DE102009045521B4 - Water cooker - Google Patents
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Abstract
Wasserkocheinrichtung 1, umfassend eine Energieversorgungseinheit 8, eine elektronische Regeleinrichtung und einen Wasserkocher 2, der einen Wasserbehälter, einen Griff 5, einen Deckel 3, eine Schnaupe 4 und eine Heizvorrichtung aufweist, und dergestalt ausgebildet ist, dass er auf die Energieversorgungseinheit 8 aufstellbar und elektrisch an diese anschließbar ist, gekennzeichnet durch eine Wägeeinrichtung 12, durch die das Gewicht des im Wasserbehälter befindlichen Wassers der Masse m ermittelbar ist, einen Temperatursensor zur Messung einer Starttemperatur T1 und eine Einrichtung zur Ermittlung der Netzspannung, wobei der benötigte Energieeintrag Q für die Erwärmung des im Wasserbehälter befindlichen Wassers auf eine Zieltemperatur T2 mittels der elektronischen Regeleinrichtung aus der ermittelten Masse m, der Leistung des Heizelements sowie der Wärmekapazität des Wassers als Konstanten, der ermittelten Netzspannung und der Starttemperatur T1 berechenbar ist.Water cooking device 1, comprising a power supply unit 8, an electronic control device and a water heater 2, which has a water tank, a handle 5, a lid 3, a spout 4 and a heater, and is designed such that it can be placed on the power supply unit 8 and electrically can be connected to this, characterized by a weighing device 12, by which the weight of the water in the water tank of the mass m can be determined, a temperature sensor for measuring a start temperature T1 and means for determining the mains voltage, wherein the required energy input Q for heating the water in the water tank to a target temperature T2 by means of the electronic control device from the determined mass m, the power of the heating element and the heat capacity of the water as constants, the determined grid voltage and the starting temperature T1 is calculated.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserkocheinrichtung, umfassend eine Energieversorgungseinheit, eine elektronische Regeleinrichtung und einen Wasserkocher, der einen Wasserbehälter, einen Griff, einen Deckel, eine Schnaupe und eine Heizvorrichtung aufweist, und dergestalt ausgebildet ist, dass er auf die Energieversorgungseinheit aufstellbar und elektrisch an diese anschließbar ist.The present invention relates to a water cooking device comprising a power supply unit, an electronic control device and a kettle having a water container, a handle, a lid, a spout and a heater, and configured to be deployable on the power supply unit and electrically thereto is connectable.
Wasserkocheinrichtungen gemäß dem Stand der Technik umfassen in der Regel eine Energieversorgungseinheit und einen Wasserkocher mit einem Wasserbehälter, einen Griff, einen Deckel, eine Schnaupe, eine Heizvorrichtung und eine elektronische Regeleinrichtung. Die Heizeinrichtung kann offen liegen oder im Boden des Wasserbehälters integriert sein kann. Alle bekannten Wasserkocheinrichtungen funktionieren nach demselben Prinzip, wonach anhand von Sensoren, beispielsweise einem sogenannten Dampfschalter oder einem Temperatursensor, festgestellt wird, ob das Wasser bzw. die Flüssigkeit im Behälter siedet, und falls dem so ist, die Heizeinrichtung abgeschaltet wird.Prior art water cookers typically include a power supply unit and a kettle with a water container, handle, lid, spout, heater, and electronic controller. The heater may be open or integrated in the bottom of the water tank. All known kettles work on the same principle, according to which it is determined from sensors, for example a so-called steam switch or a temperature sensor, whether the water or the liquid boils in the container, and if so, the heater is switched off.
Aus der
Aus der
Die
Weiterhin offenbart die
Die
Die
- 1) Messen der Starttemperatur TStart. 2) Bestimmen der Wärmekapazität Csys des Systems. Die Wärmekapazität wird dabei rechnerisch aus Csys = Pel. Δt/ΔT bestimmt. Hierfür muss das Heizelement eine kurze Zeitspanne mit Heizleistung beaufschlagt werden. 3) Berechnen einer Differenztemperatur ΔTSZ aus einer vorgewählten Zieltemperatur TZiel und der gemessenen Starttemperatur TStart. 4) Falls die Differenztemperatur ΔTSZ gleich der Differenztemperatur ΔTklein ist, Aufheizen des Wasserkochers mit reduzierter Leistung Pred für eine berechnete Zeitspanne ΔTred oder, 5) falls die Differenztemperatur ΔTSZ größer als ΔTklein ist, geregeltes Aufheizen des Wasserkochers, wobei die Regelung eine am Temperatursensor messbaren Temperatur Tend berechnet, bei deren Erreichen der Aufheizvorgang beendet wird.
