beiden Spulen bei bidirektionaler Datenübertragung. Dadurch
kann auf eine gesonderte Antenne verzichtet werden. Zur verringerten
Störungsanfälligkeit kann die Signalübertragung
alternativ über induktiv gekoppelte Signalwindungen in
Betriebsgerät und Lebensmittelzubereitungsgerät
durchgeführt werden, welche von den Leistungswindungen
getrennt ausgeführt sind. Die Signalwindungen) kann oder
können insbesondere auf einer Ebene mit den Leistungswindungen
angeordnet sein kann, z. B. die Leistungswindungen außenseitig
umlaufend. Durch die Spulenanordnung wird die Datenübertragung
ebenfalls auf das Nahfeld zwischen Aufsatzgerät und Betriebsgerät
beschränkt, eine seitliche Antennenabstrahlung ist vernachlässigbar.
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Das
Aufsatzgerät weist ferner mindestens eine integrierte Schaltung
zur Verarbeitung von Daten und zur Ausgabe von Daten an den Sender
beruhend auf der Verarbeitung auf. Die integrierte Schaltung kann
also Daten verarbeiten, z. B. einlesen, verändern, verknüpfen,
zwischenspeichern, formatieren usw., und diese Daten oder daraus
abgeleitete Daten an den Sender zur Übertragung an eine
externe Einheit ausgeben. Zu verarbeitende Daten können
von einer anderen Einheit, z. B. einem Sensor, angelieferte Daten
sein oder auch in oder an der integrierten Schaltung gespeicherte
Daten sein, z. B. eine Kennung (Seriennummer usw.) oder eine Eigenschaft des
Aufsatzgeräts.
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Der
Sender kann zumindest teilweise in die integrierte Schaltung integriert
sein. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauweise erreicht. Alternativ
ist der Sender ein von der integrierten Schaltung unterschiedliches
Bauelement.
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Der
Sender kann einen Modulator und eine dem Modulator nachgeschaltete
Antenne aufweisen. Bei einem solchen Aufbau des Senders mag beispielsweise
der Modulator in die integrierte Schaltung integriert sein, die
Antenne jedoch nicht.
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Ein
Entfernen eines Aufsatzgeräts von einer aktiven Arbeitszone
kann durch Abbruch eines Empfangs von Daten an dem der Arbeitszone
zugeordneten Empfänger festgestellt werden, da in diesem
Fall davon ausgegangen wird, dass der Sender keine zu seinem Betrieb
notwendige Leistung mehr empfängt, da er sich nicht mehr
im Nahfeld der Arbeitszone befindet. Also kann auch ein Entfernen
eines Aufsatzgeräts einfach und zuverlässig ohne
dedizierte Aufsatzerkennungsvorrichtung (Gewichtssensor usw.) oder
Positionsbestimmung festgestellt werden.
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Das
gespeiste oder bestromte Aufsatzgerät kann selbstständig
Daten an das Betriebsgerät übermitteln, z. B.
zyklisch innerhalb vorbestimmter Zeitintervalle, z. B. alle 100
ms, wodurch eine optimale Datenrate einstellbar ist. Vorteilhafterweise
werden insbesondere Messdaten, z. B. eine Temperatur, Luftfeuchte
oder ein Druck, selbstständig an das Betriebsgerät übermittelt,
da so ein Speicherüberlauf verhindert werden kann.
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Das
Aufsatzgerät kann einen Empfänger zum drahtlosen
Empfang von Daten von dem Betriebsgerät aufweisen, und
das Betriebsgerät kann einen der Arbeitszone zugeordneten
Sender zum drahtlosen Übertragen von Daten an das Aufsatzgerät
aufweist, und zwar als Einzelgeräte oder in Form von Transceivern.
Dies ermöglicht eine bidirektionale Datenkommunikation,
die eine Abpassung des Aufsatzgeräts an den laufenden Betrieb
ermöglicht und mittels derer es auch möglich wird,
Daten vom Aufsatzgerät an das Betriebsgerät auf
Anforderung des Betriebsgeräts zu übermitteln.
Die nur aufforderungsweise Datenübermittlung verringert
einen Datenoverhead und ermöglicht eine Ausgestaltung mit
besonders einfachen und preiswerten Komponenten.
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Um
ein Wiedererkennen eines Aufsatzgeräts zu ermöglichen,
kann das Aufsatzgerät zumindest anhand der vom Aufsatzgerät
an das Betriebsgerät gesendeten Daten identifiziert werden.
