DE102012216935A1

DE102012216935A1 - Kochfeld und Anordnung und Verfahren zum Betrieb eines Kochfelds

Info

Publication number: DE102012216935A1
Application number: DE201210216935
Authority: DE
Inventors: Marcus Frank; Pascal Hain
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-03-20

Abstract

Ein Kochfeld mit einer Kochfeldplatte weist Gewichtssensoren auf zur Messung des Gewichts bzw. der Gewichtskraft des Kochfeldes samt aufgestellter Kochgefäße. Dabei ist eine um die Kochfeldplatte herum verlaufende Dichteinrichtung zu einer die Kochfeldplatte umgebenden Arbeitsplatte vorgesehen. Diese Dichteinrichtung kann entweder als Überfallrand oder als elastische Dichtung ausgebildet sein. Bei einer elastischen Dichtung werden vor allem die negativen Einflüsse durch die Dichtung auf die Messung herausgerechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kochfeld mit einer Kochfeldplatte, die Anordnung eines solchen Kochfelds in einer Arbeitsplatte sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kochfelds, wobei eine Gewichtsmessung vorgenommen wird.
Kochstellen oder Kochfelder mit einer Gewichtsmessung sind bekannt. So zeigt beispielsweise die DE 19612621 A1 , wie ein eine Kochstelle bildender Teil einer Kochfeldplatte sozusagen herausgeschnitten ist und flexibel bzw. abgedichtet wieder in die Kochfeldplatte eingesetzt ist. Unterhalb des Ausschnitts bzw. der Kochstelle befinden sich Gewichtssensoren, die an eine Steuerung angeschlossen sind. So kann das Gewicht eines auf die Kochstelle aufgestellten Kochgefäßes ermittelt werden, insbesondere auch dynamisch während eines Kochvorgangs. Eine ähnliche Anordnung ist aus der DE 10 2005 052 274 bekannt.
Aus der WO 02/26002 A2 ist es bekannt, an einer gesamten Kochfeldplatte eine Gewichtsmessung vorzunehmen. Dazu misst ein Sensor die Verformung der Kochfeldplatte, wodurch dann eben eine Gewichtsmessung möglich ist.
Aus der US 5183996 ist es ebenfalls bekannt, an einer gesamten Kochfeldplatte eine Gewichtsmessung vorzunehmen. Dazu liegt das Kochfeld in allen Ecken auf Sensoren als Lagerung auf und diese messen das Gewicht des Kochfelds. Zwischen Kochfeldplatte und umgebender Arbeitsplatte ist eine umlaufende elastische Dichtung vorgesehen.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Kochfeld, eine Anordnung eines solchen Kochfelds sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kochfelds zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und es insbesondere möglich ist, eine Gewichtsmessung an einem Kochfeld präzise und mit einfachen Mitteln vorzunehmen, insbesondere auch an einzelnen Kochstellen des Kochfelds.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Kochfeld mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für das Kochfeld, nur für die Anordnung oder nur für das Verfahren beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für das Kochfeld bzw. die Anordnung als auch für das Verfahren gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Es ist vorgesehen, dass unter der Kochfeldplatte mindestens eine Heizeinrichtung angeordnet ist, welche vorzugsweise Kochstellen auf der Oberseite der Kochfeldplatte definieren können. Erfindungsgemäß sind unter dem Kochfeld bzw. unter der Kochfeldplatte Gewichtssensoren angeordnet, mit denen das Gewicht bzw. die Gewichtskraft des Kochfelds bzw. der Kochfeldplatte samt eventuell aufgestellter Kochgefäße gemessen bzw. erfasst werden kann. Das Kochfeld bzw. die Kochfeldplatte ist dabei im Wesentlichen beweglich in eine Ausnehmung in der Arbeitsplatte eingesetzt bzw. ist gegenüber dieser beweglich, vorteilhaft zumindest um einen Messweg der Gewichtssensoren. Somit dient quasi die Arbeitsplatte als Bezugspunkt, gegenüber der mittels der Gewichtssensoren die Gewichtsmessung am Kochfeld erfolgt. Um die Kochfeldplatte herum verläuft eine Dichteinrichtung zu einem Außenrand des Kochfelds bzw. zu einer die Kochfeldplatte umgebenden Arbeitsplatte. Durch diese Dichteinrichtung soll verhindert werden, dass Flüssigkeit oder Schmutz in die Ausnehmung bzw. zwischen Arbeitsplatte und Kochfeld eindringen kann. Insbesondere beim Kochen überlaufendes Wasser kann hier eine unangenehme Verschmutzung sowie mögliche Gefahr eines Kurzschlusses an einem Elektrokochfeld bedeuten. Erfindungsgemäß werden der durch die Dichteinrichtung verursachte Kraftnebenschluss sowie weitere Einflüsse, die das Messergebnis verfälschen, durch eine weitere Verarbeitung des Messwertes teilweise oder vollständig ausgeglichen. Dies erfolgt vorteilhaft rechnerisch und wird im Folgenden näher erläutert.