- 1) Measuring the starting temperature T Start . 2) Determine the heat capacity C sys of the system. The heat capacity is computationally determined from C sys = P el. Δt / ΔT. For this purpose, the heating element must be subjected to a short period of time with heating power. 3) calculating a differential temperature ΔT SZ from a preselected target temperature T target and the measured starting temperature T Start. 4) If the differential temperature ΔT SZ is equal to the differential temperature ΔT small , heating the kettle with reduced power P red for a calculated period of time ΔT red or, 5) if the differential temperature ΔT SZ is greater than ΔT small , controlled heating of the kettle, the Control calculates a measurable at the temperature sensor temperature T end , when reached the heating process is terminated.
Nachteilig an den Verfahren gemäß dem Stand der Technik ist, dass hier nur Temperatursensoren zur Anwendung kommen können, die sehr hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit genügen müssen. Insbesondere müssen Sensorsysteme verwendet werden, die auf Temperaturänderungen schnell reagieren. Um diesen Forderungen zu genügen, müssen die Temperatursensoren ferner unmittelbar mit dem Wasser in Berührung stehen. Nur so erhält man hinreichend schnell ein entsprechendes Sensorsignal. Die Verfahren sind auch anfällig gegen absolute Fehler der Temperatursensoren bei den einzelnen Messungen, da hier bereits kleine Temperaturänderungen eine wesentliche Rolle spielen.A disadvantage of the method according to the prior art is that only temperature sensors can be used, which must meet very high demands on the measurement accuracy. In particular, sensor systems must be used that respond quickly to temperature changes. To meet these requirements, the temperature sensors must also be in direct contact with the water. This is the only way to obtain a corresponding sensor signal with sufficient speed. The methods are also susceptible to absolute errors of the temperature sensors in the individual measurements, since even small temperature changes play an essential role here.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Wasserkocheinrichtung so weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und für die Erwärmung von Wasser relevante physikalische Daten bereits vor dem eigentlichen Kochvorgang vorliegen.The present invention has for its object to provide a generic cooking device so that the disadvantages of the prior art are avoided and present for the heating of water relevant physical data before the actual cooking process.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einer Wasserkocheinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a Wasserkocheinrichtung according to the Preamble of claim 1 solved by the characterizing features. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Wasserkocheinrichtung derart weiterzubilden, dass mittels einer Wageeinrichtung das Gewicht von dem im Wasserbehälter befindlichen Wasser ermittelbar ist. Da das Gewicht des Wasserkochers als bekannt vorgegeben ist, ist aus dem Gesamtgewicht die im Wasserkocher befindliche Wassermenge ermittelbar. Der Energieeintrag, der nötig ist, um das im Wasserbehälter befindliche Wasser auf eine bestimmte Temperatur aufzuheizen bzw. bis zum Siedepunkt zu erhitzen wird dann gemäß der Beziehung (I) ermittelt:
- Q:
- zuzuführende Wärmemenge
- C:
- Wärmekapazität des Wassers
- m:
- Masse des zu erhitzenden Wassers
- T1:
- Starttemperatur zu Beginn des Wassererwärmungszykluses
- T2:
- Zieltemperatur am Ende des Wassererwärmungszykluses
- Q:
- amount of heat to be supplied
- C:
- Heat capacity of the water
- m:
- Mass of the water to be heated
- T 1 :
- Start temperature at the beginning of the water heating cycle
- T 2 :
- Target temperature at the end of the water heating cycle
Erfindungsgemäß wird weiterhin die Netzspannung ermittelt. Durch die Wiegung des Wasserkochers bzw. der Wasserkocheinrichtung und der Ermittlung der anliegenden Netzspannung liegen damit physikalische Daten für die Erwärmung von im Wasserkocher befindlichem Wasser, insbesondere der für die Erwärmung des Wassers bis zum Siedepunkt benötigte Energieeintrag, bereits vor dem eigentlichen Kochvorgang vor.According to the invention, the mains voltage is further determined. By the weighing of the kettle or the Wasserkocheinrichtung and the determination of the applied mains voltage are thus physical data for the heating of water in the kettle, especially the energy required for the heating of the water to the boiling point, before the actual cooking process before.
