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Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät mit einer Tür und einer Türerkennungseinrichtung zum Erkennen eines Türzustands der Tür. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erkennen eines Türzustands einer Tür eines Haushaltsgeräts.
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Zum Erkennen eines Schließzustands (offen oder geschlossen) einer Tür eines Haushaltsgeräts sind Türerkennungseinrichtungen in Form von elektromechanischen Türkontaktschaltern bekannt. Nachteilig ist hierbei, dass elektromechanische Türkontaktschalter vergleichweise teuer und verschleißbehaftet sind. Zudem müssen mechanische Komponenten montiert werden. Auch kann es durch eine Oxidation von Kontakten zu Ausfällen bei dem Erkennen des Schließzustands kommen. Eine so gebildete Oxidschicht kann meist erst durch eine mehrmalige Betätigung wieder gelöst werden.
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Zudem weisen die elektromechanischen Türkontaktschalter das Problem auf, dass es dem elektromechanischen Türkontaktschalter über das 'binäre' Signal des Schließzustands (offen oder geschlossen) aufgrund mechanischer Toleranzen häufig nicht möglich ist, zu erkennen, wie "sehr" die Tür geschlossen ist. Ein kleiner Spalt zwischen Tür und Gehäuse wird häufig nicht als offen erkannt und führt zu Schäden, z.B. an einer Elektronik. Diese Problematik ist vor allem bei Geräten mit Backwagen gegeben. Eine Verschärfung des Triggers beim binären Signal hat zur Folge, dass der elektromechanische Türkontaktschalter zu früh den Zustand offen meldet, was sog. "Lichtorgeleffekte" erzeugt.
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Zum Erkennen eines Schließzustands sind auch Türerkennungseinrichtungen in Form von Reed-Kontakten bekannt. Diese sind noch teurer als elektromechanische Türkontaktschalter.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zum Erkennen eines Türzustands einer Tür eines Haushaltsgeräts bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Haushaltsgerät mit einer Tür und einer Türerkennungseinrichtung zum Erkennen eines Türzustands der Tür, wobei die Türerkennungseinrichtung einen kapazitiven Sensor aufweist, dessen bewegte Elektrode die Tür ist. Durch die Verwendung des kapazitiven Sensors wird eine genaue berührungslose Messmethode des Türzustands bereitgestellt. Auf ein Vorsehen einer separat hergestellten bewegten Elektrode kann verzichtet werden. Auch ist eine Bestimmung oder Erkennung vielfältiger Türzustände ohne zusätzlichen apparativen Aufwand möglich. Zudem ist ein solcher kapazitiver Sensor mechanisch sehr unempfindlich und nachstellbar.
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Der Türzustand mag insbesondere einen Öffnungszustand und/oder einen Berührungszustand umfassen. Der Öffnungszustand mag beispielsweise einen Schließzustand (offen/geschlossen), einen Türöffnungsgrad und/oder eine Türgeschwindigkeit umfassen. Der Berührungszustand mag insbesondere ein Erkennen einer Berührung durch einen Nutzer umfassen, z.B. ein Greifen eines Türgriffs.
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Die feststehende Elektrode des kapazitiven Sensors kann insbesondere durch einen feststehenden Teil des Haushaltsgeräts gebildet werden. Dies ergibt den Vorteil, dass kein separater Sensor oder Sensorkörper benötigt wird und somit kein Bauraum für einen solchen separaten Sensor im Bereich einer Auflagefläche der Tür bereitgestellt zu werden braucht. Vielmehr werden als Elektroden bereits in einem Haushaltsgerät typischerweise vorhandene Bauteile verwendet. Auch kann so auf Durchbohrungen usw. durch ein Gehäuse verzichtet werden.
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Die feststehende Elektrode kann insbesondere durch das Gehäuse oder einen Teil des Gehäuses gebildet werden. Die feststehende Elektrode kann insbesondere durch einen Teil des Haushaltsgeräts gebildet werden, welcher als Auflagebereich für die Tür dient, z.B. einen Türflansch. Der Auflagebereich kann von der Tür durch eine elektrische Isolierung, z.B. eine Dichtung, getrennt sein.