Zusätzlich kann das Aufsatzgerät auch unabhängig
von den vom Sender übertragenen Daten identifiziert werden, wie
beispielsweise in
DE
101 56 777 A1 offenbart. Dabei ist eine Auswahl von Daten,
die zur Identifizierung herangezogen werden können (”Identifizierungsdaten”),
nicht eingeschränkt. Identifizierungsdaten können
beispielsweise umfassen: nichtveränderliche Daten wie:
eine Seriennummer des Aufsatzgeräts, einen Gerätetyp
(Topf, Pfanne usw.), eine Systemzugehörigkeit (z. B. zu
einer bestimmten Gerätereihe), Gerätemerkmale
wie ein Vorhandensein eines Temperatursensors, eine maximale Leistungsaufnahme,
ein Material des Gerätebodens, Koeffizienten (z. B. PID-Koeffizienten
für eine PID-Regelung) usw., oder dynamische Daten wie:
eine aktuelle Garguttemperatur. Diese Identifizierungsdaten werden mit
der betroffenen Arbeitszone verknüpft, so dass eine eindeutige
Zuordnung zwischen der Arbeitszone und den Identifi zierungsdaten
erreicht wird. Um eine Wiedererkennung eines Aufsatzgeräts
zu ermöglichen, das von einer aktiven Arbeitszone abgenommen
wird und folgend wieder auf dieselbe oder eine andere Arbeitszone
aufgesetzt wird, kann ferner die Zuordnung der Identifizierungsdaten
und der vor dem Entfernen aktuellen Betriebsdaten, welche einen
Betriebsablauf des Aufsatzgeräts charakterisieren, für eine
vorbestimmte Zeitdauer gespeichert werden. Die Betriebsdaten können
beispielsweise eine Betriebsart (Stufenregelung, Temperaturregelung,
Programmablauf usw.) und der Betriebsart zugehörige Betriebsparameter
oder -einstellungen umfassen. Dann kann eine Wiedererkennung dadurch
erreicht werden, dass bei einem Aufsatzgerät, das innerhalb der
vorbestimmten Zeitdauer nach dem Entfernen an einer Arbeitszone
neu angeordnet wird, überprüft wird, ob die zur
Identifizierung verwendeten Daten des Aufsatzgeräts oder
davon abgeleitete Daten bereits gespeichert vorliegen. Falls dies
der Fall ist, wird ein Wiederaufsetzen des zuvor entfernten Aufsatzgeräts
angenommen.
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Die
vorbestimmte Zeitdauer kann beispielsweise zwischen 5 s und 3 min
liegen, insbesondere zwischen 20 s und 45 s, speziell bei ca. 30
s. Das Aufsatzgerät kann somit bei einem Wiederaufsetzen des
Aufsatzgeräts auf eine aktive Arbeitszone erkannt werden,
falls das Wiederaufsetzen innerhalb der oben genannten Maximaldauern
erfolgt. Dabei sind die Zeiten so abgestimmt, dass in der Praxis
relevante Handlungen eines Bedieners, die nur ein zeitweiliges Entfernen
des Aufsatzgeräts bedingen, wie ein Hinzufügen
von Zutaten oder ein Austeilen von Speisen, umfasst sind.
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Zur
besonders bequemen Bedienung kann ein zuvor vom Betriebsgerät
entferntes Aufsatzgerät an einer aktiven Arbeitszone der
Betriebsvorrichtung dadurch wiedererkannt werden, dass überprüft
wird, ob die zur Identifizierung verwendeten Daten des Aufsatzgeräts
bereits gespeichert vorliegen, und falls dies der Fall ist, ein
mit dem Entfernen unterbrochener Betriebsablauf an der Arbeitszone
des wiedererkannten Aufsatzgeräts wieder aufgenommen wird oder
einem Bediener zur Aufnahme angeboten wird. Ein Bediener braucht
dann keine oder nur wenige lästige Neueinstellungen der
Arbeitszone oder Betriebsparameter vorzunehmen. Es entfällt
also eine Neueingabe von bereits vorher eingestellten Werten bei
lediglicher kurzzeitiger Bewegung des Aufsatzgeräts. Dies
erhöht den Bedienkomfort insbesondere bei einer hohen Komplexität
des Systems aufgrund einer umfangreichen Ausstattung und vieler
Wahlmöglichkeiten.
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Dazu
kann es insbesondere bevorzugt sein, dass dann, wenn das Aufsatzgerät
von einer ersten Arbeitszone entfernt und innerhalb der vorbestimmte Zeitdauer
an einer zweiten Arbeitszone angeordnet wird, in der Zuordnung die
dem Aufsatzgerät zugeordnete Arbeitszone aktualisiert wird.
