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Die Erfindung betrifft ein transformatorisch betreibbares Aufsatzgerät, ein Betriebsgerät zum transformatorischen Betreiben mindestens eines Aufsatzgeräts, ein System aus einem Aufsatzgerät und einem Betriebsgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Aufsatzgeräts an einer Basisstation eines Betriebsgeräts.
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EP 0 354 151 B1 beschreibt eine Induktionskochplatte, die wenigstens aufweist: ein Steuerorgan; eine elektronische Baugruppe, die eine Stromversorgungsschaltung, eine Steuerschaltung und eine Versorgungsleistungsschaltung bildet; eine Induktionswicklung zum Heizen eines Kochgeschirrs und eine Anzeigevorrichtung für die Ausgangsleistung, wobei die Anzeigevorrichtung für die Ausgangsleistung eine Anzeige aufweist, die eine Größe der Ausgangsleistung in direkter Beziehung zu der vom Kochgeschirr absorbierten Leistung anzeigt, und wobei die Anzeigevorrichtung für die Ausgangsleistung in Reihe aus einem Erfassungsblock, der abzweigend von dem Eingang für die Stromversorgung der Kochplatte angeordnet ist, aus einer Signalaufbereitungsanordnung und aus der Anzeige besteht, wobei der Erfassungsblock einen Stromwandler enthält, dessen Primärwicklung eine Schleife des Netzstroms ist, die unmittelbar vor dem Eingang des Gleichrichters einer Stromversorgungsschaltung angeordnet ist, und an dessen Sekundärwicklung eine Kalibrier- und Detektoranordnung angeschlossen ist, die das Ausgangssignal des Stromwandlers in ein Gleichsignal umwandelt, das dem Eingang der Signalaufbereitungsanordnung zugeführt wird, um die von dem Kochgeschirr effektiv absorbierte Leistung anzuzeigen.
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WO 2008/055370 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Induktionskochgeräts mit wenigstens einer Spule, wobei die Leistung der Spule in Abhängigkeit von einer Position eines Kochgeschirrs auf der Spule eingestellt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Induktionskochgerät zum Erwärmen eines Kochgeschirrs, das wenigstens eine Spule und eine Ansteuereinheit für die Spule aufweist, wobei das Induktionskochgerät zum Ausführen des genannten Verfahrens ausgebildet ist.
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In
EP 0 354 151 B1 und
WO 2008/055370 A1 wird eine Erwärmung des Gargeschirrs über eine Erzeugung eines Wirbelstroms in einer Heizplatte des Gargeschirrs erreicht.
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US 6 953 919 beschreibt ein System mit einem Haushaltsgerät und einem Gargeschirr mit induktiver Energieübertragung, wobei außen an dem Gargeschirr ein durch das Haushaltsgerät fernabfragbarer RFID-Chip befestigt ist. Der RFID-Chip weist einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur eines Garguts auf.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders präzise und schnell ansprechende Möglichkeit zur Kompensation der Auswirkungen eines Versatzes zwischen einer Basisstation und einem davon transformatorisch betriebenen Aufsatzgerät bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Aufsatzgerät, das mindestens eine Sekundärspule, mindestens eine mit der Sekundärspule verbundene Last, mindestens einen Messfühler zum Abfühlen mindestens einer Messgröße und einen Sender zum Aussenden von Daten, welche die mindestens eine Messgröße und/oder eine daraus abgeleitete Größe umfassen, aufweist. Der mindestens eine Messfühler ist zum Abfühlen mindestens einer mit einer elektrischen Leistung zusammenhängenden Leistungsgröße eingerichtet.
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Durch die Messung der Leistungsgröße direkt an dem Aufsatzgerät lässt sich diese mit sehr hoher Präzision und zeitnah abfühlen. Zudem kann der mindestens eine Messfühler durch die transformatorisch übertragene Leistung auch leistungsfähiger ausgestaltet sein als z. B. eine fernabfragbare RFID-Marke. Der mindestens eine Messfühler kann, beispielsweise zur Verarbeitung seiner Ausgangssignale (z. B. einer Digitalisierung), mit anderen elektrischen oder elektronischen Komponenten des Aufsatzgeräts verbunden sein, z. B. einer Auswertelogik.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Messfühler einen Spannungsmessfühler umfasst. Der Spannungsmessfühler kann besonders einfach aufgebaut sein. Falls die Last, z. B. eine Widerstandsheizung eines Kochtopfs oder einer Pfanne, einen bekannten ohmschen Widerstand R (Lastwiderstand) aufweist, ist die an der Last anliegende und durch den Spannungsmessfühler abfühlbare Spannung U aufgrund des ohmschen Gesetzes gemäß P = U·I = U2/R ein direktes Maß für die verbrauchte elektrische Leistung P.