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Die Tür ist zur Erzeugung eines besonders klar detektierbaren Messsignals insbesondere elektrisch gegen den feststehenden Teil des Haushaltsgeräts isoliert, z.B. im Bereich seines Scharniers.
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Die Tür kann eine verschwenkbare Tür oder eine Schiebetür bzw. Auszugstür (z.B. ein Backwagen eines Backofens) sein.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät aufweist: einen Signalgenerator zur Erzeugung eines elektrischen Wechselsignals (Anregungssignals), welcher Signalgenerator ausgangsseitig an eine Elektrode des kapazitiven Sensors angeschlossen ist, und eine Messschaltung, die zum Abgriff eines elektrischen Messsignals an der anderen Elektrode angeschlossen ist. Dies ermöglicht eine besonders genaue Bestimmung eines Schließzustands bei geringen (Spalt-)Abständen der beiden Elektroden. Insbesondere ist diese Ausgestaltung zur Erkennung eines Schließzustands der Tür geeignet, wobei auch ein "Lichtorgeleffekt" vermieden werden kann. Beispielsweise ist so auch eine Erkennung, ob und wann eine Dichtung defekt ist, möglich.
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Es ist ausreichend, dass das elektrischen Wechselsignal bzw. Anregungssignal einen Wechselspannungsanteil aufweist. Insbesondere mag das Anregungssignal sinusförmig sein.
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Das elektrische Wechselsignal kann auch als analoges elektrisches Wechselsignal bezeichnet werden. Das elektrische Wechselsignal kann z.B. ein Wechselspannungssignal oder ein Wechselstromsignal sein.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass ein Signalgenerator zur Erzeugung des Wechselsignals ausgangsseitig an eine Bedieneinrichtung des Haushaltsgeräts angeschlossen ist. Dies ermöglicht einen besonders einfachen Anschluss ohne Beeinträchtigung oder Änderung des Gehäuses. Der Anschluss kann insbesondere außenseitig an einem Gehäuse der Bedieneinrichtung erfolgen, beispielsweise über eine dort aufgebrachte (elektrisch leitfähige) Elektrodenschicht o.ä. Der Signalgenerator mag in die Bedieneinrichtung integriert sein.
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Alternativ zu dem Signalgenerator mag allgemein die Messschaltung an die Bedieneinrichtung des Haushaltsgeräts angeschlossen sein, insbesondere auf eine zum Signalgenerator analoge Art.
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Die Bedieneinrichtung kann insbesondere mit dem Gehäuse elektrisch verbunden sein, z.B. mit einer Türauflage oder Türflansch davon.
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Es ist eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät aufweist: einen Signalgenerator zur Erzeugung eines rechteckigen elektrischen Wechselsignals (Anregungssignals), welcher Signalgenerator ausgangsseitig an eine Elektrode des kapazitiven Sensors angeschlossen ist, und eine Messschaltung, die zum Abgriff eines elektrischen Messsignals an der anderen Elektrode angeschlossen ist. Dies ermöglicht eine Feststellung besonders vieler Türzustände.
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Das rechteckige elektrische Wechselsignal kann auch als digitales elektrisches Wechselsignal bezeichnet werden. Das elektrische Wechselsignal kann z.B. ein Wechselspannungssignal oder ein Wechselstromsignal sein.
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Der Signalgenerator kann auch zum Ausgeben des sinusförmigen Wechselsignals ausgebildet sein.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der Signalgenerator an die Tür angeschlossen ist. Dies ermöglicht eine besonders unbeeinflusste Einbringung des elektrischen Wechselsignals und hohe Messgenauigkeit.