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Zur
Unterscheidung auch zwischen identischen Aufsatzgeräten
kann es bevorzugt sein, wenn die zur Identifizierung des Aufsatzgeräts
verwendeten Daten eine aktuelle Temperatur des Aufsatzgeräts
umfassen. Denn es ist unwahrscheinlich, dass zwei konstruktiv identische
Geräte auch genau dieselbe Temperatur aufweisen. Wird nun
ein Aufsatzgerät entfernt, z. B. ein Topf mit einer garenden
Speise, kann das Aufsatzgerät wiedererkannt werden, wenn
bei einem erneuten Aufsetzen die abgefühlte Temperatur
sich innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs um die zuvor
gespeicherte Temperatur herum befindet und insbesondere gesunken
ist. Der Temperaturbereich kann beispielsweise empirisch aus einem
Abkühlvorgang des Aufsatzgeräts bestimmt werden.
Die Temperatur als Identifikationsmerkmal kann somit einen Temperaturbereich
umfassen, der eine Abkühlung des Aufsatzgeräts
innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer berücksichtigt.
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Mit
der Wiedererkennung können unter anderem die folgenden
Fälle abgedeckt werden:
- a) Entfernen
und Wiederaufsetzen des Aufsatzgeräts auf die gleiche Arbeitszone
innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer.
- b) Entfernen und Wiederaufsetzen des Aufsatzgeräts
auf eine andere Arbeitszone innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer.
- c) Tauschen von Arbeitszonen zwischen zwei oder mehr Aufsatzgeräten.
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Dabei
wird jeweils vorausgesetzt, dass die jeweilige Arbeitszone, auf
die ein Aufsatzgerät wieder aufgesetzt wird, aktiv ist
oder innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer aktiviert (angeschaltet
o. ä.) wird. In den Fällen a) bis c) wird. Ein
Betriebsablauf wird dann mit den gespeicherten Betriebsdaten fortgesetzt.
Bei einem Anordnen eines Aufsatzgeräts an einer ausgeschalteten
Arbeitszone wird keine Leistung übertragen und somit auch
keine Aktion durchgeführt.
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Das
Betriebsgerät ist mit mindestens einer Arbeitszone zum
Betreiben eines Aufsatzgeräts an der Arbeitszone ausgerüstet,
wobei das Betriebsgerät an jeder Arbeitszone eine Primärspule
zur induktiven Kopplung mit dem an der Arbeitszone positionierten
Aufsatzgerät aufweist und ferner mindestens einen der Arbeitszone
zugeordneten Empfänger zum drahtlosen Empfang von Daten
von dem Aufsatzgerät aufweist. Das Betriebsgerät
ist dazu eingerichtet, eine Anwesenheit eines Aufsatzgeräts
an einer aktiven Arbeitszone durch Empfang von Daten an dem der
Arbeitszone zugeordneten Empfänger festzustellen. Vorteile
und weitere Ausgestaltungen sind aus dem bereits beschriebenen Verfahren
entnehmbar.
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In
den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur besseren Übersichtlichkeit
gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen sein.
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1 zeigt
ein System aus einem Betriebsgerät zum Betreiben eines
Aufsatzgeräts mittels transformatorischer Energieübertragung
und einem darauf angeordneten Topf als Aufsatzgerät;
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2 zeigt
eine Skizze einer vereinfachten Regelstruktur des Systems aus 1;
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm für einen Wiedererkennungsablauf.
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1 zeigt
ein Aufsatzgerät in Form eines intelligenten Topfs 101,
der einen elektrischen Verbraucher darstellt. Der Topf 101 weist
einen Grundkörper 102 mit einem Deckel und Griffen
sowie eine als Antriebseinheit ausgebildete Sekundärspule 114 auf.
Der Topf 101 ist auf einer Oberfläche einer Arbeitsplatte 105 eines
Betriebsgeräts 106 zum Betrieb des Topfs 101 angeordnet.
Unter der Arbeitsplatte 105 ist eine Energieübertragungseinheit 107 montiert.
Diese weist ein Gehäuse 108 mit einem Betätigungselement 109 zum
Ein- und Ausschalten der Energieübertragungseinheit 107 auf.
Ferner umfasst die Energieübertragungseinheit 107 eine
Primärspule 111 und eine Stromerzeugungseinheit 112 zur
Versorgung der Primärspule 111 mit einem Wechselstrom.