Hierzu wird der erfindungsgemäße Wasserkocher zunächst mit Wasser befällt und anschließend auf die Energieversorgungseinheit aufgestellt und elektrisch an diese angeschlossen. Mittels einer Wägeeinrichtung, die entweder in oder an der Energieversorgungseinheit oder aber im Wasserkocher selbst ausgebildet ist, wird das Gewicht des Wasserkochers bestimmt.For this purpose, the kettle according to the invention is first filled with water and then placed on the power supply unit and electrically connected to this. By means of a weighing device, which is formed either in or on the power supply unit or in the kettle itself, the weight of the kettle is determined.
Die Ausführungsform der Wägeeinrichtung ist an die jeweilige Wasserkocheinrichtung anzupassen. Grundsätzlich ist jede Waage gemäß dem Stand der Technik, die die Wagedaten auf eine Regeleinheit übertragen kann, einsetzbar. Bei den gängigen 1,7 Liter Wasserkocheinrichtungen wird die Wägeeinrichtung, aufgrund des bereits hohen Gewichts des Wasserkochers, bevorzugt in der Energieversorgungseinheit verbaut. Die Wägeeinrichtung selbst umfasst bevorzugt eine elektromechanische oder elektronische Waage. Beispielsweise umfasst die Wägeeinrichtung eine elektronische Waage auf Basis einer Wagezelle mit Dehnungsmeßstreifen (DMS). Die Wägeeinrichtung kann aus einem im Gehäuse der Energieversorgungseinheit befestigten Biegebalken mit einem Dehnungsmessstreifen bestehen, wobei am Biegebalken eine Trageplatte befestigt ist, an der Auflageelemente ausgebildet sind.The embodiment of the weighing device is to be adapted to the respective water cooking device. In principle, any balance according to the prior art that can transfer the weighing data to a control unit can be used. In the current 1.7 liter water heaters, the weighing device, due to the already high weight of the kettle, preferably installed in the power supply unit. The weighing device itself preferably comprises an electromechanical or electronic balance. For example, the weighing device comprises an electronic balance based on a weighing cell with strain gauges (DMS). The weighing device may consist of a bending beam fixed in the housing of the energy supply unit with a strain gauge, wherein a support plate is fixed to the bending beam, are formed on the support elements.
Denkbar ist auch, die Wägeeinrichtung in dem Fußsockel der Energieversorgungseinheit zu integrieren. Sind mehrere Fußsockeln vorhanden, lassen sich auch mehrere Wägeeinrichtung integrieren. Das Gesamtgewicht ist dann auch die voneinander distanzierten Fußsockel verteilt. Zur Ermittlung des Gesamtgewichtes werden die an den Fußsockeln gemessenen Werte in einfachster Weise addiert. Beispielsweise kann die Wageeinrichtung aus einer Keramikplatte bestehen, die mit druckabhängigen Widerständen und Festwiderständen in Brückenschaltung ausgerüstet ist. Die Widerstände sind dann vorteilhaft in Art einer Wheatstone-Messbrücke angeordnet. Bezüglich der Keramikplatte kann es sich hierbei um ein Keramik-Dickschichtmodul handeln, auf welchem zwei druckabhängige Widerstände und zwei Festwiderstände in Brückenschaltung aufgebracht sind. Schließlich erweist es sich noch als vorteilhaft, dass drei Druckfüße vorgesehen sind, womit das Gesamtgewicht der Wasserkocheinrichtung auf drei Sensoren verteilt wird. Zufolge dessen ist eine genaue Messung durchführbar.It is also conceivable to integrate the weighing device in the foot base of the power supply unit. If several foot sockets are available, several weighing devices can also be integrated. The total weight is then distributed among the distanced foot pedestals. To determine the total weight, the values measured at the foot pedestals are added in the simplest way. For example, the weighing device consist of a ceramic plate, which is equipped with pressure-dependent resistors and fixed resistors in bridge circuit. The resistors are then advantageously arranged in the manner of a Wheatstone bridge. With regard to the ceramic plate, this may be a ceramic thick-film module on which two pressure-dependent resistors and two fixed resistors are applied in bridge connection. Finally, it proves to be advantageous that three pressure feet are provided, whereby the total weight of the water cooking device is distributed to three sensors. As a result, an accurate measurement is feasible.
Alternativ ist auch eine kapazitive Messung mittels eines Kondensators, insbesondere eines Plattenkondensators, möglich.Alternatively, a capacitive measurement by means of a capacitor, in particular a plate capacitor, is possible.