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Außer der an der Last anliegenden Spannung kann auch die an der Sekundärspule erzeugte Spannung zur Berechnung der elektrischen Leistung verwendet werden. Dies weist den Vorteil auf, dass bei der Berechnung der Leistung sämtliche sekundärseitigen leistungsverbrauchenden Komponenten einbezogen werden können, z. B. eine Geräteelektronik. Auch ein effektiver ohmscher Widerstand der Geräteelektronik kann berechnet oder mit guter Genauigkeit abgeschätzt werden. Typischerweise ist jedoch die von der Last verbrauchte Leistung weit höher als andere verbrauchte Leistungen, so dass häufig mit einer guten Näherung die an der Last anliegende Spannung als ein direktes Maß für die gesamte verbrauchte Leistung des Aufsatzgeräts angenommen werden kann.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der mindestens eine Messfühler einen Strommessfehler umfasst. Auch mittels des Strommessfehlers lässt sich nach dem ohmschen Gesetz gemäß P = I2·R der abgefühlte Strom I als ein direktes Maß für die tatsächlich verbrauchte elektrische Leistung P heranziehen, falls der ohmsche Widerstand R zumindest annähernd bekannt ist.
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Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass der Strommessfehler einen Shunt oder Nebenschlusswiderstand umfasst. Der Shunt ermöglicht eine preiswerte und genaue Methode der Strommessung auch bei hohen Strömen. Alternativ sind auch andere Messfühlerarten einsetzbar, z. B. sogenannte Stromsensoren, mit denen eine Stromstärke in der Regel galvanisch getrennt (berührungslos) anhand deren Magnetfeldern gemessen werden kann. Es sind z. B. Wechselstromsensoren als auch Gleichstromsensoren einsetzbar.
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Es ist eine insbesondere zur Berechnung der Leistung nur aufgrund eines Spannungswerts oder eines Stromwerts vorteilhafte Ausgestaltung, dass in oder mit der Geräteelektronik mindestens ein Wert über einen Lastwiderstand abgespeichert ist, z. B. in einer Nachschlagetabelle.
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Ein Wert für die zu einem Zeitpunkt oder in einem Zeitintervall verbrauchte Leistung P lässt sich alternativ oder zusätzlich durch eine einfache Multiplikation eines abgefühlten Werts einer Spannung und eines gleichzeitig oder zeitnah abgefühlten Werts eines zugehörigen Stroms I erlangen, d. h. durch P = U·I. Dazu weist das Aufsatzgerät mindestens einen Spannungsmessfühler und mindestens einen Strommessfühler auf. Die beiden Messfühler können auch in einer Einheit kombiniert sein. Die Leistungsbestimmung rein über Messgrößen ist besonders genau, da sie auch unbekannte oder unberücksichtigte Effekte mit einbezieht und keine weiteren Annahmen über zusätzliche elektrische Größen, wie den Widerstand R, benötigt.
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Als der ohmsche Widerstand kann ein einziger Widerstandswert verwendet werden. Alternativ kann eine Temperaturabhängigkeit des Widerstands R durch eine empirisch bestimmte R/T-Kurvenschar oder durch eine R(t)-Formel berücksichtig werden, falls das Aufsatzgerät einen Temperaturmessfühler zur – auch indirekten – Bestimmung der Temperatur des Widerstands R aufweist.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das Aufsatzgerät eine Geräteelektronik aufweist, welche dazu eingerichtet ist, aus einem von dem Spannungsmessfühler abgefühlten Spannungsmesswert und/oder aus einem von dem Strommessfühler abgefühlten Strommesswert einen Leistungswert zu berechnen und über den Sender auszusenden. Die Berechnung erfolgt also in dem Aufsatzgerät, was eine Ausgestaltung des Betriebsgeräts vereinfacht, insbesondere, da in dem Betriebsgerät für die Leistungsberechnung keine für verschiedene Aufsatzgeräte spezifischen Werte oder Wertetabellen vorgehalten zu werden brauchen.