Durch die Gewichtsmessung kann eine quasi in einen Kochvorgang integrierte Waage zum Wiegen von Nahrungsmittel bereitgestellt werden. Dabei wird eine Auflösung von wenigen Gramm, beispielsweise 1 g bis 20 g, als ausreichend angesehen. Des Weiteren ist es gemäß der DE 10353299 A1 möglich, mittels Gewichtsinformationen durch Bestimmung des sogenannten chemischen Potentials Kochprozesse am Kochfeld zu automatisieren. Dazu wird in der Regel eine noch feinere Auflösung für die Gewichtsmessung benötigt, insbesondere deutlich unter 1 g, vorteilhaft 0,01 g bis 0,1 g. Eine weitere Möglichkeit ist allgemein eine sogenannte Topferkennungsfunktion, wofür wiederum die Auflösung nicht besonders genau sein muss.
Ebenso kann ein genauer Aufstellungsort eines Kochgefäßes ermittelt werden, um einen optimalen Wirkungsgrad der Heizeinrichtung zu ermöglichen. Schließlich könnte noch eine Sicherheitsfunktion dadurch realisiert werden, dass eine Steuerung des Kochfelds erkennt, wenn trotz hoher Energiezufuhr an der Kochstelle das Gewicht auf dieser Kochstelle nicht mehr abnimmt. Dann liegt mit größter Wahrscheinlichkeit der Fall eines sogenannten Leerkochens vor mit der Folge, dass die Heizeinrichtung umgehend abgeschaltet werden sollte.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Gewichtssensoren in vier Außenbereichen angeordnet. Des Weiteren kann die Kochfeldplatte eckig ausgebildet sein, wobei es möglich ist, in jedem Eckbereich einen Gewichtssensor vorzusehen. Besonders vorteilhaft ist eine Kochfeldplatte rechteckig ausgebildet. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, die Gewichtssensoren jeweils irgendwo im Verlauf einer Seite der Kochfeldplatte anzuordnen, dann vorteilhaft in etwa in deren Mitte.
In einer ersten grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung kann die genannte Dichteinrichtung einen am Außenrand der Kochfeldplatte angeordneten umlaufenden Überfallrand aufweisen. Dieser Überfallrand kann nach unten offen sein bzw. außerhalb der Kochfeldplatte nach unten gezogen sein. Er kann aus Kunststoff bestehen, vorteilhaft aber aus Metall bzw. Metallblech, insbesondere Aluminium oder Edelstahl. Des Weiteren ist ein ebenfalls umlaufender Dichtrand vorgesehen, der unterhalb des Überfallrands verläuft und vorteilhaft etwas hochgezogen ist, so dass er in der Höhe von dem Überfallrand deutlich überlappt wird. Der seitliche Abstand kann dabei relativ gering sein, vorteilhaft 1 mm bis 5 mm. Der Dichtrand kann auch einen seitlich nach außen abstehenden Auflageflansch aufweisen. Damit kann er nach außen über den Überfallrand unter diesem seitlich überstehen zur Auflage auf der Arbeitsplatte oder zur Befestigung daran. Eine Befestigung auf deren Oberseite weist den Vorteil auf, dass dann das Eindringen von Schmutz und Flüssigkeit möglichst weit oben und außen verhindert wird. Während hier also durch die Entkopplung zwischen Kochfeld bzw. Kochfeldplatte mit Überfallrand und Arbeitsplatte mit Dichtrand eine relative Bewegung möglich ist, welche für eine Gewichtsmessung notwendig ist, kann durch die Überlappung von Überfallrand und Dichtrand eine gewisse weitgehende Dichtwirkung erreicht werden. Bedingt durch die Größe der Wägeplattform bzw. Wägefläche entsteht hier die Notwendigkeit der Korrektur der Messwerte, um den aus der Wägetechnik bekannten Eckenlastfehler auszugleichen.
Um die Dichtwirkung bei möglichst freier Bewegbarkeit noch weiter zu verbessern, kann eine sehr dünne Dichtung, beispielsweise nahezu als dünne Membran, zwischen den beiden vorgesehen sein. Während sie eine sichere Dichtung bewirkt, kann sie derart dünn bzw. elastisch ausgebildet sein, dass sie keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss auf die Gewichtsmessung hat, selbst angesichts der vorgenannten gewünschten Auflösungen. Allerdings bedingt selbst diese dünne Dichtung eine noch größere Notwendigkeit zu vorgenannten erfindungsgemäßen Korrektur.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhafte eine Halteeinrichtung für das Kochfeld vorgesehen, mit der es in der Arbeitsplatte gehalten sein kann. Diese Halteeinrichtung kann besonders vorteilhaft die Gewichtssensoren aufweisen, die sozusagen das Kochfeld bzw. zumindest die Kochfeldplatte halten oder tragen können. Dabei können die Gewichtssensoren in den Außenbereichen der Kochfeldplatte vorgesehen sein, vorteilhaft in den Eckbereichen wie zuvor erläutert. Die Halteeinrichtung kann einen seitlich nach außen abstehenden Halteabschnitt aufweisen, mit dem sie auf einer Arbeitsplatte aufliegen kann. Gleichzeitig weist die Halteeinrichtung einen nach innen unter das Kochfeld weisenden Tragabschnitt auf, auf dem wiederum die Gewichtssensoren angebracht bzw. nach unten abgestützt sind. Halteabschnitt und Tragabschnitt verlaufen vorteilhaft in horizontaler Richtung und besonders vorteilhaft zumindest entlang von zwei gegenüberliegenden Seiten des Kochfelds, wobei dies besonders vorteilhaft die längeren Seiten sind. Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, wenn die Halteeinrichtung entlang aller Seiten des Kochfelds verläuft und insbesondere durchgehend ausgebildet ist zur Erhöhung ihrer Stabilität.
