DE102011076181A1

DE102011076181A1 - Sensoreinheit, Datenübertragungseinheit, Sensorsystem für ein Haushaltsgerät und Haushaltsgerät

Info

Publication number: DE102011076181A1
Application number: DE201110076181
Authority: DE
Inventors: Dr. Sippel Matthias
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-11-22

Abstract

Die Sensoreinheit (5) ist für ein Haushaltsgerät (1) vorgesehen, wobei die Sensoreinheit (5) mindestens einen Sensor (7) und mindestens eine Spule (8a), welche mit dem mindestens einen Sensor (7) elektrisch verbunden ist, aufweist, wobei die Sensoreinheit (5) ferner einen offenen Kern (9a) mit freien Enden (12a) aufweist, wobei der Kern (9a) abschnittsweise von der mindestens einen Spule (8a) umgeben ist und die Sensoreinheit (5) mit ihren freien Enden (12a) auf das Haushaltsgerät (1), insbesondere eine Wand (2) davon, aufsetzbar ist. Eine Datenübertragungseinheit (6) kann analog ausgebildet sein. Das Sensorsystem (5, 6) weist mindestens eine Sensoreinheit (5) und mindestens eine Datenübertragungseinheit (6) auf. Das Haushaltsgerät (1) weist mindestens ein Sensorsystem (5, 6) auf, wobei mindestens eine Sensoreinheit (5) und mindestens eine Datenübertragungseinheit (6) des Sensorsystems (5, 6) gegenüberliegend an einer gleichen Wand (2) des Haushaltsgeräts (1) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit, wobei die Sensoreinheit mindestens einen Sensor und mindestens eine Spule, welche mit dem mindestens einen Sensor elektrisch verbunden ist, aufweist.
Soll ein Sensor, der sich im Inneren eines geschlossenen Topfes befindet, angesprochen werden, so muss bisher entweder der Topf entsprechend vorbereitet sein (z.B. durch einen Sensor im Deckel, Topfboden oder Griff mit einer Anschlussleitung nach Außen) oder ein Kabel zu einem innenliegenden Sensor geführt werden. Eine Funkkommunikation in einen beliebigen geschlossenen metallischen Topf ist jedoch nicht möglich.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine einfache Möglichkeit zur Datenübertragung aus geschlossenen, insbesondere elektrisch leitfähigen, Haushaltsgeräten zu schaffen, welche insbesondere auch auf einfache Haushaltsgeräte ohne vorherige Datenübertragungsmöglichkeit anwendbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoreinheit für ein Haushaltsgerät, wobei die Sensoreinheit mindestens einen Sensor und mindestens eine Spule, welche mit dem mindestens einen Sensor elektrisch verbunden ist, aufweist, wobei die Sensoreinheit ferner einen offenen Kern mit freien Enden aufweist, wobei der Kern abschnittsweise von der mindestens einen Spule umgeben ist und die Sensoreinheit mit ihren freien Enden auf das Haushaltsgerät, insbesondere eine Wand davon, aufsetzbar ist.
Diese Sensoreinheit weist den Vorteil auf, dass sie zur Anordnung an einer, insbesondere elektrisch leitfähigen, Wand eines Haushaltsgeräts geeignet ist und Sensorsignale durch diese Wand hindurch übertragen kann, ohne die Wand durchbohren zu müssen. Die Sensorsignale können also unter anderem auch durch ein geschlossenes Haushaltsgerät, z.B. einen gedeckelten Topf oder eine geschlossene Ofenmuffel, hindurch ausgesandt werden. Auf gleiche Weise können in umgekehrter Richtung Signale (Energie, Information) durch die Wand in das Haushaltsgerät hinein übertragen werden. Diese Sensoreinheit kann also insbesondere zur Anordnung an einer, insbesondere elektrisch leitfähigen, Wand oder Wandbereich eines Haushaltsgeräts eingerichtet sein, wobei diese Wand oder Wandbereich durchführungsfrei oder durchgehend ist. Die Sensoreinheit ist zudem einfach und preiswert herstellbar. Ferner kann die Sensoreinheit nachträglich an einer Wand von einfachen Haushaltsgeräten befestigt werden, die keine vorherige, z.B. ab Werk eingebaute, Signalübertragungsmöglichkeit aufweisen, z.B. in einfache Töpfe oder gedeckelte Pfannen.
Dies wird unter anderem dadurch erreicht, dass die freien Enden auf dem Haushaltsgerät aufsetzen können. So kann das im Kern geführte Magnetfeld zumindest teilweise induktiv durch die Wand hindurch übertragen und auf der anderen Seite der Wand abgegriffen und ausgewertet werden, insbesondere mittels einer transformatorischen oder induktiven Kopplung. Das in dem Kern geführte Magnetfeld wiederum wird durch elektrische Signale des mindestens einen Sensors, welche die mindestens eine Spule anregen, erzeugt. Selbstverständlich kann in umgekehrter Richtung durch eine lokalisierte magnetische Anregung der Wand oder durch die Wand hindurch (insbesondere mittels einer transformatorischen Kopplung) ein elektrisches Signal (z.B. eine Induktionsspannung) in der Spule erzeugt werden, welche den Sensor betreibt. Die Anregung kann beispielsweise mittels der weiter unten beschriebenen Datenübertragungseinheit erzeugt werden.