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Es ist bei einer Verwendung der Geräteelektronik vorteilhaft, wenn die Ausgangssignale des Spannungsmessfühlers und/oder des Strommessfühlers in ihrem Pegel angepasst werden und folgend digitalisiert werden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Betriebsgerät, welches mindestens eine Basisstation zum Betrieb eines Aufsatzgeräts aufweist, wobei die mindestens eine Basisstation jeweils mindestens eine Primärspule zur transformatorischen Leistungsversorgung des Aufsatzgeräts aufweist, das Betriebsgerät mindestens einen Empfänger zum Empfangen der von dem Sender des Aufsatzgeräts ausgesandten Daten aufweist und das Betriebsgerät eine Steuereinheit zur Ansteuerung der mindestens einen Basisstation mit einer Übertragungsleistung, welche auf der Grundlage der über den Empfänger empfangenen Daten bestimmt ist, aufweist. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die mindestens eine Basisstation mit einer Übertragungsleistung auf der Grundlage der über den Empfänger empfangenen mindestens einen Leistungsgröße anzusteuern.
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Das Betriebsgerät kann mittels der Übertragung der zeitnah und mit hoher Genauigkeit abgefühlten und von dem Aufsatzgerät übermittelten Leistungsgrößen die Übertragungsleistung ebenfalls mit hoher Genauigkeit ansteuern oder nachsteuern. Dies kann insbesondere bei einer Regelung der übertragenen Leistung zur Vermeidung von Überschwingern vorteilhaft sein. Das Ansteuern oder Nachsteuern kann insbesondere zum Ausgleich eines durch einen seitlichen Versatz des Aufsatzgeräts bedingten geringeren Übertragungswirkungsgrads vorteilhaft sein, da sich in der Praxis ein solcher Versatz nicht oder nur mit hohem Positionierungsaufwand vermeiden lässt. Bei dem Versatz kann also nur eine geringere als die theoretisch mögliche Leistung übertragen werden. Dies wiederum ermöglicht eine komfortable Bedienung, da keine genaue Zentrierung des Aufsatzgeräts auf der Basisstation notwendig ist, um die gewünschte Leistung im Aufsatzgerät anliegen zu haben. Dies ist Insbesondere sinnvoll, wenn eine konstante Leistung in das Aufsatzgerät eingeprägt werden soll, z. B. bei einer Stufensteuerung oder für ein Haushaltskleingerät. Die konstante Leistung bei der Stufensteuerung und dem Haushaltskleingerät wird somit unabhängig von dem Versatz.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, aus einem von dem Aufsatzgerät empfangenen Spannungsmesswert und/oder aus einem von dem Aufsatzgerät empfangenen Strommesswert einen Leistungswert zu berechnen, z. B. wie bereits oben für das Aufsatzgerät beschrieben. Dadurch kann das Aufsatzgerät einfacher und preiswerter ausgeführt werden.
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Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Betriebsgerät dazu eingerichtet ist, einen Istwert mindestens einer von dem Aufsatzgerät empfangenen Leistungsgröße und/oder mindestens einer daraus abgeleiteten Leistungsgröße mit einem von dem Betriebgerät bestimmten entsprechenden Sollwert zu vergleichen und die Übertragungsleistung auf eine Angleichung des Istwerts an den Sollwert hin anzupassen, falls der Istwert kleiner als sein Sollwert ist. Der Sollwert kann beispielsweise vorberechnet oder vorbestimmt sein. Diese Weiterbildung ist besonders vorteilhaft anwendbar für eine Leistungsregelung oder Leistungsnachführung durch das Betriebsgerät. Die Leistungsnachführung kann vorteilhafterweise bis zu einer Maximalleistung der Leistungselektronik des Betriebsgeräts erfolgen.
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Der Sollwert kann besonders einfach ermittelt werden, falls für ein bestimmtes Betriebsgerät passende Aufsatzgeräte (Systemgeräte) alle oder fast alle die gleiche Sekundärspule aufweisen, welche somit unabhängig von einer Größe des Aufsatzgeräts ist. Dazu wird eine Messung der mindestens einen Leistungsgröße an der Sekundärspule bevorzugt.