Gemäß einer ersten Möglichkeit kann die Halteeinrichtung als übliches Tragblech oder Tragschale für das gesamte Kochfeld und die Kochfeldplatte ausgebildet sein. Dann sind die Gewichtssensoren sozusagen in das Kochfeld integriert, was vor allem ihren elektrischen Anschluss erleichtert. Das Kochfeld kann dann als eine einzige Baueinheit in die genannte Ausnehmung in der Arbeitsplatte eingesetzt werden.
Gemäß einer zweiten Möglichkeit kann die Halteeinrichtung separat von einem Tragblech oder einer Tragschale für das gesamte Kochfeld bzw. die Kochfeldplatte ausgebildet sein. Dann kann ein im Wesentlichen normal ausgebildetes Kochfeld mit üblichem Aufbau dieses Tragblechs bzw. der Tragschale als eine Baueinheit in die Halteeinrichtung eingesetzt werden, die wiederum zuvor oder danach in die Ausnehmung in der Arbeitsplatte eingesetzt wird. In diesem Fall sind die Gewichtssensoren außerhalb von Tragblech bzw. Tragschale angeordnet. Sie können aber als Haltepunkte für das Kochfeld an der Halteeinrichtung am Kochfeld befestigt bzw. außerhalb der Tragschale integriert sein, so dass ihr elektrischer Anschluss wiederum wie zuvor vorgenommen werden kann vor einem Aufsetzen auf die Halteeinrichtung. In diesem Fall kann die Halteeinrichtung relativ einfach und ohne elektrische Komponenten ausgebildet sein, insbesondere schon vormontiert sein in der Arbeitsplatte, so dass dann nur noch das Kochfeld eingesetzt werden muss samt Montage der Dichteinrichtung.
Die Halteeinrichtung kann vorteilhaft so ausgebildet sein, dass sie von dem Halteabschnitt, der auf der Arbeitsplatte aufliegen soll, ausgehend umgebogen ist und direkt bzw. einteilig in den nach oben stehenden, vorgenannten Dichtrand übergeht. Dann ist es insbesondere möglich, was aber auch allgemein gilt, dass die Gewichtssensoren zwischen einer Unterseite der Kochfeldplatte, insbesondere nahe am Außenrand, und einer Oberseite der Halteeinrichtung bzw. des vorgenannten Tragabschnitts angeordnet sind.
Gemäß einer grundsätzlich anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die Dichteinrichtung eine umlaufende und flexible bzw. elastische Dichtung sein bzw. ohne die vorgenannte Überlappung eines Überfallrands an der Kochfeldplatte und eines darunter angeordneten Dichtrands auskommen. Diese flexible Dichtung kann an einem Außenrand der Kochfeldplatte angeordnet sein und zur Arbeitsplatte hin verlaufen und dichten. Dazu besteht sie besonders vorteilhaft aus einem entsprechenden flexiblen bzw. elastischen Material, insbesondere aus einem Elastomer bzw. Silikon. Durch die Verwendung von Silikon ist eine ausreichende mechanische Festigkeit sowie Temperaturbeständigkeit gegeben, welche beim Aufsetzen eines heißen Kochgefäßes auf die Dichtung wichtig ist. Diese Dichteinrichtung bildet also einen Übergang zwischen Kochfeldplatte und Arbeitsplatte und ist somit sichtbar bzw. liegt quasi frei. Die Dichtung ist vorteilhaft dünn bzw. länglich ausgebildet und verläuft besonders vorteilhaft horizontal bzw. parallel zum Kochfeld. Bevorzugt hat sie einen flachen und breiten Querschnitt. Die Dicke kann unter 5 mm liegen, vorteilhaft unter 3 mm oder sogar nur 2 mm betragen. Die Breite des Querschnitts kann etwa 5 mm bis 30 mm betragen, vorteilhaft etwa 10 mm bis 20 mm. Das Material kann allgemein Silikon mit einem E-Modul von unter 20 N/mm² oder sogar unter 10 N/mm² sein bzw. unter 75 Shore A.
Einerseits kann diese Dichtung in einem Außenbereich mit dem vorbeschriebenen Halteabschnitt der Halteeinrichtung verbunden sein. Dazu kann sie den Halteabschnitt beispielsweise nach außen übergreifen, so dass er nicht sichtbar ist, vorteilhaft auch nach unten zur Arbeitsplatte hin. Dann übernimmt die Dichtung auch die direkte Dichtwirkung zur Arbeitsplatte hin. Beispielsweise kann eine flache Dichtung eine innen umlaufende Nut aufweisen, in der eine Außenkante des Halteabschnitts eingesteckt ist. So liegt nur die Dichtung auf der Arbeitsplatte auf. Des Weiteren kann so der Halteabschnitt die Dichtung flächig aufspannen und ein Verrutschen der Dichtung gegenüber der Arbeitsplatte oder ihrer Ausnehmung verhindern. Eine Anbindung der Dichtung an die Kochfeldplatte kann durch Überlappen nach oben und/oder unten erfolgen. Da die Dichtung umlaufend ausgebildet ist, also quasi eine Art eckigen Ring bildet, kann ihre Öffnung etwas kleiner ausgebildet sein als der Außenrand der Kochfeldplatte, so dass sie sozusagen auf diesen Außenrand aufgespannt werden kann und somit sicher daran hält. Des Weiteren kann sie auch angeklebt werden.