Die Sensoreinheit kann insbesondere an einer Innenseite der Wand angebracht werden, so dass der Sensor in der Lage ist, Betriebsparameter aus dem Inneren des geschlossenen Haushaltsgeräts nach Außen zu melden, z.B. eine Temperatur, eine Luftfeuchtigkeit, einen Druck usw. Der Sensor kann folglich ein Temperatursensor, ein Feuchtigkeitssensor, ein Drucksensor usw. sein.
Die mindestens eine Spule und der Kern können insbesondere als eine Transformatorhälfte ausgestaltet sein oder angesehen werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Sensor ein aktiver Sensor ist. Ein aktiver Sensor kann insbesondere ein Sensor sein, welcher über die Spule mit Induktionsstrom speisbar ist und welcher dazu eingerichtet ist, mittels des in ihn eingespeisten Induktionsstroms einen Messwert aufzunehmen und diesen Messwert dann in Form eines elektrischen Signals, insbesondere digitalen elektrischen Signals, auf die Spule zu übertragen. Die Spule erzeugt ein entsprechendes Magnetfeld im Kern. Der aktive Sensor kann dazu mit einer, insbesondere elektronischen, Schaltung ausgerüstet sein. Der aktive Sensor kann ferner mit mindestens einem Energiespeicher, z.B. Kondensator, ausgerüstet sein, welcher aus der Spule speisbar ist. Der aktive Sensor kann auch einen Gleichrichter zum Betreiben der Schaltung aufweisen. Der aktive Sensor weist den Vorteil auf, dass er auch vergleichsweise komplexe Information abfühlen und übertragen kann.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Sensor ein passiver Sensor ist. Der passive Sensor kann insbesondere ein (resonanter) Sensor sein, welcher mit der Spule ein resonantes System bildet, dessen resonante Antwort über den Kern transformatorisch auf die gegenüberliegende Seite der Wand übertragbar ist. Messwerte, insbesondere Temperaturmesswerte, können insbesondere aus einer von dem abzufühlenden Betriebsparameter abhängigen Verschiebung oder Verstimmung einer Eigenfrequenz oder mehrerer Moden ausgewertet oder bestimmt werden. Die Sensoreinheit kann insbesondere in diesem Fall mit einem frequenzvariablen Anregungssignal, z.B. einem Sweep-Signal, angeregt werden, insbesondere transformatorisch angeregt werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Datenübertragungseinheit für ein Haushaltsgerät, wobei die Datenübertragungseinheit mindestens eine Spule aufweist, welche mit mindestens einer Spulensignalübertragungseinheit elektrisch verbunden ist, und die Spulensignalübertragungseinheit dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Spule mit elektrischen Signalen anzuregen und/oder elektrische Signale der angeregten mindestens einen Spule zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungseinheit ferner einen offenen Kern mit freien Enden aufweist, wobei der Kern abschnittsweise von der mindestens einen Spule umgeben ist und die Datenübertragungseinheit mit ihren freien Enden auf das Haushaltsgerät, insbesondere eine Wand davon, aufsetzbar ist.
Auch die Datenübertragungseinheit weist den Vorteil auf, dass sie Signale durch eine Wand, auch elektrisch leitfähige Wand, des Haushaltsgeräts, an welcher sie angeordnet oder befestigt ist, hindurch übertragen oder daraus empfangen kann, ohne die Wand durchbohren zu müssen. Auch die Datenübertragungseinheit kann also insbesondere zur Anordnung an einer, insbesondere elektrisch leitfähigen, Wand oder Wandbereich eines Haushaltsgeräts eingerichtet sein, wobei diese Wand oder Wandbereich durchführungsfrei oder durchgehend ist. Die Datenübertragungseinheit ist einfach und preiswert herstellbar. Zudem kann die Datenübertragungseinheit nachträglich an einer Wand von einfachen Haushaltsgeräten befestigt werden, die keine vorherige, z.B. ab Werk eingebaute, Datenübertragungsmöglichkeit aufweisen, z.B. einfache Töpfe oder gedeckelte Pfannen.
Dadurch, dass die Spulensignalübertragungseinheit dazu eingerichtet ist, ihre mindestens eine Spule mit elektrischen Signalen anzuregen, kann in dem Kern ein Magnetfeld erzeugt werden, dass durch die Wand hindurch übertragbar ist, insbesondere zu einer gegenüberliegend angeordneten Sensoreinheit, insbesondere mittels einer transformatorischen Kopplung. Die Sensoreinheit kann dann insbesondere transformatorisch mit der Datenübertragungseinheit koppeln, so dass an der mindestens einen Spule der Sensoreinheit eine Induktionsspannung zu ihrem Betrieb erzeugbar ist. Umgekehrt können durch die Wand hindurch Signale von der Sensoreinheit empfangen und weitergeleitet und/oder ausgewertet werden.