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Der Vergleich des Sollwerts mit dem Istwert ist besonders einfach, falls die Primärspule(n) und die Sekundärspule(n) einen gleichen Aufbau (Wicklungszahl, Querschnitt usw.) aufweisen.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein System aus einem Betriebsgerät und mindestens einem Aufsatzgerät, wobei jeweils eine Basisstation des Betriebsgeräts und ein Aufsatzgerät für eine Leistungsübertragung transformatorisch miteinander gekoppelt sind. Das System kann sämtliche oben im Zusammenhang mit dem Aufsatzgerät und/oder dem Betriebsgerät beschriebene Ausgestaltungen und Vorteile aufweisen.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Aufsatzgeräts an einer Basisstation eines Betriebsgeräts, wobei das Aufsatzgerät mit der Basisstation transformatorisch gekoppelt ist. Das Verfahren weist mindestens die folgenden Schritte auf: Abfühlen, an dem Aufsatzgerät, mindestens einer mit einer elektrischen Leistung des Aufsatzgeräts zusammenhängenden Leistungsgröße; Übermitteln, durch das Aufsatzgerät, der mindestens einen abgefühlten Leistungsgröße und/oder mindestens einer daraus abgeleiteten Leistungsgröße an das Betriebsgerät; Vergleichen, durch das Betriebsgerät, mindestens eines Istwerts der mindestens einen Leistungsgröße mit einem Sollwert und Nachregeln, durch das Betriebgerät, der an das Aufsatzgerät übertragenen Leistung auf der Grundlage des Vergleichens.
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Auch das Verfahren weist unter anderem den Vorteil auf, dass sich durch die Messung der mindestens einen Leistungsgröße an dem Aufsatzgerät diese mit einer sehr hohen Präzision und zeitnah ermitteln lässt, wodurch sich ein Versatz mittels einer besonders präzise und nur mit geringen Schwankungen arbeitenden Leistungsnachregelung oder Leistungsnachführung ausgleichen lässt.
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Es ist eine Weiterbildung, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: Berechnen, durch das Aufsatzgerät, der mindestens einen abgeleiteten Leistungsgröße aus der mindestens einen abgefühlten Leistungsgröße. Dadurch braucht an dem Betriebsgerät keine Information zur Berechnung der Leistung für verschiedene Aufsatzgeräte vorgehalten werden.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der Schritt des Berechnens umfasst: Berechnen, durch das Aufsatzgerät, einer elektrischen Leistung aus einem Strommesswert oder einem Spannungsmesswert und einem bekannten Widerstand der Last. Dadurch kann das Aufsatzgerät einfacher gehalten werden.
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In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur 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 Energie- oder Leistungsübertragung und einem auf einer Basisstation des Betriebsgeräts angeordneten Topf als Aufsatzgerät;
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2 zeigt eine Skizze einer vereinfachten Regelstruktur des Systems aus 1 mit einem zentrierten Aufsatz des Aufsatzgeräts auf der Basisstation; und
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3 zeigt eine Skizze einer vereinfachten Regelstruktur des Systems aus 1 mit einem seitlich versetzten Aufsatz des Aufsatzgeräts auf der Basisstation.
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1 zeigt ein Haushalts-Aufsatzgerät in Form eines intelligenten Topfs 101, der einen elektrischen Verbraucher darstellt. Der Topf 101 weist einen Grundkörper 102 und eine Sekundärspule oder Leistungsempfangsspule 114 auf. Der Topf 101 ist zum Betrieb auf einer Oberfläche einer Arbeitsplatte 105 eines Betriebsgeräts 106 angeordnet. Unter der Arbeitsplatte 105 ist eine Basisstation 107 montiert. Diese weist ein Gehäuse 108 mit einer Primärspule oder Leistungsübertragungsspule 111 und einer Stromerzeugungseinheit 112 zur Versorgung der Primärspule 111 mit einem Wechselstrom auf. Die Stromerzeugungseinheit 112 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Wechselrichter ausgebildet. Die Primärspule 111 ist in Form einer ebenen Spiralwicklung gewickelt. Beim Betrieb der Basisstation 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 oder Leistung auf die Sekundärspule 114, welche an einer auf der Oberfläche der Arbeitsplatte 105 gezeichneten Arbeitszone (Leistungsübertragungsbereich) 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.
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In der Sekundärspule 114 wird durch den magnetischen Feldfluss eine Induktionsspannung 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 Aufsatzgeräte gebracht werden, wie z. B. eine Kaffeemaschine, ein Mixer, eine Friteuse, ein Toaster, ein Wasserkocher usw. (auch als 'Haushaltskleingeräte' bezeichnet), die jeweils eine oder mehrere Leistungsempfangsspulen aufweisen und von einem drahtlosem Zusammenwirken der jeweiligen Leistungsempfangsspule mit der Primärspule 111 (”transformatorische Kopplung”) eine Betriebsleistung beziehen.