Zur Gewichtsmessung werden die Messwerte der vier Gewichtssensoren genommen und in einer Steuerung ausgewertet. Erfindungsgemäß kann, insbesondere bei Verwendung einer elastischen Dichtung zwischen Kochfeldplatte und Arbeitsplatte, welche grundsätzliche eine gewisse Verfälschung der Messwerte ergibt, eine Korrektur der Gewichtsmessung vorgenommen werden. Dabei werden Korrekturfaktoren angewendet, die vorteilhaft mit verschiedenen Eingangsgrößen bzw. Messwerten multipliziert werden. Diese Korrekturfaktoren können empirisch ermittelt und in einer Steuerung des Kochfelds abgespeichert sein. Dazu wird nachfolgend noch mehr erläutert zu den Figuren.
Grundsätzlich leicht vorstellbar ist es für einen Fachmann, wie bei einer flächigen Kochfeldplatte mit mehreren Gewichtssensoren darunter, insbesondere vier Gewichtssensoren in den Eckbereichen bei einer rechteckigen Kochfeldplatte, aus deren Auswertung die Gewichtsbelastung an jedem Punkt der Kochfeldplatte und somit auch an den vier Kochstellen vorgenommen werden kann. So können also auch die vorgenannten Gewichtsveränderungen erfasst werden, entweder bei einer direkten Gewichtsmessung durch einen Benutzer oder aber während eines Kochvorgangs.
Die Korrekturfaktoren können abhängig von der Position einer aufgestellten Masse bzw. eines aufgestellten Topfes sein. Dabei kann mit einer Auswertung des Schwerpunktes aus dem Messwert mehrerer Gewichtssensoren die Position der aufgestellten Masse bestimmt werden.
Es kann keiner, einer oder mehrere der Korrekturfaktoren mit einem Messwert oder einer seiner Potenzen verrechnet werden. In ähnlicher Form kann keiner, einer oder mehrere der Korrekturfaktoren mit einer der Ableitungen eines Messwertes verrechnet werden.
Es können auch keiner, einer oder mehrere der Korrekturfaktoren mit der vergangenen Zeit seit Herstellung oder Inbetriebnahme des Kochfeldes oder einer seiner Komponenten verrechnet werden, alternativ auch einer Gesamtbetriebsdauer. So kann eine Alterung als weiterer Einfluss herausgerechnet werden. Es ist auch möglich, dass keiner, einer oder mehrere der Korrekturfaktoren mit der Umgebungstemperatur des Kochfeldes als weiterer Einfluss verrechnet werden.
Eine Kalibrierung und Ermittlung der Korrekturfaktoren erfolgt vorteilhaft bei Herstellung des Kochfeldes. Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass zusätzlich in bestimmten Zeitabständen ein Benutzer eine Kalibrierung der Gewichtssensoren bzw. Neuermittlung der Korrekturfaktoren manuell vornimmt. Dies erfolgt besonders vorteilhaft bei einer Inbetriebnahme des Kochfelds, um es in seiner konkreten Einbausituation sozusagen zu kalibrieren. Des Weiteren kann er zu einer solchen Kalibrierung in gewissen Zeitabständen automatisch aufgefordert werden, um Alterung oder Drift von Bauteilen, insbesondere bei der Dichtung oder den Gewichtssensoren, zu erfassen und wieder auszugleichen. Mittels einer Menüführung kann er quasi Schritt für Schritt durch die Kalibrierung geleitet werden.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 einen seitlichen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Kochfeld, das in einer Arbeitsplatte angeordnet ist, mit einer Ausgestaltung der Dichteinrichtung als überlappender Überfallrand und Dichtrand,
2 die Dichteinrichtung aus 1 mit Überfallrand und Dichtrand in starker Vergrößerung,
3 eine seitliche Schnittdarstellung einer Anordnung ähnlich 1 mit einer zweiten möglichen Dichteinrichtung mit elastischer Dichtung,
4 eine seitliche Schnittdarstellung ähnlich 1 mit einer dritten möglichen Dichteinrichtung mit elastischer Dichtung unter einem Überfallrand,
5 die Dichteinrichtung aus 4 mit Überfallrand und Dichtung in starker Vergrößerung,
6 eine schematische Darstellung des Verlaufs verschiedener Messwerte für das Gewicht über der Zeit und
7 die Abhängigkeit eines statischen Korrekturfaktors vom gemessenen Gewicht.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung 11 mit einer Arbeitsplatte 13 samt Oberseite 14 und Ausnehmung 15, üblicherweise rechteckig, dargestellt. Die Anordnung 11 weist ein in die Ausnehmung 15 eingesetztes Kochfeld 17 auf mit einer Kochfeldplatte 18, die einen Außenrand 19 und eine Unterseite 20 aufweist. Das Kochfeld 17 weist Heizeinrichtungen 22 auf, hier dargestellt sind im Schnitt eine linke Heizeinrichtung 22a und eine rechte Heizeinrichtung 22b. Sie bilden über sich Kochstellen 23a und 23b, wie dies an sich bekannt ist. Vorteilhaft weist das Kochfeld 17 insgesamt vier Heizeinrichtungen 22 und vier Kochstellen 23 auf. Unterhalb der Heizeinrichtungen 22 bzw. als Abschluss des Kochfelds nach unten 17 ist ein übliches Tragblech 25 vorgesehen.