Die Datenübertragungseinheit kann insbesondere an einer Außenseite der Wand angebracht werden.
Die mindestens eine Spule und der Kern können insbesondere als eine Transformatorhälfte ausgestaltet sein oder angesehen werden.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Datenübertragungseinheit eine Antenne und ggf. ein Anpassungsglied aufweist, welche mit der mindestens einen Spule elektrisch gekoppelt sind. Eine solche Datenübertragungseinheit ist besonders einfach ausgestaltbar und ermöglicht eine insbesondere transformatorische Signalübertragung durch die Wand des Haushaltsgeräts hindurch von Signalen, welche von extern, z.B. von einem externen Lesegerät, auf die Datenübertragungseinheit eingestrahlt werden. Diese externen Signale, z.B. Funksignale, werden von der Antenne aufgenommen und mittels des Anpassungsglieds in elektrische Signale zum Anregen der Spule umgewandelt. Umgekehrt können mittels des Magnetfelds des Kerns an der Spule erzeugte elektrische Signale über das Anpassungsglied zur Anregung der Antenne verwendet werden. Die von der Antenne ausgesandten elektromagnetischen Wellen oder Signale können beispielsweise von dem Lesegerät empfangen werden. Eine solche Datenübertragungseinheit kann insbesondere ohne eine eigene Logik auskommen.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Datenübertragungseinheit einen mit der mindestens einen Spule gekoppelten Mikroprozessor, insbesondere Mikrocontroller, sowie eine Stromversorgung, insbesondere autonome Stromversorgung, für den Mikroprozessor aufweist. Eine solche Datenübertragungseinheit weist den Vorteil auf, dass die Spule mittels des Mikrocontrollers auch ohne externe Anregung, also selbstständig, anregbar ist. Auch kann der Mikrocontroller zur Verarbeitung, insbesondere Auswertung, der über die Spule empfangenen Signale eingerichtet sein. Die Datenübertragungseinheit kann mit einer Antenne gekoppelt sein, um die von dem Mikrocontroller empfangenen Daten, insbesondere Sensordaten, und/oder die von dem Mikrocontroller verarbeiteten Daten weiterzuleiten, z.B. an eine Steuereinheit des Haushaltsgeräts oder eines damit zusammenarbeitenden Geräts.
Die autonome Stromversorgung(seinrichtung) kann insbesondere eine nicht von einem Nutzer aufzuladende oder auszuwechselnde Stromversorgung sein. Die autonome Stromversorgung mag insbesondere mindestens eine Solarzelle und/oder mindestens ein Thermoelement, insbesondere Thermosäule (Thermopile), umfassen. Dies ermöglicht einen energieautonomem Betrieb.
Die Stromversorgung kann aber auch mindestens eine Batterie oder mindestens einen Akkumulator umfassen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Vorrichtung (d.h., die Sensoreinheit und/oder die Datenübertragungseinheit) mit ihren freien Enden direkt auf das Haushaltsgerät, insbesondere eine Wand davon, aufsetzbar ist, die freien Enden des Kerns also zur direkten oder unmittelbaren Kontaktierung der Wand angeordnet sind. So wird eine besonders effektive Magnetfeldübertragung durch die Wand ermöglicht. Die freien Enden können dazu beispielsweise flächenbündig zu einer äußeren Oberfläche der Sensoreinheit angeordnet sein oder aus der Sensoreinheit heraus freistehend angeordnet sein.