Die Einrichtung zur Ermittlung der Netzspannung umfasst beispielsweise einen hochohmigen, zwischen Phase und Nulleiter gesetzten Widerstand und einen Mikrocontroller (ohmsche Einrichtung), zumindest zwei gekoppelte Spulen und einen Mikrocontroller (induktive Einrichtung), oder einen parallel zur Heizeinrichtung geschalteten Kondensator und einen Mikrocontroller (kapazitive Einrichtung).The device for determining the mains voltage includes, for example, a high-impedance, set between phase and neutral resistance and a microcontroller (ohmic device), at least two coupled coils and a microcontroller (inductive device), or a capacitor connected in parallel to the heater and a microcontroller (capacitive device ).
Neben der Wageeinrichtung und der Einrichtung zur Ermittlung der Netzspannung weist die erfindungsgemäße Wasserkocheinrichtung einen Temperatursensor, beispielsweise einen NTC, auf. Dies hat den Vorteil, dass die Starttemperatur T1 zu Beginn des Kochvorgangs nicht als Konstante, sondern als Messwert in die Beziehung (I) einfließt. Damit lässt sich die zuzuführende Wärmemenge Q bis zum Siedepunkt (Zieltemperatur T2) exakt berechnen.In addition to the weighing device and the device for determining the mains voltage, the water cooking device according to the invention has a temperature sensor, for example an NTC. This has the advantage that the starting temperature T 1 at the beginning of the cooking process does not flow as a constant, but as a measured value in the relationship (I). Thus, the amount of heat Q to be supplied up to the boiling point (target temperature T 2 ) can be calculated exactly.
Der Temperatursensor ist vorzugsweise in dem Wasserkocher oder in gut wärmeleitender Verbindung zur Flüssigkeit an dem Wasserkocher angebracht. Erfindungsgemäß muss von dem Temperatursensor nur ein Wert in einem thermisch ausgeglichenen System gemessen werden. Messungen während eines Kochvorgangs sind nämlich mit hohen Messtoleranzen behaftet, da aufgrund von starken lokalen Temperaturschwankungen keine gemittelte Wassertemperatur an einem einzelnen Temperatursensor anliegt. Mit der erfindungsgemäßen Wasserkocheinrichtung lassen sich zudem auch kostengünstige Sensoren verwenden. Eine elektronische Regeleinrichtung, beispielsweise ein Mikroprozessor, berechnet erfindungsgemäß den für die Erwärmung des im Wasserbehälter befindlichen Wassers auf eine bestimmte Temperatur benötigten Energieeintrag Q. In die Berechnung fließen die ermittelte Masse m des zu erhitzenden Wassers, die ermittelte Netzspannung und die Starttemperatur T1 zu Beginn des Kochvorgangs als Variablen und die Zieltemperatur T2 (Siedepunkt), die Leistung des Heizelements, sowie Wärmekapazität C des Wassers als Konstanten ein. Gegebenenfalls kann auch die, manuell von einer Bedienperson über eine Vorrichtung einstellbare Zieltemperatur T2 am Ende des Kochvorgangs, als Variable einfließen.The temperature sensor is preferably mounted in the kettle or in good heat conducting connection to the liquid on the kettle. According to the invention, only one value in a thermally balanced system has to be measured by the temperature sensor. Measurements during a cooking process are namely with high measurement tolerances, since due to strong local temperature fluctuations no average water temperature is applied to a single temperature sensor. In addition, cost-effective sensors can also be used with the water cooking device according to the invention. An electronic control device, for example a microprocessor, calculates according to the invention the energy input Q required for heating the water in the water tank to a certain temperature. The calculated mass m of the water to be heated, the determined mains voltage and the starting temperature T 1 at the start flow into the calculation of the cooking process as variables and the target temperature T 2 (boiling point), the power of the heating element, and heat capacity C of the water as constants. Optionally, also, manually adjustable by an operator via a device target temperature T 2 at the end of the cooking process, incorporated as a variable.