Zwischen Kochfeld 17 und Arbeitsplatte 13 bzw. deren Oberseite 14 ist eine umlaufende Dichteinrichtung 27 angeordnet, die einen nach unten gebogenen Überfallrand 29 aufweist. Dieser ist nach innen zum Außenrand 19 der Kochfeldplatte 18 gezogen und verläuft mit Abwinklungen unter die Kochfeldplatte 18, insbesondere geht er in einen nach unten weisenden Randabschnitt 30 über. Dieser Randabschnitt 30 kann, wie dargestellt, mit dem Tragblech 25 verbunden sein, beispielsweise verschweißt oder verschraubt. Alternativ kann das Tragblech 25 auch Bestandteil des Randabschnitts 30 und somit auch des Überfallrands 29 sein oder diesen bilden.
Der andere Teil der Dichteinrichtung 27 weist einen nach oben stehenden Dichtrand 32 einer Halteeinrichtung 33 auf, welche ebenfalls aus Metallblech besteht. Dabei geht der Dichtrand 32, wie aus der Vergrößerung des rechten Abschnitts in der 2 deutlich ist, zuerst in einen seitlich nach außen stehenden Halteabschnitt 34 über, der dann wiederum nach innen gebogen ist und nach oben in den Tragabschnitt 36 übergeht. Dieser Tragabschnitt 36 ragt ein Stück nach innen unter den Außenrand 19, so dass dazwischen die Gewichtssensoren 39 vorgesehen sind, vorteilhaft in den Eckbereichen. Dargestellt sind hier ein linker Gewichtssensor 39a und ein rechter Gewichtssensor 39b. Diese können ausgebildet sein wie im Stand der Technik, vorteilhaft als sogenannte Wiegezellen, beispielsweise mit Drucksensoren, insbesondere mit Dehnungsmessstreifen. Ein Messweg für die Gewichtsmessung kann bei diesen Gewichtssensoren sehr klein sein. Da jedoch die gewünschte Auflösung relativ hoch ist, insbesondere auch angesichts möglicher Gesamtgewichtbelastungen von deutlich über 10 kg, ist eine möglichst freie Bewegbarkeit der Kochfeldplatte 18 mit den Kochstellen 23 gegenüber der als fest anzusehenden Arbeitsplatte 13 gewünscht.
Aus 2 ist noch zu erkennen, dass der Halteabschnitt 34 mit einer an sich üblichen Dichtschnur 35 auf seiner Unterseite zur Arbeitsplatte 13 bzw. deren Oberseite 14 hin abgedichtet sein kann. Hier ist auch eine Verklebung möglich.
Des Weiteren ist durch den S-förmigen Pfeil dargestellt, dass selbst bei geringem seitlichen Abstand zwischen Überfallrand 29 und Dichtrand 32 Schmutz und vor allem Wasser noch eindringen können. Dies kann entweder durch einen sehr geringen Abstand in seitlicher und vertikaler Richtung verringert werden. Des Weiteren könnte die eingangs erläuterte, sehr dünne Membran dazwischen angeordnet sein. Wenn sie innerhalb des Überfallrands 29 liegt, unter Umständen sogar noch innerhalb des Dichtrands 32, so ist eine mechanische Beschädigung von außen sehr unwahrscheinlich, so dass sie eben sehr dünn und sehr flexibel ausgebildet sein kann. Hierzu wird auf die noch folgenden 4 und 5 verwiesen.
Eine Gewichtsmessung mit den vier Gewichtssensoren 39 gemäß dieser Anordnung 11 ist für den Fachmann leicht zu realisieren. Durch die im Wesentlichen frei schwebende Lagerung des Kochfelds 17 bzw. der Kochfeldplatte 18 in der Arbeitsplatte 13 sind Messverfälschungen quasi auszuschließen.
Eine alternative Anordnung 111 ist in 3 dargestellt mit Arbeitsplatte 113, Oberseite 114 und Ausnehmung 115. Ein Kochfeld 117 ist ausgebildet wie zuvor beschrieben und weist eine Kochfeldplatte 118 auf mit Außenrand 119, Unterseite 120 und Heizeinrichtungen 122a und 122b, die Kochstellen 123a und 123b bilden. Nach unten ist ein Tragblech 125 vorgesehen.
Eine Dichteinrichtung 127 wird hier gebildet von einem umlaufenden Dichtrahmen 141 aus vorgenanntem Material, insbesondere Silikon, vorteilhaft mit den vorgenannten Abmessungen. Der Dichtrahmen 141 ist an seiner Innenseite mit dem Außenrand 119 der Kochfeldplatte 118 verbunden, beispielsweise angeklebt, aufgeklemmt bzw. aufgespannt odgl.. Er kann ein Stück auf die Oberseite der Kochfeldplatte 118 überlappen, evtl. auch an die Unterseite 120. Seine Länge l kann etwa 1 cm bis 3 cm betragen, seine Dicke d etwa 1 mm bis 5 mm.
Nach außen weist der Dichtrahmen 141 eine umlaufende schmale Nut 142 auf, in welche ein Halteabschnitt 134 einer Halteeinrichtung 133 eingreift. Somit liegt die Unterseite des Dichtrahmens 141 außen auf der Oberseite 114 der Arbeitsplatte 113 auf.
Die Halteeinrichtung 133 verläuft wiederum ähnlich wie in 1 nach innen mit einem Tragabschnitt 136, auf dem Gewichtssensoren 139a und 139b sitzen. Auf diesen wiederum ist die Kochfeldplatte 118 mit ihrer Unterseite aufgelegt. Alternativ kann hier ein umlaufender Randabschnitt 130 alleine vorgesehen sein ohne den zuvor beschriebenen Überfallrand. Hier wird wieder deutlich, wie der Randabschnitt 130 mit dem Tragblech 125 einteilig ausgebildet sein kann als Tragschale.