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In der Arbeitsplatte 105 ist ferner ein Bedienfeld 104 in Form eines berührungsempfindlichen Bildschirms eingelassen. Mittels des Bedienfelds 104 kann z. B. die Basisstation 107 ein- und ausgeschaltet werden.
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Der Topf 101 ist mit einer Datenverarbeitungseinheit in Form einer integrierten Schaltung 116 zur Verarbeitung von Daten und zur Ausgabe von Daten an einen Sender ausgerüstet. An einen Eingang der Datenverarbeitungseinheit 116 ist ein Temperaturmessfühler 119 zur Bestimmung einer Temperatur am Topf 101 angeschlossen. Die Datenverarbeitungseinheit 116 fühlt den Temperaturmessfühler 119 zyklisch (z. B. alle 10 ms) ab, verarbeitet die abgefühlten Temperatursignale in eine vorbestimmte Daten- und Protokollstruktur und übermittelt die so verarbeiteten Temperaturdaten an einen Sender (o. Abb.). Der Sender verfügt über einen Modulator und eine nachgeschaltete Datenübertragungsspule. Als Datenübertragungsspule dient hier eine von der Sekundärspule 114 separate Signalwicklung. Die von der Datenübertragungsspule ausgestrahlten Datensignale werden von einer Datenempfangsspule des Betriebsgeräts 106 aufgenommen (o. Abb.), in einem nicht eingezeichneten Demodulator des Betriebsgeräts 106 demoduliert und an eine Steuereinheit 110 des Betriebsgeräts 106 weitergeleitet. Unter anderem mittels der Temperaturdaten steuert oder regelt die Steuereinheit (”Herdelektronik”) 110, die hier einen Mikrocontroller umfasst, die Stromerzeugungseinheit 112.
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Zwar sind an dem Betriebsgerät nur zwei Arbeitszonen 113a, 113b gezeigt, jedoch sind auch mehr Arbeitszonen realisierbar, insbesondere vier oder fünf Arbeitszonen. Der Topf 101 ist hier seitlich zentriert auf der Arbeitszone 113a bzw. Basisstation 107 abgesetzt gezeigt, also ohne einen seitlichen Versatz.
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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.
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Von der Sekundärspule 214 wird auch eine weit geringere 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 Datenverarbeitungseinheit 216 in Form einer integrierten Schaltung und ein Modulator 226 eingezeichnet sind. Mittels der analogen Messelektronik 225 werden Messsignale verschiedener Messfühler des Topfs 201 abgefühlt, nämlich eines Spannungsmessfühlers 217, eines Strommessfühlers 218 und eines Temperaturmessfühlers 219. Der Temperaturmessfühler 219 ist an der Unterseite des Topfbodens 220 angebracht und misst eine für eine Garguttemperatur repräsentative Temperatur.
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Der Spannungsmessfühler 217 misst eine an der Sekundärspule 214 anliegende Sekundärspannung UB, durch welche die Heizbahn 222 direkt und die Topfelektronik 223 nach der Wandlung betrieben wird. Der Strommessfühler 218 misst einen durch die Sekundärspule 214 fließenden Strom IB und ist als ein Shunt ausgebildet. Die Ausgangssignale des Spannungsmessfühlers 217 und des Strommessfühlers 218 werden an die Messelektronik 225 übertragen.
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Es können auch weitere und/oder andere Messfühler mit der analogen Messelektronik 225 verbunden sein, z. B. Drucksensoren oder Feuchtesensoren.
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Die analoge Messelektronik 225 ist ausgangsseitig mit einer Eingangsseite der Datenverarbeitungseinheit 216 verbunden, so dass Messdaten der Messfühler 217, 218, 219 von der analogen Messelektronik 225 an die Datenverarbeitungseinheit 216 zur folgenden Verarbeitung weitergeleitet werden. Zur Verarbeitung der von der Messelektronik 225 analog übermittelten Messdaten weist die Datenverarbeitungseinheit 216 einen A/D-Wandler (o. Abb.) auf. In der Datenverarbeitungseinheit 216 können die von der analogen Messelektronik 225 gelieferten digitalen ”Rohdaten” z. B. in ein zur Kommunikation mit dem Betriebsgerät 206 kompatibles Format umformatiert werden. Insbesondere können die Rohdaten in ein vorbestimmtes Datenformat und Protokollformat umgewandelt werden. Auch umfasst die Datenverarbeitung hier ein Multiplizieren zusammengehöriger (gleichzeitig oder zeitnah abgefühlter) Paare aus Messwerten des Spannungsmessfühlers 217 und des Strommessfühlers 218 zu einem abgeleiteten Ist-Leistungswert als dem Wert einer abgeleiteten Leistungsgröße (der elektrischen Leistung).