Die freien Enden des Kerns können alternativ so ausgebildet und angeordnet sein, dass sie die Wand indirekt kontaktieren, und zwar über eine Zwischenschicht der Vorrichtung, z.B. eine Gehäusewand. Die Zwischenschicht ist so ausgestaltet, dass sie ein durch die freien Enden laufendes Magnetfeld nicht wesentlich abschwächt und folglich im Vergleich zu einer direkten Kontaktierung keine wesentlichen Signalverluste bewirkt. Die Zwischenschicht ist vorzugsweise elektrisch nicht leitend. Die Zwischenschicht ist vorzugsweise dünn.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der Kern der Vorrichtung (Sensoreinheit und/oder Datenübertragungseinheit) ein Kern ist mit einer Basis und mehreren davon, insbesondere senkrecht, abgehenden Schenkeln, insbesondere ein U-förmiger oder W-förmiger Kern ist, wobei dessen Basis von der mindestens einen Spule umgeben ist und wobei die freien Enden durch freie Endflächen der Schenkel gebildet werden. Ein solcher Kern kann insbesondere ein U-förmiger Kern oder W-förmiger Kern sein. Dadurch wird ein nahes Heranbringen der zugehörigen freien Enden (d.h., der freien Endflächen der Schenkel) an das Haushaltsgerät, insbesondere deren direkte Kontaktierung, und damit eine effektive Signalübertragung erleichtert. Auch ist diese Ausgestaltung einfach umsetzbar.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der Kern aus einem hochpermeablen Material besteht. Das hochpermeablen Material (Material mit einer hohen Permeabilitätszahl oder relativen Permeabilität) verbessert einen Magnetfluss zwischen zwei durch die Wand getrennten Kernen bzw. verringert einen Verlust aufgrund eines Magnetflusses zwischen zwei Polen des gleichen Kerns durch die Wand hindurch. So wiederum können eine transformatorische Kopplung und folglich eine Signalübertragung verbessert werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass eine Permeabilitätszahl des Kerns bzw. des Materials des Kerns größer ist als eine Permeabilitätszahl des Materials der Wand. Da Eisen als ein typisches Wandmaterial üblicherweise eine Permeabilitätszahl zwischen ca. 300 und maximal ca. 10.000 aufweist, kann ein Material des Kerns bevorzugt eine Permeabilitätszahl von mehr als 10.000 aufweisen, um Signale durch jede Eisenwand hindurch übertragen zu können. Jedoch beträgt eine Permeabilitätszahl von typischerweise verwendetem Edelstahl maximal ca. 3.000, häufig auch weit weniger, so dass eine Permeabilitätszahl des Kerns bzw. des Materials des Kerns bereits bevorzugt größer als 3.000 sein kann.
Es ist darüber hinaus eine Ausgestaltung, dass eine Permeabilitätszahl des Materials des Kerns mindestens 30.000, insbesondere mindestens 50.000, beträgt. So werden Signalverluste durch die Wand noch effektiver unterdrückt.
Es wird noch weiter bevorzugt, dass die Permeabilitätszahl des Materials des Kerns mindestens 100.000 beträgt. So werden Signalverluste durch die Wand besonders effektiv unterdrückt.
Es ist auch eine Weiterbildung, dass die Permeabilitätszahl des Kerns mindestens zehnmal höher ist als eine Permeabilitätszahl der Wand.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Material ein Mu-Metall ist. Mu-Metall weist eine hohe Permeabilitätszahl aus, ist einfach zu verarbeiten und vergleichsweise preiswert. Unter einem Mu-Metall kann insbesondere eine weichmagnetische Nickel-Eisen-Legierung (mit ca. 75–80% Nickel) mit hoher magnetischer Permeabilitätszahl (von 50.000 bis 140.000) verstanden werden.
Weitere Möglichkeiten für eine Wahl des Materials des Kerns umfassen amorphes Metall, nanokristallines Metall, andere weichmagnetische NiFe-Legierungen, weichmagnetisches Ferrit u.v.m.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Vorrichtung zumindest teilweise gekapselt ist. Dies ermöglicht einen Schutz der Vorrichtung, insbesondere vor einer mechanischen oder korrosiven Beschädigung. Auch weist eine gekapselte Vorrichtung eine für einen Nutzer höhere Sicherheit auf.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die freien Enden freiliegen. Sie können beispielsweise flächenbündig zu der Kapselung (z.B. Vergussmasse oder Gehäuse) liegen oder aus der Kapselung vorstehen.
Es ist eine Weiterbildung, dass die gekapselte Vorrichtung eine Vorrichtung ist, welche ein Gehäuse aufweist. Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, um ein Magnetfeld möglichst ungehindert bzw. verlustfrei durchzulassen. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen. Kunststoff kann vorzugsweise elektrisch nicht leitend, preiswert, einfach formbar und widerstandsfähig gegenüber hohen Temperaturen (insbesondere bis ca. 400°C) und Korrosion ausgewählt werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass die freien Enden des Kerns, insbesondere Endflächen der Schenkel des U-förmigen Kerns, mit eingekapselt sind, insbesondere von einem Gehäuse überdeckt sind. So sind auch die freien Enden geschützt. Alternativ können die freien Enden freiliegen, z.B. indem sie durch das Gehäuse ragen. Dies verbessert einen Kontakt der freien Enden mit der Wand, damit die transformatorische Kopplung und folglich die Signalübertragung.