Die Stromerzeugungseinheit 112 ist in diesem Ausführungsbeispiel
als Wechselrichter ausgebildet. Die Primärspule 111 ist
in Form einer ebenen Spiralwicklung gewickelt. Beim Betrieb der
Energieübertragungseinheit 107 und des Topfes 101 wird
die Primärspule 111 mit dem Wechselstrom gespeist
und erzeugt ein magnetisches Wechselfeld. Mittels eines Feldflusses
dieses Wechselfelds überträgt die Primärspule 111 durch
Induktion Energie an die Sekundärspule 114, welche
an einer auf der Oberfläche der Arbeitsplatte 105 gezeichneten
Arbeitszone (Energieübertragungsbereich) 113a angeordnet
ist. An einer benachbarten Arbeitszone 113b ist kein Aufsatzgerät
angeordnet. Die Sekundärspule 114 ist als ebene
Spiralwicklung ausgebildet. Die Arbeitszonen 113a und 113b sind
mittels einer jeweiligen Linie 115a, 115b auf
der Arbeitsplatte 105 eingezeichnet. In der Sekundärspule 114 wird
durch den magnetischen Feldfluss eine Sekundärspannung
induziert, die als Betriebsspannung für einen Betrieb des
Topfs 101 genutzt wird. Der Topf 101 kann von
der Arbeitszone 113 entfernt werden, wodurch die Sekundärspule 114 von
der Primärspule 111 getrennt wird. An die Arbeitszone 113 können
dann weitere elektrische Verbraucher gebracht werden, wie z. B.
eine Kaffeemaschine, ein Mixer, ein Ladegerät, eine Friteuse,
ein Toaster, ein Wasserkocher usw. (auch als 'Haushaltskleingeräte'
bezeichnet), die jeweils eine oder mehrere Sekundärspulen
aufweisen und von einem drahtlosem Zusammenwirken der jeweiligen
Sekundärspule mit der Primärspule 111 eine
Betriebsenergie beziehen.
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In
der Arbeitsplatte 105 ist ferner ein Bedienfeld in Form
eines berührungsempfindlichen Bildschirms 104 eingelassen,
auf dem Anzeigeelemente und Betätigungselemente frei programmierbar
sind. Der berührungsempfindliche Bildschirm 104 kann beispielsweise
ein Flüssigkristall- oder LED-Bildschirm sein, der von
einer berührungsempfindlichen Folie, z. B. einer ITO-Folie,
abgedeckt ist. Dadurch kann eine große Zahl unterschiedlicher
Betätigungselemente wie Taster, Zirkularslider, Linearslider
im Wesentlichen beliebig auf dem Bedienfeld dargestellt werden,
was eine sehr flexible Bedienerführung erlaubt. Mittels
des Bedienfelds 104 können insbesondere die beiden
Arbeitszonen 113a und 113b unabhängig
voneinander gesteuert werden, z. B. aktiviert (eingeschaltet) und
deaktiviert (ausgeschaltet) werden und Betriebsparameter dort angeordneter
Aufsatzgeräts 101 eingestellt werden. Auch kann
ein Betriebsablauf eines jeweiligen Aufsatzgeräts 101 gestartet
werden.
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Der
Topf 101 ist mit einer integrierten Schaltung 116 zur
Verarbeitung von Daten und zur Ausgabe von Daten an einen Sender
ausgerüstet. An einen Eingang der integrierten Schaltung 116 ist
ein Temperatursensor 127 zur Bestimmung einer Temperatur am
Topf 116 angeschlossen. Die integrierte Schaltung 116 fühlt
den Temperatursensor 127 zyklisch ab, verarbeitete die
abgefühlten Temperatursignale in eine vorbestimmte Daten-
und Protokollstruktur und übermittelt die so verarbeiteten
Temperaturdaten an einen Sender. Der Sender verfügt über
einen nicht eingezeichneten Modulator und eine nachgeschaltete Sendeantenne.
Als Sendeantenne dient hier die bereits zur Leistungsübertragung
herangezogene Sekundärspule 114. Die von der Sekundärspule 114 ausgestrahlten
Datensignale werden von der auch als Empfangsantenne des Betriebsgeräts 106 dienenden
Primärspule 111 aufgenommen, in einem nicht eingezeichneten
Demodulator des Betriebsgeräts 106 demoduliert
und an eine Steuereinheit 110 des Betriebsgeräts 106 weitergeleitet.
Unter anderem mittels der Temperaturdaten steuert die Steuereinheit
(”Herdelektronik”) 110, die hier einen
Mikrocontroller umfasst, die Stromerzeugungseinheit 112.
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Die
Steuereinheit 110 weist einen hier nicht eingezeichneten
Speicher auf, in dem eine Zuordnung zwischen einer Arbeitszone 113a, 113b,
von vom Topf 101 auf das Betriebsgerät 106 übertragenen
Identifizierungsdaten und Betriebsdaten zur vollständigen
Charakterisierung eines Betriebsablaufs abgespeichert ist. Diese
Zuordnung wird bei einer Änderung von Daten aktualisiert,
z. B. bei einer Änderung von Betriebsdaten (Temperatur,
Kochstufe usw.) oder einer Änderung der Kochzone des Aufsatzgeräts.