Elektrische Anschlüsse für die Gewichtssensoren 39 bzw. 139 an eine Steuerung des Kochfelds 17 bzw. 117 sind ebenso wie diese Steuerung nicht dargestellt. Sie sind jedoch leicht zu realisieren, wie insbesondere zuvor beschrieben worden ist.
In den 4 und 5 ist eine weitere Ausgestaltung zu sehen. Ein Kochfeld 217 ist ausgebildet wie zuvor beschrieben und weist eine Kochfeldplatte 218 auf mit Außenrand 219, Unterseite 220 und Heizeinrichtungen 222a und 222b, die Kochstellen 223a und 223b bilden. Nach unten ist ein Tragblech 225 vorgesehen. Eine Dichteinrichtung 227 wird hier gebildet von einem umlaufenden Überfallrand 229 eines Randabschnitts 230 entsprechend 1. Darunter ist ein Halteabschnitt 234 einer Halteeinrichtung 233 ähnlich 1 vorgesehen, der in einen Tragabschnitt 236 übergeht, auf dem wiederum die Gewichtssensoren 239a und 239b aufstehen. 141 aus Silikon. Zwischen Überfallrand 229 und Halteabschnitt 234 befindet sich ein Dichtrahmen 241 aus flexiblem bzw. elastischen Material, vorzugsweise Silikon. Es ist gut zu erkennen, dass der Dichtrahmen 241 deutlich dünner ist als derjenige der 3, was vor allem daran liegt, dass er nicht frei liegt bzw. durch die versteckte Anordnung geschützt ist und somit keinen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Er kann etwa 0,5 mm bis 1 mm dick sein und somit eher der vorbeschriebenen Membran unter dem Überfallrand bei 1 entsprechen. Somit muss er nur eine weit geringere mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen die in der Küche üblichen Belastungen aufweisen, als in den vorherigen Ausgestaltungen.
Durch Kombination der beiden vorherigen Ausgestaltungen der 1 bis 3 werden die Nachteile beider minimiert. Dieses Kochfeld 217 hat sowohl einen Überfallrand 229 als auch eine flexible Dichtung 241. Diese ist jedoch unter dem Überfallrand 229 angeordnet, sodass sie vom Benutzer nicht zu sehen ist und auch geschützt ist. Sie kann beispielsweise an den Überfallrand 229 angeklebt sein. Durch die flexible Dichtung 241 ist das Kochfeld 217 wiederum vollständig gegen das Eindringen von Medien geschützt.
Die Größe der Abweichung des Messergebnisses durch den Kraftnebenschluss „F” über die flexible Dichtung 141 in 3 oder 241 in 4 kann aus der Balkentheorie der Festigkeitslehre durch einen einseitig fest eingespannten Biegebalken mit folgendem Zusammenhang angenährt werden. Dies dient nicht der Berechnung sondern der Veranschaulichung, welche Faktoren qualitativ den Kraftnebenschluss beeinflussen.
Dabei geht ”E”, der E-Modul des Werkstoffes des Dichtrahmens 141, linear in den Kraftnebenschluss ”F” ein. Er kann nicht beliebig klein gewählt werden, da die Dichtung bzw. der Dichtrahmen 141 eine gewisse Grundfestigkeit benötigt. ”U” ist der Umfang des Kochfeldes. Er ist durch die gewünschten Kochstellen vorgegeben und kann kaum beeinflusst werden. Vereinfachend wird angenommen, dass der gesamte Dichtrahmen zu einem länglichen Profil abgewickelt wird und keine Ecken vorhanden sind.
”f” ist die Absenkung des Kochfeldes. Sie resultiert zum Einen durch die Durchbiegung der Wägezellen, die zwangsläufig für die Kraftmessung notwendig ist. Zum Anderen kann sie durch leichte, ungewollte Durchbiegungen und Verschiebungen in den anderen Teilen des Kochfeldes entstehen, beispielsweise der Halteeinrichtung 133. ”f” geht linear ein und kann nur durch aufwändige Versteifungen des Kochfeldes erreicht werden, ist also auch kaum beeinflussbar.
Besonderes Optimierungspotential ist in der Dicke ”d” und der frei beweglichen Länge ”I” des Dichtrahmens vorhanden. Sie gehen jeweils kubisch in die Gleichung ein. Die Dicke ”d” kann jedoch nicht beliebig klein gewählt werden, da der Dichtrahmen 141 eine gewisse Grundfestigkeit haben muss. Die Länge ”l” kann nicht beliebig groß gewählt werden, da dadurch der Dichtrahmen 141 breiter wird und damit das Erscheinungsbild des Kochfeldes verschlechtert sowie seine mechanische Anfälligkeit steigt.
Die bisher aufgezeigten Verbesserungen des Dichtrahmens 141 bzw. einer Dichtung können die Problematik der Genauigkeit eines solchen Wiegesystems auch für haushaltsübliche Wiegeaufgaben nicht in vollem Umfang lösen. Der genannte Kraftnebenschluss durch die Dichtung, die Kochfeld und Arbeitsplatte verbindet, ist zwar verringert, aber noch vorhanden. Dieser Kraftnebenschluss tritt jedoch in wiederkehrenden Mustern auf.