Die Verkapselung kann aber auch mittels eines Vergusses mit einer geeigneten Vergussmasse realisiert werden
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Vorrichtung (Sensoreinheit und/oder Datenübertragungseinheit) lösbar an dem Haushaltsgerät, insbesondere einer Wand davon, befestigbar ist. So mag die Vorrichtung nur bei Bedarf an dem Haushaltsgerät angebracht werden. Auch wird so eine leichte Reinigbarkeit ermöglicht. Zudem wird eine leichte Nachrüstbarkeit an einfachen Haushaltsgeräten ermöglicht. Die Vorrichtung kann dazu mit mindestens einem Permanentmagneten ausgerüstet sein, mittels welchem die Vorrichtung insbesondere an einer Wand aus ferromagnetischem Material, insbesondere mit Eisen, haften kann. Die magnetische Haftung ist besonders einfach und ohne Vorbereitung von einem Endkunden auch auf nicht vorbereiteten Wänden umsetzbar und ist unempfindlich gegenüber einer heißen und/oder korrosiven Umgebung. Alternativ oder zusätzlich ist eine Befestigung durch Kleben, Klemmen, Rasten, Schweißen usw. möglich.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Sensorsystem für ein Haushaltsgerät, wobei das Sensorsystem mindestens eine Sensoreinheit wie oben beschrieben und mindestens eine Datenübertragungseinheit wie oben beschrieben aufweist. Mindestens eine Sensoreinheit und mindestens eine Datenübertragungseinheit können so durch eine insbesondere durchführungsfreie Wand eines Haushaltsgeräts hindurch transformatorisch koppeln und folglich eine Signalübertragung (Übertragung von Information und/oder Energie) zwischen sich auf eine einfache Weise ermöglichen.
Die mindestens eine Sensoreinheit und die mindestens eine Datenübertragungseinheit sind für eine effektive Signalübertragung bevorzugt genau gegenüberliegend an der Wand angebracht, insbesondere so, dass die freien Enden paarweise genau gegenüberliegen. Eine solche Positionierung kann auch von einem Endnutzer mit einer ausreichenden Genauigkeit durchgeführt werden.
Insbesondere falls der Kern bzw. das Material des Kerns eine höhere Permeabilitätszahl aufweist als die Wand, verläuft das Magnetfeld in einem hohen Grad zwischen den Kernen der mindestens einen Sensoreinheit und der mindestens einen Datenübertragungseinheit und nur zu einem geringeren Grad zwischen den freien Enden eines jeweiligen Kerns durch die Wand. Dies unterdrückt Signalverluste zwischen gegenüberliegenden, transformatorisch gekoppelten offenen Kernen
Das Sensorsystem lässt sich insbesondere durch einen Endnutzer in Bezug auf das Haushaltsgerät nachrüsten und dazu beispielsweise separat käuflich erwerben und folgend an dem Haushaltsgerät anbringen, insbesondere lösbar anbringen.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Haushaltsgerät, wobei das Haushaltsgerät mindestens ein Sensorsystem wie oben beschrieben aufweist und wobei mindestens eine Sensoreinheit und mindestens eine Datenübertragungseinheit gegenüberliegend an einer gleichen Wand, insbesondere durchführungsfreien oder aussparungsfreien Wand, des Haushaltsgeräts angeordnet sind.
Dadurch ergeben sich die gleichen Vorteile wie bereits oben für die Sensoreinheit, die Datenübertragungseinheit und das Sensorsystem beschrieben.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät ein abdeckbares Gargeschirr, insbesondere Topf, ist. So lässt sich auch einfaches Gargeschirr an ein Überwachungsund/oder Regelsystem zum Betreiben des Haushaltsgeräts, insbesondere Gargeschirrs anschließen, z.B. an ein in ein Kochfeld oder Herd integriertes Überwachungs- und/oder Regelsystem.
Jedoch ist das Haushaltsgerät nicht auf (typischerweise nicht elektrisch betriebenes) Gargeschirr beschränkt, sondern kann auch mit Haushalts-Elektrogeräten bzw. elektrischen Haushaltsgeräten verwendet werden. Haushalts-Elektrogeräte können beispielsweise Haushaltsgroßgeräte wie Gargeräte (Öfen, Herde, Kochfelder usw.), Kühlschränke, Sterilisatoren, Wäschebehandlungsgeräte (Waschmaschinen, Wäschetrockner usw.) umfassen. Haushalts-Elektrogeräte können auch Haushaltskleingeräte wie Wasserkocher umfassen.
In der folgenden Figur wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben.
Die Fig. zeigt ausschnittsweise als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein Haushaltsgerät in Form eines deckelbaren Kochtopfs 1, von welchem hier ein Abschnitt einer Seitenwand 2 dargestellt ist. Die Seitenwand 2 besteht aus Edelstahl mit einer Permeabilitätszahl von ca. 300 und weist eine Innenseite 3 und eine Außenseite 4 auf.
An der Seitenwand 2 des Kochtopfs 1 befindet sich ein Sensorsystem 5, 6 aus einer Sensoreinheit 5 und einer Datenübertragungseinheit 6. Die Sensoreinheit 5 und die Datenübertragungseinheit 6 sind gegenüberliegend an der Wand 2 angeordnet. Die Sensoreinheit 5 ist dabei an der Innenseite 3 und die Datenübertragungseinheit 6 an der Außenseite 4 befestigt.
Die Sensoreinheit 5 weist einen Sensor in Form eines Temperatursensors 7 auf. Der Temperatursensor 7 ist elektrisch mit einer Spule 8a verbunden. Dadurch kann beispielsweise die Spule 8a mit elektrischen Signalen von dem Sensor 7 angeregt werden. Auch kann eine angeregte Spule 8a den Sensor 7 versorgen, z.B. mit einer Induktionsspannung (d.h., einem Energiesignal).