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Eine Messschaltung kann dann insbesondere an den feststehenden Teil des Haushaltsgeräts elektrisch angeschlossen sein, insbesondere an ein Gehäuse, insbesondere an einen Türauflagebereich wie einen Flansch.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass der Signalgenerator einen änderbaren Innenwiderstand bzw. änderbaren Wert seines Innenwiderstands aufweist. Dadurch kann eine Signalform an eine geänderte Kapazität angepasst werden, insbesondere zur Wiederherstellung einer Rechteckform. Dies wiederum ermöglicht eine Aufrechterhaltung einer hohen Messgenauigkeit auch unter unterschiedlichen Randbedingungen des Türzustands (gegriffen / nicht gegriffen, geöffnet / geschlossen usw.). Unter einem änderbaren Innenwiderstand mag insbesondere ein stufenlos verstellbarer Innenwiderstand verstanden werden, z.B. ein Potentiometer. Es ist eine besonders einfache und auch auf elektronischem Wege mögliche Änderung des (Wert des) Innenwiderstands, dass der Innenwiderstand stufenweise änderbar ist ("Toggeln"), z.B. zwischen zwei oder mehr diskreten Widerstandswerten. Dies lässt sich besonders einfach durch ein Umschalten, Zuschalten oder Abschalten diskreter Widerstände erreichen.
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Zur Bestimmung eines Schließzustands mag auf eine variable Einstellung eines Innenwiderstands verzichtet werden und/oder nur ein Innenwiderstand vorgesehen sein.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass eine Berührung der Tür mittels einer Kantenabrundung des Messsignals erkennbar ist. Dies ermöglicht eine einfache Erkennung der Berührung, insbesondere Eingriffs, z.B. an einen mit der Tür elektrisch verbundenen Türgriff. Auch kann zusammen mit dem änderbaren, insbesondere stufenweise änderbaren, Innenwiderstand nach Erkennen der Berührung der Innenwiderstand verringert werden, um erneut ein Rechtecksignal bereitzustellen, was eine Detektion oder Erkennung einer folgenden Türbewegung erleichtert.
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Es ist also eine weitere Ausgestaltung, dass mit dem Erkennen der Kantenabrundung ein Innenwiderstand des Signalgenerators verringerbar ist.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass eine Position (Öffnungswinkel bei verschwenkbarer Tür oder Auszugsweg bei Auszugstür) der Tür mittels einer Amplitude oder Höhe des Messsignals erfassbar ist und/oder eine Bewegungsrichtung und/oder Bewegungsgeschwindigkeit der Tür mittels einer zeitlichen Änderung einer Amplitudenhöhe des Messsignals erfassbar ist. Dadurch kann eine Bewegung und Position der Tür mit einfachen Mitteln festgestellt oder erfasst werden.
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Es ist eine Weiterbildung, dass eine Frequenz des Wechselsignals mehr als 10 kHz beträgt, insbesondere mindestens 50 kHz, insbesondere ca. 100 kHz, bei Bedarf aber auch mehr. Dadurch wird eine schnelle und genaue Auswertung ermöglicht, und zwar auch für den Fall des Änderns, insbesondere Toggelns, zwischen unterschiedlichen Widerstandswerten. Insbesondere ist die Frequenz so hoch, dass abwechselnde Messungen mit mehreren Widerstandswerten innerhalb eines ausreichend kleinen Zeitraums durchgeführt werden können, z.B. für eine praktisch gleichzeitige Auswertung von unterschiedlichen Türzuständen, z.B. von Berührung und Öffnungsgrad usw. Zur Ermöglichung einer praktisch gleichzeitigen Auswertung von unterschiedlichen Türzuständen ist es eine allgemeine Weiterbildung, dass regelmäßig zwischen mindestens zwei Werten des Innenwiderstands des Signalgenerators umgeschaltet wird.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät dazu eingerichtet ist, mit Erkennen eines bestimmten Türzustands eine oder mehrere Aktionen auszulösen.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät ein Gargerät ist und die Tür eine Garraumtür ist. Das Gargerät mag insbesondere ein Backofen mit einer einen Ofenraum verschließenden Backofentür sein.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein allgemein analog zu dem Haushaltsgerät ausgebildetes Verfahren und mag die gleichen Vorteile bieten.