Bei der Ausgestaltung gemäß der 4 und 5 können im Vergleich zu derjenigen der 3 E-Modul ”E” und Dicke ”d” verkleinert, sowie die frei bewegliche Länge ”l” vergrößert werden. Der Einfluss der Dichtung 241 auf das Messergebnis schwindet damit. Außerdem wird die Montage vereinfacht.
In 6 ist der zeitliche Verlauf des gemessenen Gewichtes M (t) schematisch dargestellt. Bei Auflegen einer Masse müsste im Idealfall der Messwert direkt auf den entsprechenden Gewichtswert springen, siehe die obere Gerade. Tatsächlich nährt sich der Messwert jedoch asymptotisch einem Wert darunter an, siehe die untere Kurve. Die Aufgabe besteht also darin, einen mathematischen Zusammenhang zu finden, der aus der unteren Kurve die obere Gerade errechnet. Dazu wird die Abweichung in eine statische Abweichung und eine dynamische Abweichung getrennt.
Eine statische Abweichung besteht zwischen Sollwert M_SOLL, der dem tatsächlichen Gewicht entspricht, und Asymptote des Istwertes M_IST, also dem Messwert. Der Quotient dieser beiden Größen wird als statischer Korrekturfaktor benannt. Er wird in einem vorbeschriebenen Kalibriervorgang mit einem bekannten Gewicht ermittelt. Da durch den Kraftnebenschluss der Istwert M_IST des gemessenen Gewichts stets unter dem Sollwert M_SOLL ist, ist der statische Korrekturfaktor normalerweise größer als 1. Der statische Korrekturfaktor ist abhängig von der betrachteten Kochstelle 123, da die unterschiedlichen Kochstellen normalerweise unterschiedlich weit vom Rand des Kochfeldes entfernt sind. Dadurch hat der Dichtrahmen unterschiedlich stark Einfluss. Die Kalibrierung muss also für jede Kochstelle 123 separat erfolgen.
Außerdem ist in einer untersuchten Ausgestaltung eine Abhängigkeit von der aufgestellten Masse zu erkennen. Nach den durchgeführten Versuchen kann diese linear abnehmend angenähert werden, siehe 7 mit dem statischen Korrekturfaktor. Mit diesem Korrekturfaktor wird das gemessene Gewicht M_IST multipliziert, um das tatsächliche Gewicht zu erhalten. Pro Kochstelle 123 müssten also zwei Kalibrierungen mit unterschiedlichen Gewichten durchgeführt werden. Der Wert des statischen Korrekturfaktors kann dann für ein gemessenes Gewicht interpoliert/extrapoliert werden. In der untersuchten Ausgestaltung ist also der statische Korrekturfaktor zum Einen abhängig vom Messwert und wird zum Anderen mit dem Messwert selbst multipliziert. Der Messwert geht damit quadratisch in den letztlichen Anzeigewert ein. Für andere Ausgestaltungen und Dichtmaterialien ist sowohl ein linearer Zusammenhang als auch ein Zusammenhang mit höheren Potenzen des Messwertes denkbar.
Für die dynamische Korrektur muss eine mathematische Funktion hinterlegt werden, die zeitabhängig ist. Aus Versuchen wurde ermittelt, dass sich die Funktion des dynamischen Korrekturfaktors in der untersuchten Ausgestaltung logarithmisch annähern lässt. Diese Funktion kann bei den ohnehin notwendigen Kalibriervorgängen mit aufgenommen werden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die dynamische Korrektur nicht auf den Messwert selbst, sondern auf eine seiner Ableitungen zu beziehen. Dies ermöglicht vor allem eine ressourcenschonende Implementierung in eingebetteten Softwaresystemen. Das dynamische Verhalten des Messwertes lässt durch Spannungsrelaxation im Material des Dichtrahmens 141 erklären. Um diese Vorgänge besser kontrollierbar zu machen, bietet es sich an, sogenannte eichfähige Materialien zu verwenden. Ihre Materialeigenschaften liegen in einem deutlich engeren Toleranzfeld. Dem stehen allerdings die deutlich höheren Materialkosten entgegen.
Die beiden Korrekturfaktoren sind abhängig vom Material und der Form des Dichtrahmens. Sie müssen also für verschiedene Materialien und Formen des Dichtrahmens 141 bzw. der Dichtung 241 jeweils neu bestimmt werden. Auch die auftretenden Effekte können anders zum Tragen kommen.
Außer dem statischen und dem dynamischen Korrekturfaktor sind noch weitere denkbar, die jedoch bisher noch nicht betrachtet wurden. So ist es möglich, dass eine Abhängigkeit von der Nutzungsdauer festzustellen ist, beispielsweise durch Versprödung im Material durch Ausdampfen von Weichmachern odgl.. Außerdem ist eine Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur denkbar, da die meisten Materialien für Dichtzwecke bei zunehmenden Temperaturen weicher werden.
Die Kalibrierung kann entweder direkt herstellerseitig oder beim Benutzer zu Hause erfolgen. Es ist denkbar, dass der Benutzer durch ein Kalibriermenü geführt wird und zu gewissen Zeiten definierte Gewichte auf bestimmte Kochstellen auflegen muss. Die Kalibriergewichte können entweder mit dem Kochfeld geliefert werden. Es ist aber auch denkbar, dass der Benutzer definierte Gewichte verwendet, die sich sowieso bei ihm zu Hause befinden, beispielsweise eine Packung Mehl mit einem Gewicht von 1 kg. So ist es auch möglich, dass der Benutzer in gewissen zeitlichen Abständen nachkalibrieren kann.