Der Temperatursensor 7 ist hier als ein aktiver Sensor ausgestaltet, d.h., dass der Temperatursensor 7 über die Spule 8a mit einem Induktionsstrom speisbar ist und dazu eingerichtet ist, mittels des in ihn eingespeisten Induktionsstroms einen Messwert aufzunehmen und diesen Messwert dann in Form eines elektrischen Signals auf die Spule 8a zu übertragen. Der Temperatursensor 7 kann dazu eine Schaltung und mindestens ein damit gekoppeltes Temperaturmesselement, z.B. ein Thermoelement, aufweisen.
Die Sensoreinheit 5 weist ferner einen U-förmigen und damit offenen Kern 9a auf. Der U-förmige Kern 9a weist eine Basis 10 auf, welche von der Spule 8a umgeben ist. Die an die Basis 10 rechtwinklig anschließenden Schenkel 11 weisen freie Enden in Form ihrer Stirnflächen 12a auf. Die Schenkel 11 und damit auch die Stirnflächen 12a stehen in Richtung der Wand 2 über die Spule 8a hervor.
Der Kern 9a besteht aus einem hochpermeablen Material, nämlich einem Mu-Metall mit einer Permeabilitätszahl von mindestens 10.000. Damit ist die Permeabilitätszahl des Kerns 9a für typische Wände 2 aus Edelstahl mehr als zehnmal größer als die Permeabilitätszahl der Wand 2.
Die Sensoreinheit 5 ist zumindest teilweise gekapselt und weist dazu ein Gehäuse 13a aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff auf. Lediglich ein Teil des Temperatursensors 7, z.B. das Temperaturmesselement, und die Stirnflächen 12a sind nicht innerhalb des Gehäuses 13a untergebracht. Die Stirnflächen 12a sind flächenbündig zu einer Außenseite des Gehäuses 13a angeordnet und liegen folglich frei. Dadurch können die Stirnflächen 12a die Wand 2 flächig kontaktieren. Die Sensoreinheit 5 ist also mit den Stirnflächen 12a ihres offenen Kerns 9a direkt auf die Wand 2 des Kochtopfs 1 aufsetzbar.
Die Befestigung der Sensoreinheit 5 geschieht mittels eines Permanentmagneten 14, welcher sich an einer Innenseite derjenigen Wand des Gehäuses 13 befindet, welche zur Befestigung mit der Wand 2 des Kochtopfs 1 vorgesehen ist und durch welche folglich die Schenkel 11 hindurchgeführt sind. Der Permanentmagnet 14 ermöglicht eine sichere und lösbare Befestigung an der Wand 2.
Die Datenübertragungseinheit 6 ist in Teilen, insbesondere funktional, ähnlich oder gleich zu der Sensoreinheit 5 aufgebaut und weist insbesondere ein ähnliches Gehäuse 13b aus Kunststoff, eine ähnliche oder gleiche Spule 8b, einen ähnlichen oder gleichen U-förmigen, offenen Kern 9b, 10, 11, 12b sowie einen ähnlichen oder gleichen Permanentmagneten 14 auf. Dadurch können auch bei der Datenübertragungseinheit 6 die Stirnflächen 12b die Wand 2 flächig kontaktieren. Auch die Datenübertragungseinheit 6 ist also mit den Stirnflächen 12b ihres offenen Kerns 9b direkt auf die Wand 2 des Kochtopfs 1 aufsetzbar.
Die Spule 8b ist jedoch nun mit einer Spulensignalübertragungseinheit 16 elektrisch verbunden. Die Spulensignalübertragungseinheit 16 ist dazu eingerichtet, die Spule 8b mit elektrischen Signalen anzuregen und/oder elektrische Signale der angeregten Spule 8b zu empfangen und folgend zu verarbeiten, insbesondere auszuwerten. Die Spulensignalübertragungseinheit 16 kann dazu beispielsweise einen Mikroprozessor 17, insbesondere Mikrocontroller, und/oder eine Signalerzeugungsstufe aufweisen. Der Mikroprozessor 17 ist elektrisch mit der Spule 8b der Datenübertragungseinheit 6 gekoppelt. Die Spulensignalübertragungseinheit 16 kann ferner mindestens einen A/D-Wandler, einen D/A-Wandler, ein Anpassungsglied, einen Kondensator und/oder einen Gleichrichter usw. aufweisen.
Die Datenübertragungseinheit 6 weist ferner eine autonome Stromversorgung oder Stromversorgungseinheit 15 auf, welche Strom zu Betrieb der Datenübertragungseinheit 6 erzeugt, insbesondere für einen Betrieb der Spulensignalübertragungseinheit 16 und/oder der Spule 8b. Die autonome Stromversorgungseinheit 15 kann beispielsweise mindestens eine Solarzelle und/oder mindestens ein Thermoelement, insbesondere Thermosäule (Thermopile), umfassen.