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Die Aufgabe wird beispielsweise auch gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen eines Türzustands einer Tür eines Haushaltsgeräts, wobei das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweist: Anlegen eines rechteckigen Wechselsignals an die Tür oder an einen von der Tür elektrisch isolierten, feststehenden Teil des Haushaltsgeräts mittels eines Signalgenerators und Abfühlen eines Messsignals an dem jeweils anderen Teil; falls an dem Messsignal eine Kantenrundung festgestellt wird: Erkennen einer Berührung der Tür und Umschalten eines Innenwiderstands des Signalgenerators auf einen niedrigeren Wert; und/oder falls sich eine Amplitude des Messsignals in Bezug auf eine Anfangsamplitude verringert: Erkennen einer Türöffnung, einer Öffnungsgeschwindigkeit und/oder einer Öffnungsrichtung.
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In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Backofen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 zeigt Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Backofen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
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3 zeigt ein Zeitablaufdiagramm verschiedener Randbedingungen, Signale und Zustände des Backofens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt einen Backofen 11 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Backofen 11 weist ein elektrisch leitfähiges Gehäuse 12 und eine frontseitige, verschwenkbare Tür 13 zum Verschließen eines Ofenraums 20 auf. Die Tür 13 ist sowohl im geöffneten als auch im geschlossenen Zustand eingezeichnet, wobei ein geöffneter Zustand sich durch einen Öffnungswinkel α auszeichnet.
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Die Tür 13 ist ebenfalls elektrisch leitend, aber von dem Gehäuse 12 elektrisch isoliert, z.B. durch elektrisch isolierende Türscharniere 14 und eine Türdichtung 15. Die Türdichtung 15 ist hier auf einem Flansch 16 des Gehäuses 12 angebracht. Der Flansch 16 dient als Türauflagebereich des Gehäuses 12. Das Gehäuse 12, insbesondere dessen der geschlossenen Tür 13 direkt gegenüberliegender Flansch 16, und die Tür 13 bilden zwei beabstandete, elektrisch aufladfähige Flächen, die als Elektroden eines kapazitiven Sensors 17 dienen.
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Der kapazitive Sensor 17 umfasst ferner einen Signalgenerator 18 zum Erzeugen eines hochfrequenten ("digitalen") Rechteck-Wechselspannungssignals (Anregungssignal). Der Signalgenerator 18 ist ausgangsseitig elektrisch an die Tür 13 angeschlossen und beaufschlagt diese somit mit dem Rechteck-Wechselspannungssignal. Eine Frequenz des Rechteck-Wechselspannungssignals mag beispielsweise 100 kHz betragen. Das Rechteck-Wechselspannungssignals mag insbesondere ein Niederspannungssignal sein. Der Signalgenerator 18 weist ferner zwei unterschiedliche Innenwiderstände Ri = Ri1 und Ri = Ri2 auf, zwischen denen er hin- und herschalten ("toggeln") kann.
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An den Flansch 16 ist eine Messschaltung 19 zum Abfühlen eines Messsignals (kapazitive Erkennung) als weiterer Teil des kapazitiven Sensors 17 angeschlossen. Das Messsignal wird durch das Rechteck-Wechselspannungssignal in der Tür 13 erzeugt.
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Der Signalgenerator 18 und die Messschaltung 19 sind Teile des Backofens 11.
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Eine Türerkennungsschaltung mag dem kapazitiven Sensor 17 entsprechend oder zusätzlich noch eine Auswerteeinheit aufweisen, z.B. als eigenständige Einheit oder integriert in eine Bedieneinheit oder in eine zentrale Steuereinrichtung 30 des Backofens 11.
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2 zeigt einen Backofen 21 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Lediglich zur verbesserten Übersichtlichkeit sind der Signalgenerator 18 und die Messschaltung 19 nicht eingezeichnet.
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Der Backofen 21 weist nun eine Ausziehtür 22 auf, welche linearverschieblich ist. Auch die Ausziehtür 22 ist elektrisch gegen das Gehäuse 12 isoliert. Der Backofen 21 mag ansonsten analog zu dem Backofen 11 ausgebildet sein.
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In einer alternativen Ausgestaltung mag der Signalgenerator 18 an das Gehäuse 12 angeschlossen sein und die Messschaltung 19 an die Tür 13 bzw. 22.