Dadurch kann insbesondere ein Entfernen und Wiederaufsetzen eines
Aufsatzgeräts erkannt werden, und es kann ein mit dem Entfernen
unterbrochener Betriebsablauf nach dem Wiederaufsetzen ohne weitere
Interaktion mit dem Bediener auf der Grundlage der zuvor gespeicherten
Daten weitergeführt werden. Alternativ oder zusätzlich
(z. B. bei einer längeren Unterbrechung) kann ein Bediener
am Bedienfeld 104 gefragt werden, ob er den Betriebsablauf
weiterführen möchte.
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Zwar
sind an dem Betriebsgerät nur zwei Arbeitszonen 113a, 113b gezeigt,
jedoch sind auch weniger oder mehr Arbeitszonen realisierbar, insbesondere
vier oder fünf Arbeitszonen.
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2 zeigt
eine Skizze einer vereinfachten Regelstruktur eines Systems aus
einem intelligenten Topf 201 und einem Betriebsgerät 206.
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Der
intelligente Topf 201 weist einen Grundkörper 202 auf,
der durch einen Topfboden 220 nach unten abgeschlossen
wird, und in den Gargut 221 eingefüllt werden
kann. An einer Unterseite des Topfbodens 220 verläuft
eine Heizbahn 222 in Form einer verschlungenen Widerstandsdickschicht-Bahn,
welche bei einer Bestromung aufgeheizt wird und so den Topfboden 220 zur
Erwärmung des Garguts 221 aufwärmt. Zu
ihrer Stromversorgung ist die Heizbahn 222 mit einer Sekundärspule 214 in
Form einer spiralförmig ausgebildeten Sekundärwindung
verbunden und stellt deren Last dar. Von der Sekundärspule 214 wird
auch eine elektrische Leistung zur Versorgung einer Topfelektronik 223 abgezweigt.
Dazu weist die Topfelektronik 223 einen Schaltregler 224 auf,
welcher die von der Sekundärspule 214 ausgegebene
Leistungswechselspannung in eine Niedervoltgleichspannung umwandelt.
Mittels der Niedervoltgleichspannung werden die übrigen
Teile der Topfelektronik 223 betrieben, von denen hier
eine analoge Messelektronik 225, eine integrierte Schaltung 216 und
ein Modulator 226 eingezeichnet sind. Mittels der analogen
Messelektronik 225 werden Messsignale verschiedener Sensoren
des Topfs 201 abgefühlt. Zur einfacheren Darstellung
sind hier lediglich drei an der Unterseite des Topfbodens 220 angebrachte
Temperatursensoren 227 eingezeichnet, jedoch können
auch andere Sensoren mit der analogen Messelektronik 225 verbunden
sein, z. B. Drucksensoren oder Feuchtesensoren. Ferner ist direkt
an einem Messeingang der analogen Messelektronik 225 ein
Eigentemperatursensor 217 vorhanden. Dieser misst somit
die Temperatur im Bereich dieses Messeingangs der analogen Messelektronik 225;
da die Topfelektronik 223 vergleichsweise kompakt auf einer
gemeinsamen Platine (o. Abb.) untergebracht ist, wird die Temperatur
an diesem Messeingang als auch repräsentativ für
die Temperatur an der integrierten Schaltung 216 angesehen.
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Die
analoge Messelektronik 225 ist ausgangsseitig mit einer
Eingangsseite der integrierten Schaltung 216 verbunden,
so dass Temperaturdaten von der analogen Messelektronik 225 an
die integrierte Schaltung 216 zur folgenden Verarbeitung weitergeleitet
werden. Zur Verarbeitung der von der Messelektronik 225 analog übermittelten
Temperaturdaten weist die integrierte Schaltung 216 einen A/D-Wandler
(o. Abb.) auf. In der integrierten Schaltung 216 werden
die von der analogen Messelektronik 225 gelieferten digitalen ”Rohdaten” in
ein zur Kommunikation mit dem Betriebsgerät 206 kompatibles
Format umformatiert. Insbesondere werden Rohdaten in ein vorbestimmtes
Datenformat und Protokollformat umgewandelt. Die formatierten Messdaten werden
von der integrierten Schaltung 216 dann zyklisch, z. B.