Gemäß der Beziehung (II) mit
- Pel
- :Heizleistung der Heizvorrichtung in Form von elektrischer Leistung
- Δt
- Zeitspanne
- T1:
- Starttemperatur zu Beginn des Kochvorgangs
- T2:
- Zieltemperatur am Ende des Kochvorgangs
- P el
- : Heating power of the heater in the form of electrical power
- .delta.t
- Period of time
- T 1 :
- Start temperature at the beginning of the cooking process
- T 2 :
- Target temperature at the end of the cooking process
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Wasserkocheinrichtung eine Vorrichtung zur Einstellung einer Zieltemperatur T2, beispielsweise einen Potentiometer, auf. Damit lässt sich jede beliebige Zieltemperatur T2 einstellen. Eine derartige Wasserkocheinrichtung zeichnet sich gegenüber herkömmlichen, mit einem Temperatursensor ausgestatteten Wasserkochern dadurch aus, dass die von einer Bedienperson eingestellte Zieltemperatur mit einer weitaus höheren Genauigkeit erreicht wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Wasser für die Zubereitung einer bestimmten Teesorte benötigt wird, bei der eine zu hohe Wassertemperatur nicht empfohlen wird, oder wenn Babynahrung zubereitet werden soll, d. h. immer dann, wenn das Wasser im Wasserkocher nicht bis zum Siedepunkt erhitzt werden soll. In dieser Ausführungsform wird zunächst mittels der Wageeinrichtung und der elektronischen Regeleinrichtung die Menge des in dem Wasserkocher befindlichen Wassers bestimmt und die anliegende Netzspannung ermittelt, dann mittels des Temperatursensors die Wassertemperatur (Starttemperatur T1) zu Beginn des Kochvorgangs bestimmt und schließlich in Kenntnis der Leistung des Heizelements der Energieeintrag Q berechnet, der zur Erreichung der voreingestellten Zieltemperatur T2 nötig ist.In a preferred embodiment, the water cooking device according to the invention has a device for setting a target temperature T 2 , for example a potentiometer. This allows any desired temperature T 2 set. Such a water cooker is distinguished from conventional kettles equipped with a temperature sensor in that the operator set target temperature is achieved with a much higher accuracy. This is particularly advantageous if the water is needed for the preparation of a particular type of tea in which a too high water temperature is not recommended, or if baby food is to be prepared, ie whenever the water in the kettle does not heat up to the boiling point shall be. In this embodiment, the amount of water in the kettle is first determined by means of the weighing device and the electronic control device and determines the applied mains voltage, then determined by the temperature sensor, the water temperature (start temperature T 1 ) at the beginning of the cooking process and finally in knowledge of the performance of Heating element of the energy input Q calculated, which is necessary to achieve the preset target temperature T 2 .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserkocheinrichtung ist eine Anzeigeeinheit, beispielsweise ein Digitalanzeige oder eine Segmentanzeige vorgesehen. Mittels einer Anzeigeeinheit lässt sich die Restzeit bis zum Erreichen der dieser Zieltemperatur T2, und/oder der Energieverbrauch und/oder die Kosten für die Erwärmung berechnen.In a further preferred embodiment of the water cooking device according to the invention, a display unit, for example a digital display or a segment display, is provided. By means of a display unit, the remaining time until reaching this target temperature T 2 , and / or the energy consumption and / or the cost of heating can be calculated.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wasserkocheinrichtung.A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description. The single figure shows schematically a sectional view through an embodiment of a water cooking device according to the invention.
Eine Wasserkocheinrichtung
Der Wasserkocher
Das Kupplungsteil
Die erfindungsgemäße Wasserkocheinrichtung ermöglicht es, einer Bedienperson die Zeit für die Erwärmung des Wassers auf eine Zieltemperatur T2, die Restzeit bis zum Erreichen dieser Zieltemperatur, den Energieverbrauch und Kosten für die Erwärmung anzuzeigen. Auch ist eine, gegebenenfalls manuell eingestellte Zieltemperatur T2 exakt zu erreichen, da thermische Ausgleichsvorgänge im System und Trägheiten von Temperatursensoren unberücksichtigt bleiben können. Zudem kann die mit einer Wägeeinrichtung ausgestattete Energieversorgungseinrichtung als Küchenwaage verwendet werden. Auch hierdurch entsteht ein hoher Kundennutzen.The water cooking device according to the invention makes it possible to indicate to an operator the time for the heating of the water to a target temperature T 2 , the remaining time until reaching this target temperature, the energy consumption and costs for the heating. Also, an optionally manually set target temperature T 2 is to be reached exactly as thermal compensation processes in the system and inertia of temperature sensors can be disregarded. In addition, the equipped with a weighing device power supply device can be used as a kitchen scale. This also creates a high level of customer benefit.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- WasserkocheinrichtungWater cooker
- 22
- Wasserkocherwater heater
- 33
- Deckelcover
- 44
- Schnaupespout
- 55
- GriffHandle
- 66
- Kupplungsteilcoupling part
- 77
- Kupplungsteilcoupling part
- 88th
- EnergieversorgungseinheitPower supply unit
- 99
- StromanschlusskabelPower cable
- 1010
- Temperatursensortemperature sensor
- 1111
- Anzeigeeinheitdisplay unit
- 1212
- Wägeeinrichtungweighing
Claims (8)
Priority Applications (1)
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