Die Spulensignalübertragungseinheit 16, insbesondere deren Mikroprozessor 17, ist mit einer Antenne 18 gekoppelt, ggf. über ein Anpassungsglied, so dass die Spulensignalübertragungseinheit 16 über die Antenne 18 externe Funksignale empfangen und/oder darüber Funksignale aussenden kann. Beispielsweise können die ausgesandten Funksignale an einem Überwachungs- und/oder Regelsystem eines den Kochtopf 1 betreibenden Kochfelds, Herds o.ä. empfangen werden. Dort kann die mittels der Funksignale übertragene Information, z.B. über die in dem Kochtopf 1 befindliche Temperatur, zur Regelung der Temperatur in dem Kochtopf 1 verwendet werden. Dazu mag das Kochfeld o.ä. einen Energieeintrag in den Kochtopf 1 abhängig von der abgefühlten Temperatur einstellen.
Die Datenübertragungseinheit 6 kann zudem eine Anzeigeeinheit 19 (Flüssigkristallanzeige, LED-Anzeige usw.) aufweisen, die insbesondere mit der Spulensignalübertragungseinheit 16, insbesondere Mikroprozessor 17, gekoppelt sein kann. Auf der Anzeigeeinheit 19 kann insbesondere eine von der Spulensignalübertragungseinheit 16 dorthin ausgegebene Information, z.B. eine durch den Temperatursensor 7 abgefühlte Temperatur in dem Kochtopf 1 oder eine Information über eine Kopplungsstärke der transformatorischen Kopplung (z.B. ein grünes Licht für eine ausreichende Kopplung oder Einsatzfähigkeit des Sensorsystems und ein rotes Licht für eine nicht ausreichende Kopplung oder fehlende Einsatzfähigkeit des Sensorsystems), einem Nutzer angezeigt werden. Die Datenübertragungseinheit 6 kann entsprechend dazu eingerichtet sein, eine ausreichende signaltechnische, insbesondere transformatorische, Kopplung mit der Sensoreinheit 5 festzustellen und zu melden. Dies unterstützt einen Nutzer bei einer Positionierung der Sensoreinheit 5 und/oder der Datenübertragungseinheit 6
Bei einem Betrieb des Sensorsystems 5, 6 mag beispielsweise in der Datenübertragungseinheit 6 der mittels der autonomen Stromversorgungseinheit 15 mit Strom versorgte Mikroprozessor 17 in regelmäßigen Abständen die zugehörige Spule 8b der Datenübertragungseinheit 6 anregen. Die angeregte Spule 8b erzeugt ein Magnetfeld, das in dem offenen Kern 9b geführt wird und durch seine Stirnflächen 12b läuft. An den Stirnflächen 12b verzweigt sich das Magnetfeld und verläuft teilweise längs durch die Wand 2 zu der anderen Stirnfläche 12b des gleichen Kerns 9b und teilweise quer durch die Wand 2 in die gegenüberliegende Stirnfläche 12a des anderen Kerns 9a der Sensoreinheit 5. Folglich wird ein geschlossener Magnetfluss durch die beiden Kerne 9a, 9b erreicht, welcher durch den magnetischen "Kurzschluss" längs der Wand 2 verlustbehaftet ist. Der geschlossene Magnetfluss durch die beiden Kerne 9a, 9b bewirkt eine Anregung der Spule 8a der Sensoreinheit 5 aufgrund einer transformatorischen Kopplung. Die Anregung der Spule 8a bewirkt daran eine Erzeugung einer Induktionsspannung, die von dem Temperatursensor 7 zu seinem Betrieb abgegriffen wird.
Der Temperatursensor 7 fühlt daraufhin eine Temperatur im Inneren des Kochtopfs 1 ab und übermittelt eine entsprechende Information in Form elektrischer Signale an die Spule 8a der Sensoreinheit 5. Diese Spule 8a wird entsprechend angeregt, wodurch aufgrund der transformatorischen Kopplung auch die Spule 8b der Datenübertragungseinheit 6 analog angeregt wird. An der Spule 8b wird eine entsprechende Induktionsspannung erzeugt. Die in dieser Induktionsspannung enthaltene Information über die abgefühlte Temperatur wird von dem Mikroprozessor 17 aufgenommen und verarbeitet. Die Verarbeitung kann beispielsweise eine Formatierung auf ein vorbestimmtes Datenübertragungsformat und/oder eine Bestimmung eines aus der Information über die abgefühlte Temperatur abgeleiteten Werts, z.B. eines Temperaturwerts in °C, umfassen. Der Mikroprozessor 17 leitet die verarbeitete Information an die Antenne 18 und/oder die Anzeigeeinheit 19 weiter, welche entsprechende Funksignale aussendet.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Auch mag das Haushaltsgerät ein anderes Haushaltsgerät, insbesondere Elektrogerät sein. Beispielsweise kann das Sensorsystem beidseitig einer Ofenmuffel, eines Sterilisationsraums, eines Kühlraums usw. angeordnet sein.