alle 10 ms, an den Modulator 226 weitergeleitet, wo sie
auf ein Trägersignal aufmoduliert werden, um danach vom
Modulator 226 über eine Antenne 228 an
das Betriebsgerät 206 übermittelt zu
werden. Die Antenne 228 ist hier als eine parallel zum Topfboden 220 verlaufende
Signalwindung ausgestaltet. Es können aber auch andere
Messdaten von der integrierten Schaltung 216 verarbeitet
und an den Modu lator 226 weitergeleitet werden, wie ein
Messsignal einer sekundärseitigen Leistungsspannung. Es können
zudem auch andere Daten von der integrierten Schaltung 216 verarbeitet
und an den Modulator 226 weitergeleitet werden, wie Identifizierungsdaten (Identcode
usw.) und Betriebsdaten, und zwar zyklisch oder – bei einer
bidirektionalen Kommunikation – auf Abfrage. Das Betriebsgerät 206 weist
eine Empfangsantenne 229 auf, die ebenfalls als Signalwindung
ausgestaltet ist, welche im Wesentlichen der Signalwindung der Sendeantenne 228 des
Topfs 201 gegenüberliegt. Die Empfangsantenne 229 empfängt das
von der Sendeantenne 228 ausgestrahlte modulierte Trägersignal
und leitet es an einen Demodulator 230 weiter, in welchem
die auf das Trägersignal aufmodulierten Daten extrahiert
und wieder als lesbare digitale Daten ausgegeben werden. Somit liegen
nun sowohl die von der analogen Messelektronik 225 abgefühlten
Daten als auch von der integrierten Schaltung 216 mitgelieferten
Identifizierungsdaten und Betriebsdaten im Betriebsgerät 206 vor.
Diese Daten werden in einer Steuereinheit (”Herdelektronik”) 210 weiterverarbeitet
und zum Betrieb des Topfs 201 ausgewertet. Aufgrund der
spulenartigen Ausgestaltung und gegenüberliegenden Anordnung
von Sendeantenne 228 und Empfangsantenne 229 wird eine
Nahfeld-Datenübertragung erreicht, welche nicht signifikant
seitlich abstrahlt und somit von anderen Empfängern an
anderen Arbeitszonen nicht aufgenommen wird. Dadurch wird ein Übersprechen verhindert
und eine eindeutige Zuordnung von Topf 201 und Betriebsgerät 206 nur
aufgrund der Datenübermittlung als solches und ohne andere
Mittel erreicht.
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So
können die von dem Topf 201 ausgesandten Temperaturdaten
in Form von Widerstandswerten der verwendeten Temperatursensoren
vorliegen, falls diese als Widerstandstemperatursensoren ausgestaltet
sind. Daraus kann in der Steuereinheit 210 mittels Nachschlagens
entsprechender Widerstands/Temperatur-Kennlinien in einer Nachschlagetabelle
die Ist-Temperatur an der Unterseite des Topfbodens 220 bestimmt
werden und daraus die Garguttemperatur abgeleitet werden. Beispielsweise
kann die Temperatur an der Unterseite des Topfbodens 220 mit
der Garguttemperatur gleichgesetzt werden, oder es kann ein empirisch
bestimmter Temperaturunterschied hinzugefügt werden, welcher
auch von der Höhe der gemessenen Temperatur abhängig sein
kann. Die Steuereinheit 210 erhält auch Eingaben
von einem Bedienfeld 204, beispielsweise über eine
Soll-Garguttemperatur für eine Temperaturregelung. Dazu
hat ein Bediener vorher die Soll-Garguttemperatur am Bedienfeld 204 direkt
oder über ein Kochprogramm eingestellt. Vom Bedienfeld 204 können – unbemerkt
vom Bediener – auch weitere Regelgrößen
wie PID-Koeffizienten an die Steuereinheit mitgeschickt werden.
In der Steuereinheit 210 kann im Fall einer Temperaturregelung
eine Regelabweichung zwischen Soll-Garguttemperatur und Ist-Garguttemperatur
bestimmt werden, als auch eine Stellgröße des
Regelkreises, woraus wiederum eine Steuerspannung zur Steuerung
einer Stromerzeugungseinheit 212 in Form einer Leistungselektronik berechnet
und ausgegeben wird. Die Steuerspannung liegt hier in einem Bereich
zwischen 0 V (ausgeschaltet) und 4 V (maximal). Dazu ist zwischen
der Steuereinheit 210 und der Stromerzeugungseinheit 212 ein
Digital/Analog-Wandler 231 eingefügt. Mittels der
Stromerzeugungseinheit 212 wird eine Primärspule 211 in
Form einer spiralförmig ausgeführten Leistungswindung
betrieben, wie schon bezüglich 1 ausgeführt
worden ist. Die Stromerzeugungseinheit 212 erzeugt dazu
eine an der Primärspule 211 anliegende Leistungswechselspannung,
hier beispielsweise zwischen 10 VAC und 230 VAC bei einer Frequenz
zwischen 400 KHz und 100 KHz. Die Primärspule 211 erzeugt
als Wechselfeld ein magnetisches Wechselfeld, welches wiederum von
der Sekundärspule 214 aufgenommen wird. In anderen Worten
ergibt sich zwischen der Primärspule 211 und der
Sekundärspule 214 ein auf Induktion beruhender Energieübertrag
(”transformatorische Kopplung”).