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Die formatierten Messdaten und/oder daraus abgeleitete Daten (hier: Leistungsdaten) werden von der Datenverarbeitungseinheit 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 einen Sender in Form einer Datenübertragungsspule 228 an das Betriebsgerät 206 übermittelt zu werden. Die Datenübertragungsspule 228 ist als eine parallel zum Topfboden 220 verlaufende Signalwindung ausgestaltet. Das Trägersignal weist hier eine Trägerfrequenz von nicht mehr als 40 MHz auf.
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Es können auch andere Daten von der Datenverarbeitungseinheit 216 verarbeitet und an den Modulator 226 weitergeleitet werden, wie Identifizierungsdaten (Identcode usw.) und Betriebsdaten (Topfdurchmesser, maximale Leistung usw.) und zwar zyklisch oder – bei einer bidirektionalen Kommunikation – auf Abfrage.
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Alternativ kann der Topf 201 einen Funksender zur Datenübermittlung aufweisen.
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Das Betriebsgerät 206 weist einen Empfänger in Form einer Datenempfangsspule 229 auf, die ebenfalls als Signalwindung ausgestaltet ist, welche im Wesentlichen der Signalwindung der Datenübertragungsspule 228 des Topfs 201 gegenüberliegt. Alternativ kann das Betriebsgerät 206 einen Funkempfänger aufweisen. Die Datenempfangsspule 229 empfängt das von der Datenübertragungsspule 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 Datenverarbeitungseinheit 216 mitgelieferten Identifizierungsdaten und Betriebsdaten im Betriebsgerät 206 vor.
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Diese Daten werden in einer Steuereinheit (”Herdelektronik”) 210 weiterverarbeitet und zum Betrieb des Topfs 201 ausgewertet. Dazu kann die Steuereinheit 210 alternativ oder zusätzlich zu der Datenverarbeitungseinheit 216 gemessene Istwerte der von dem Aufsatzgerät 201 verbrauchten elektrischen Leistung aus den gemessenen und empfangenen Ist-Spannungswerten und Ist-Stromwerten berechnen. Die Steuereinheit 210 kann auch Eingaben von einem Bedienfeld 204 erhalten, beispielsweise über eine Soll-Garguttemperatur für eine Temperaturregelung.
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In der Steuereinheit 210 kann beispielsweise für den Fall einer Temperaturregelung eine Regelabweichung zwischen der eingegebenen Soll-Garguttemperatur und einer abgefühlten 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. 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.
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Die Stromerzeugungseinheit 212 erzeugt dazu eine an der Primärspule 211 anliegende Leistungswechselspannung, hier beispielsweise zwischen 10 VAC und 230 VAC bei einer Frequenz zwischen 100 KHz und 400 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 Energie- oder Leistungsübertrag (”transformatorische Kopplung”).
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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.
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Ist der Topf 201 seitlich in r-Erstreckung gegen seine zugehörige Basisstation 207 verschoben, ist genauer gesagt ein Zentrum ZA des Topfs 201 oder seiner Sekundärspule 214 gegen ein Zentrum ZB der Basisstation 207 oder seiner Primärspule 211 verschoben, so weist der Topf 201 einen Versatz v gegen die Basisstation 207 auf. Dies ist in 3 in einer ansonsten zu 2 gleichen Anordnung gezeigt. Ein maximaler Versatz v beträgt hier zwischen 3 cm und 5 cm. Wird der Topf 201 weiter von der Primärspule 211 entfernt, reicht die übertragene Leistung nicht mehr zum Betrieb des Topfs 201 aus. Eine Unterbrechung der Datenübertragung kann als ein Entfernen des Topfs 201 von der Basisstation 207 gedeutet werden. Durch den Versatz v wird ein Wirkungsgrad der Leistungsübertragung zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 214 herabgesetzt. Dadurch mag beispielsweise ein Topf 201 nicht in dem Maße beheizt werden, wie es einer an dem Betriebsgerät 206 eingestellten Leistungsstufe entspricht.