Zusätzlich oder alternativ mag der Sensor eine andere Art von Sensor sein, z.B. ein Feuchtigkeitssensor und/oder ein Drucksensor.
Bezugszeichenliste

1: Kochtopf
2: Seitenwand
3: Innenseite
4: Außenseite
5: Sensoreinheit
6: Datenübertragungseinheit
7: Temperatursensor
8a: Spule
8b: Spule
9a: Kern
9b: Kern
10: Basis
11: Schenkel
12a: Stirnfläche
12b: Stirnfläche
13a: Gehäuse
13b: Gehäuse
14: Permanentmagnet
15: Stromversorgungseinheit
16: Spulensignalübertragungseinheit
17: Mikroprozessor
18: Antenne
19: Anzeigeeinheit

Claims

Sensoreinheit (5) für ein Haushaltsgerät (1), wobei die Sensoreinheit (5) – mindestens einen Sensor (7) und – mindestens eine Spule (8a), welche mit dem mindestens einen Sensor (7) elektrisch verbunden ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (5) ferner einen offenen Kern (9a) mit freien Enden (12a) aufweist, wobei – der Kern (9a) abschnittsweise von der mindestens einen Spule (8a) umgeben ist und – die Sensoreinheit (5) mit ihren freien Enden (12a) auf das Haushaltsgerät (1), insbesondere eine Wand (2) davon, aufsetzbar ist.
Sensoreinheit (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (7) einen aktiven Sensor und/oder einen passiven Sensor umfasst.
Datenübertragungseinheit (6) für ein Haushaltsgerät (1), wobei – die Datenübertragungseinheit (6) mindestens eine Spule (8b) aufweist, welche mit mindestens einer Spulensignalübertragungseinheit (16) elektrisch verbunden ist, und – die Spulensignalübertragungseinheit (16) dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Spule (8b) mit elektrischen Signalen anzuregen und/oder elektrische Signale der angeregten mindestens einen Spule (8b) zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungseinheit (6) ferner einen offenen Kern (9b) mit freien Enden (12b) aufweist, wobei – der Kern (9b) abschnittsweise von der mindestens einen Spule (8b) umgeben ist und – die Datenübertragungseinheit (6) mit ihren freien Enden (12b) auf das Haushaltsgerät (1), insbesondere eine Wand (2) davon, aufsetzbar ist.
Datenübertragungseinheit (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungseinheit (6) eine Antenne (18) aufweist, welche mit der mindestens einen Spule (8b) elektrisch gekoppelt ist.
Datenübertragungseinheit (6) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungseinheit (6) – einen mit der mindestens einen Spule (8b) gekoppelten Mikroprozessor (17) sowie – eine Stromversorgung (15), insbesondere autonome Stromversorgung, zumindest für den Mikroprozessor (17) aufweist.
Vorrichtung (5, 6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5, 6) mit den freien Enden (12a, 12b) direkt auf das Haushaltsgerät (1) aufsetzbar ist.
Vorrichtung (5, 6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (9a, 9b) ein Kern ist mit einer Basis (10) und mehreren davon abgehenden Schenkeln (11), insbesondere ein U-förmiger Kern oder ein Wförmiger Kern ist, wobei dessen Basis (10) von der mindestens einen Spule (8a, 8b) umgeben ist und wobei die freien Enden (12a, 12b) durch freie Endflächen der Schenkel (11) gebildet werden.
Vorrichtung (5, 6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (9a, 9b) aus einem hochpermeablen Material, insbesondere Mu-Metall, besteht.
Vorrichtung (5, 6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Permeabilitätszahl des Materials des Kerns (9a, 9b) mindestens 10.000, insbesondere mindestens 30.000, insbesondere mindestens 50.000, beträgt.
Vorrichtung (5, 6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5, 6) zumindest teilweise gekapselt ist.
Vorrichtung (5, 6) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden (12a, 12b) freiliegen.
Vorrichtung (5, 6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (5, 6) lösbar an dem Haushaltsgerät (1), befestigbar ist.
Sensorsystem (5, 6) für ein Haushaltsgerät (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (5, 6) aufweist: – mindestens eine Sensoreinheit (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Kombination mit einem der Ansprüche 7 bis 12 und – mindestens eine Datenübertragungseinheit (6) nach einem der Ansprüche 4 bis 12.
Haushaltsgerät (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (1) mindestens ein Sensorsystem (5, 6) nach Anspruch 13 aufweist, wobei mindestens eine Sensoreinheit (5) und mindestens eine Datenübertragungseinheit (6) des Sensorsystems (5, 6) gegenüberliegend an einer gleichen Wand (2) des Haushaltsgeräts (1) angeordnet sind.
Haushaltsgerät (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (1) ein abdeckbares Gargeschirr, insbesondere Topf, ist.