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Die
Steuereinheit 210 speichert eine Verknüpfung oder
Zuordnung einer bestimmten Arbeitszone mit zur Identifizierung des
an der Arbeitszone angeordneten Topfs 201 empfangenen Identifizierungsdaten
und Betriebsdaten, welche einen aktuellen Status eines Betriebsablaufs
des Topfs 201 beschreiben. Die Speicherung kann beispielsweise
in einer Nachschlagetabelle geschehen. Die Zuordnungsdaten werden
aktualisiert, z. B. zyklisch bei zyklischer Übertragung
von Betriebsdaten vom Topf 201. Die Steuereinheit 210 erkennt
auch eine Anwesenheit eines Aufsatzgeräts 201 an
einer aktiven Arbeitszone durch Empfang von Daten an dem der Arbeitszone
zugeordneten Empfänger 229, 230. Dabei kann
zur Prozesssicherheit vorausgesetzt sein, dass Daten mindestens über
ein vorbestimmtes Zeitintervall empfangen werden müssen,
z. B. über mehrere Datenübertragungszyklen, um
eine Anwesenheit zu erkennen. Auf analoge Weise kann ein Entfernen
eines Aufsatzgeräts 201 beispielsweise durch ein
Ausbleiben von Daten am Empfänger 229, 230 über
ein oder mehrere Datenübertragungszyklen festgestellt werden.
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Ist
der Topf 201 auf dem Betriebsgerät 206 aufgesetzt,
beispielsweise auf die in 1 dargestellte
Arbeitszone 113a der Arbeitsplatte 105 kann Energie
vom Betriebsgerät 206 auf den Topf 201 und Datensignale
vom Topf 201 auf das Betriebsgerät 206 übertragen werden.
Aufgrund der transformatorischen oder induktiven Kopplung zwischen
Primärspule 211 und Sekundärspule 214 ist
die Energieübertragung jedoch nur in einem Nahfeld der
Primärspule 211 zum Betrieb des Topfs 201 möglich.
Typische maximale senkrechte Abstände (entlang der z-Erstreckung)
zwischen Betriebsgerät 206 und Topf 201 betragen
hier zwischen 0,3 mm und 3 mm. Ein maximaler Versatz in r-Erstreckung
aus einer zentrierten Position beträgt hier bis zu 3 cm.
Wird der Topf 201 weiter von der Primärspule 211 entfernt, reicht
die übertragene Leistung nicht mehr zum Betrieb des Topfs 201 aus.
Dann reicht die übertragene Energie auch nicht mehr zum
Betrieb der Topfelektronik 223, welche sodann ihren Betrieb
einstellt. Eine Unterbrechung der Datenübertragung wird
als Entfernen des Topfs 201 vom Betriebsgerät 206 gedeutet
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Bei
einer Annäherung des Topfs 201 an ein Betriebsgerät 206 kann
dieses wieder in das Nahfeld der Primärspule 211 eintreten
und somit wieder mit Energie versorgt werden. In diesem Fall sendet
die Topelektronik 223 wieder Signale über den
Sender 226,228 aus, welche vom Betriebsgerät 206 erkannt werden.
Eine Datenübertragung wird als Aufsetzen des Topfs 201 auf
dem Betriebsgerät 206 gedeutet.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm für einen Wiedererkennungsablauf eines
Aufsatzgeräts auf einem Betriebsgerät, z. B. wie
in 1 und 2 dargestellt.
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Zunächst
wird in einem Schritt S1 ein Aufsatzgerät an einer aktiven
(eingeschalteten) Arbeitszone des Betriebsgeräts dadurch
erkannt, dass es durch die Arbeitszone Daten an das Betriebsgerät sendet.
Dabei kann das Aufsatzgerät auf eine bereits aktive Arbeitszone
aufgesetzt werden oder auf eine deaktivierte (ausgeschaltete) Arbeitszone,
die folgend eingeschaltet wird, worauf der Identifizierungsablauf
gestartet wird.
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Folgend
wird in einem Schritt S2 das Aufsatzgerät zumindest anhand
von – allen oder ausgewählten – Daten
identifiziert (”Identifizierungsdaten”), die von
dem Aufsatzgerät an das Betriebsgerät gesendet
worden sind, und die Identifizierungsdaten werden der Arbeitszone
logisch zugeordnet. Die sich ergebende Zuordnung kann beispielsweise
in einer Zuordnungstabelle im Betriebsgerät gespeichert
werden.