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Zur Versatzkompensation kann die Steuereinheit 210 die auf das Aufsatzgerät übertragene Leistung (nach)regeln, z. B. ähnlich der Temperaturregelung. Dies wird nun beispielhaft anhand einer tatsächlich an dem Aufsatzgerät verbrauchten Leistung als der Regelgröße dargestellt. Der Ist-Wert der Leistung wird in dem Aufsatzgerät durch eine Multiplikation der Messpaare aus Messwerten des Spannungsmessfühlers 217 und des Strommessfühlers 218 gemäß P = UB IB berechnet und an das Betriebsgerät 206 übermittelt. Gleichzeitig kennt das Betriebsgerät 206 den Sollwert der Leistung, z. B. aus einer eingestellten Leistungsstufe und einer bekannten Charakteristik der Leistungsübertragung für einen versatzlosen Aufsatz.
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In der Steuereinheit wird folgend eine Regelabweichung zwischen der eingegebenen Soll-Leistung und einer (abgeleiteten) abgefühlten Ist-Leistung bestimmt, als auch eine Stellgröße des Regelkreises, woraus wiederum eine Steuerspannung zur Steuerung einer Stromerzeugungseinheit 212 in Form einer Leistungselektronik berechnet und ausgegeben wird. Die Nachregelung wird vorteilhafterweise nur bis zu der für dieses Aufsatzgerät erlaubten maximalen Leistung durchgeführt, auch wenn die Basisstation grundsätzlich eine höhere Leistung übertragen könnte.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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So kann die Ist-Leistung auch in dem Betriebsgerät 206 berechnet werden. In anderen Worten kann die von dem Aufsatzgerät aufgenommene oder verbrauchte Leistung entweder in dem Aufsatzgerät selbst oder mittels einer Datenübermittlung der gemessenen Spannung und/oder des gemessenen Stromes und des hinterlegten Lastwiderstands auch in dem Betriebsgerät berechnet werden. In dem ersten Fall wird die in dem Aufsatzgerät berechnete oder abgeleitete Leistung an das Betriebsgerät übertragen.
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Ferner kann die Leistungsregelung zur Versatzkompensation auch nur anhand der Spannungsmessdaten oder Strommessdaten erfolgen, ohne die Leistung explizit zu berechnen.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Intelligenter Topf
- 102
- Grundkörper
- 104
- Bedienfeld
- 105
- Arbeitsplatte
- 106
- Betriebsgerät
- 107
- Basisstation
- 108
- Gehäuse
- 110
- Steuereinheit
- 111
- Primärspule
- 112
- Stromerzeugungseinheit
- 113
- Arbeitszone
- 113a
- Arbeitszone
- 113b
- Arbeitszone
- 114
- Sekundärspule
- 115a
- Linie
- 115b
- Linie
- 116
- Datenverarbeitungseinheit
- 119
- Temperaturmessfühler
- 201
- Intelligenter Topf
- 202
- Grundkörper
- 204
- Bedienfeld
- 206
- Betriebsgerät
- 207
- Basisstation
- 210
- Steuereinheit
- 211
- Primärspule
- 212
- Stromerzeugungseinheit
- 214
- Sekundärspule
- 216
- Datenverarbeitungseinheit
- 217
- Spannungsmessfühler
- 218
- Strommessfühler
- 219
- Temperaturmessfühler
- 220
- Topfboden
- 221
- Gargut
- 222
- Heizbahn
- 223
- Topfelektronik
- 224
- Schaltregler
- 225
- analoge Messelektronik
- 226
- Modulator
- 228
- Datenübertragungsspule
- 229
- Datenempfangsspule
- 219
- Temperaturmessfühler
- 228
- Datenübertragungsspule
- 229
- Datenempfangsspule
- 230
- Demodulator
- 231
- D/A-Wandler
- ZA
- Zentrum des Topfs
- ZB
- Zentrum der Basisstation
- P
- Leistung
- UB
- Sekundärspannung
- IB
- Sekundärstrom
- R
- Widerstand
- v
- Versatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0354151 B1 [0002, 0004]
- WO 2008/055370 A1 [0003, 0004]
- US 6953919 [0005]