Trotz dieser Korrekturmaßnahmen können noch Abweichungen vorhanden sein. Diese können jedoch in der Auflösung der Gewichtsanzeige versteckt werden. Die Abweichungen wachsen mit den gemessenen Massen. Bei größeren aufgelegten Massen kann daher die Teilung der Gewichtsanzeige einfach vergrößert werden. So ist die Ungenauigkeit zwar vorhanden, wird jedoch vom Benutzer nicht wahrgenommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19612621 A1 [0002]
DE 102005052274 [0002]
WO 02/26002 A2 [0003]
US 5183996 [0004]
DE 10353299 A1 [0008]

Claims

Kochfeld mit einer Kochfeldplatte, unterhalb der mindestens eine Heizeinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Gewichtssensoren angeordnet sind zur Messung des Gewichts bzw. der Gewichtskraft des Kochfeldes samt evtl. aufgestellter Kochgefäße, wobei eine um die Kochfeldplatte herum verlaufende Dichteinrichtung zu einem Außenrand oder einer die Kochfeldplatte umgebenden Arbeitsplatte vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Dichteinrichtung verursachte Kraftnebenschluss und/oder weitere Einflüsse, die das Messergebnis verfälschen, durch eine weitere Verarbeitung des Messwertes teilweise oder vollständig ausgeglichen werden.
Kochfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kochfeldplatte eckig ausgebildet ist und insbesondere in jedem Eckbereich ein Gewichtssensor vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Kochfeldplatte rechteckig ausgebildet ist.
Kochfeld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinrichtung einen am Außenrand der Kochfeldplatte angeordneten und umlaufenden, nach unten offenen bzw. nach unten gezogenen Überfallrand aufweist, wobei ebenfalls außen umlaufend ein unter den Überfallrand hochgezogener Dichtrand vorgesehen ist.
Kochfeld nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der nach außen abstehende Auflageflansch seitlich über den Überfallrand übersteht und zur Auflage auf einer Arbeitsplatte ausgebildet ist.
Kochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Halteeinrichtung für das Kochfeld zur Halterung in einer Arbeitsplatte, die vorzugsweise in den Eckbereichen die Gewichtssensoren aufweist zur Halterung des Kochfelds auf den Gewichtssensoren, wobei vorzugsweise die Halteeinrichtung einen seitlich nach außen abstehenden Halteabschnitt aufweist zur Auflage auf einer Arbeitsplatte, wobei die Halteeinrichtung einen nach innen unter das Kochfeld weisenden Tragabschnitt aufweist, auf dem die Gewichtssensoren nach unten abgestützt sind.
Kochfeld nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung entlang von mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten des Kochfelds verläuft, insbesondere entlang aller vier Seiten.
Kochfeld nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung als Tragblech oder Tragschale für das gesamte Kochfeld und die Kochfeldplatte ausgebildet ist.
Kochfeld nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung separat von einem Tragblech oder einer Tragschale für das gesamte Kochfeld und die Kochfeldplatte ausgebildet ist.
Kochfeld nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung von dem Halteabschnitt ausgehend umgebogen ist und einteilig in den nach oben stehenden Dichtrand gemäß Anspruch 3 übergeht.
Kochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtssensoren zwischen einer Unterseite der Kochfeldplatte und einer Oberseite der Halteeinrichtung bzw. des Tragabschnitts angeordnet sind.
Kochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinrichtung eine umlaufende, flexible Dichtung aus einem flexiblen bzw. elastischen Material ist an einem Außenrand der Kochfeldplatte hin zur Arbeitsplatte.
Kochfeld nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung in einem Außenbereich mit dem Halteabschnitt der Halteeinrichtung gemäß Anspruch 5 verbunden ist, insbesondere diesen nach außen und nach unten zur Arbeitsplatte hin übergreifend, vorzugsweise mit einer umlaufenden Nut, in der die Außenkante des Halteabschnitts eingesteckt ist, so dass nur die Dichtung auf der Arbeitsplatte aufliegt.
Anordnung eines Kochfelds nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Arbeitsplatte, wobei die Arbeitsplatte eine Ausnehmung aufweist und das Kochfeld darin eingesetzt ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kochfeldes nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einer Gewichtsmessung an den Gewichtssensoren, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Verarbeitung des Messwertes eine Verrechnung mit zuvor ermittelten Korrekturfaktoren durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfaktoren abhängig von der Position einer aufgestellten Masse sind.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswertung des Schwerpunktes aus dem Messwert mehrerer Gewichtssensoren die Position einer aufgestellten Masse bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Korrekturfaktoren mit einem Messwert oder einer seiner Potenzen verrechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Korrekturfaktoren mit einer der Ableitungen eines Messwertes verrechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Korrekturfaktoren mit der vergangenen Zeit seit Herstellung oder Inbetriebnahme des Kochfeldes oder einer seiner Komponenten verrechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Korrekturfaktoren mit der Umgebungstemperatur des Kochfeldes verrechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, gekennzeichnet durch eine manuell gestartete Kalibrierung der Gewichtssensoren bzw. der Gewichtsmessung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Korrekturfaktoren empirisch ermittelt und in einer Steuerung des Kochfelds abgespeichert sind.