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Nach
Starten eines Betriebs des Aufsatzgeräts am Betriebsgerät
in einem Schritt S3 werden in einem Schritt S4 die Betriebmerkmale
dieser Betriebsart, z. B. die Betriebsart selbst (Kochen usw.), und
ggf. zugeordnete Betriebsparameter, z. B. eine eingestellte Solltemperatur,
der Arbeitszone logisch zugeordnet. Die sich ergebende erweiterte
Zuordnung kann ebenfalls in der Zuordnungstabelle im Betriebsgerät
gespeichert werden. Werden irgendwelche Daten aktualisiert, z. B.
die Betriebsdaten (z. B. eine aktuelle Leistungsstufe, eine Garguttemperatur oder
ein Abschnitt eines Garprogramms), so wird die Zuordnung entsprechend
aktualisiert.
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Ein
folgendes Entfernen des Aufsatzgeräts von der Arbeitszone
wird durch Abbruch der Datenübermittlung vom Aufsatzgerät
zum Betriebsgerät erkannt (Schritt S5). Die erweiterte
Zuordnung mit der logischen Verknüpfung zwischen der Arbeitszone, den
beim Entfernen aktuellen Betriebsparametern und den Identifizierungsdaten
bleibt ab dann noch für eine vorbestimmte Zeitdauer von
30 s gespeichert.
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Wird
in einem folgenden Schritt S6 innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer
von 30 s ein Aufsatz eines Aufsatzgeräts auf einer Arbeitszone
des Betriebsgerät erkannt (welche die gleiche oder eine
andere Arbeitszone sein kann), werden die diesem Aufsatzgerät
zugeordneten Identifizierungsdaten mit den Identifizierungsdaten
des zuvor entfernten Geräts verglichen. Sind die Identifizierungsdaten
identisch oder aus diesen deterministisch ableitbar (z. B. eine
Temperatur), werden die neue Arbeitszone, die Identifizierungsdaten
und die Betriebsmerkmale des zuvor entfernten Aufsatzgeräts
miteinander verknüpft. Dies entspricht einem Aktualisieren
der Zuordnung zur aktuellen Arbeitszone (Schritt S7). Folgend wird
automatisch der Betrieb des Aufsatzgeräts mit den gespeicherten
'alten' Betriebsparametern wiederaufgenommen. Ein Bediener braucht
keine weitere Aktion mehr durchzuführen und insbesondere
keine Neueingabe von Einstellungen vorzunehmen. Falls kein gleiches
Aufsatzgerät innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer erkannt
worden ist, wird die Zuordnung gelöscht (Schritt S8).
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Bei
mehreren innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer entfernten Aufsatzgeräten,
z. B. bei einem Tausch von Arbeitszonen, wird der Vergleich der Identifizierungsdaten
eines aktuell aufgesetzten Aufsatzgeräts mit jedem noch
gespeicherten Satz von Identifizierungsdaten eines entfernten Aufsatzgeräts durchgeführt.
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Selbstverständlich
ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel
beschränkt.
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So
kann auch eine bidirektionale Kommunikation zwischen Topf und Betriebsvorrichtung
vorliegen. Ein von der Betriebsvorrichtung betreibbares Gerät
ist nicht auf einen Topf eingeschränkt, sondern kann jedes
andere elektrisch betreibbare Aufsatzgerät umfassen, wie
ein anderes Gargeschirr (Pfanne usw.) oder ein Haushaltskleingerät.
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- 101
- Intelligenter
Topf
- 102
- Grundkörper
- 104
- Bedienfeld
- 105
- Arbeitsplatte
- 106
- Betriebsgerät
- 107
- Energieübertragungseinheit
- 108
- Gehäuse
- 109
- Betätigungselement
- 110
- Steuereinheit
- 111
- Primärspule
- 112
- Stromerzeugungseinheit
- 113
- Arbeitszone
- 114
- Sekundärspule
- 115
- Linie
- 116
- integrierte
Schaltung
- 117
- Eigentemperatursensor
- 201
- Intelligenter
Topf
- 202
- Grundkörper
- 206
- Betriebsgerät
- 210
- Steuereinheit
- 211
- Primärspule
- 212
- Stromerzeugungseinheit
- 214
- Sekundärspule
- 216
- integrierte
Schaltung
- 217
- Eigentemperatursensor
- 220
- Topfboden
- 221
- Gargut
- 222
- Heizbahn
- 223
- Topfelektronik
- 224
- Schaltregler
- 225
- analoge
Messelektronik
- 226
- Modulator
- 227
- Temperatursensor
- 228
- Sendeantenne
- 229
- Empfangsantenne
- 230
- Demodulator
- 231
- D/A-Wandler
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10156777
A1 [0002, 0022]
- - DE 10355455 A1 [0003]
- - US 5746114 [0004]
- - DE 10343011 A1 [0005]
- - DE 102005022352 A1 [0005]
- - DE 102006017800 A1 [0005]
- - DE 102006017801 A1 [0005]