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Auch mag der Signalgenerator 18 ein sinusförmiges bzw. "analoges" hochfrequentes Niederspannungssignal aussenden, insbesondere zur Bestimmung eines Schließzustands. Wie rein beispielhaft anhand des Backofens 21 beschrieben, mag der Signalgenerator 18 dann insbesondere an ein Gehäuse 23 einer Bedieneinheit 24 angeschlossen sein, z.B. über eine Kontaktbeschichtung 25.
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3 zeigt ein Zeitablaufdiagramm mit fünf Zeilen A bis E, welche zeigen: in Zeile A gestrichelt eingezeichnet ein Vorhandensein eines Handkontakts an einem Griff der Tür 13, wobei ein niedriger Zustand keine Berührung und ein hoher Zustand eine Berührung andeutet. In Zeile B ist gepunktet der anliegende Innenwiderstands Ri des Signalgenerators 18 eingezeichnet, wobei ein niedriger Zustand einen geringen Innenwiderstand Ri, z.B. von Ri1 = 10 Ω, und ein hoher Zustand einen hohen Innenwiderstand Ri, z.B. von Ri2 = 1 kΩ andeutet. Zeile C zeigt gestrichpunktet einen Türöffnungsgrad der Tür 13, wobei ein niedriger Zustand eine geschlossene Tür 13 und ein hoher Zustand eine (voll) geöffnete Tür 13 andeutet. Zeile D zeigt in durchgezogener Linie ein mittels des Signalgenerators 18 an der Tür 13 anliegendes Anregungsignal und Zeile E das an dem Gehäuse 12 abgegriffene Messsignal an der Messschaltung 19. Die in den Zeilen D und E gezeigten Signale sind vereinfacht dargestellt.
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Das Zeitablaufdiagramm ist gedanklich in verschiedene, zeitlich auf der x-Achse t aufeinander folgende Phasen P0 bis P8 unterteilbar.
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In Phase P0 besteht, wie in Zeile A gezeigt, kein Kontakt oder Berührung zwischen einer Hand eines Nutzers und der Tür 13. Die Tür 13 ist geschlossen, wie in Zeile C gezeigt. Das hochfrequente Niederspannungs-Rechtecksignal an der Tür 13 (Zeile D) und Gehäuse 12 (Zeile E) bewegt sich analog rechteckförmig zwischen einem Hochzustand ("high") und einem Niedrigzustand ("low"). Ein Innenwiderstand Ri des Spannungsgenerators 18 ist hoch eingestellt, z.B. auf Ri1 = 1 kΩ, wie in Zeile B angedeutet.
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In Phase P1 wird die Tür 13 bzw. deren Griff berührt (Zeile A), was zu einer erkennbaren Abrundung der Kanten des Rechtecksignals an Tür 13 (Zeile D) und Gehäuse 12 (Zeile E) führt. Die Berührung der Tür 13 ist somit messbar und kann erkannt werden.
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Zu Beginn von Phase P2 wird der Innenwiderstand Ri der Spannungsquelle 18 nach erkennen der Kantenabrundung in Phase P1 automatisch auf einen niedrigen Wert Ri2 = 10 Ω umgeschaltet (Zeile B). Dies führt zur einer Rekonstruktion des ursprünglichen Rechtecksignals an Tür 13 (Zeile D) und an dem Gehäuse 12 (Zeile E).
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In Phase P3 wird die Tür 13 geöffnet (Zeile C), wodurch eine Amplitude oder Höhe des Rechtecksignals an dem Gehäuse 12 (Zeile E) in Abhängigkeit von einer Entfernung zwischen Gehäuse 12 und der Tür 13 kleiner wird. Das Rechtecksignal an der Tür 13 bleibt unverändert (Zeile D). Durch eine Auswertung eines zeitlichen Verlaufs der Höhe des Rechtecksignals an dem Gehäuse 12 kann auf eine Position (Türöffnungsgrad, z.B. dargestellt als Türöffnungswinkel α) und auf eine Geschwindigkeit der Tür 13 geschlossen werden.
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In Phase P4 ist die Tür 13 geöffnet (Zeile C). Das Rechtecksignal an dem Gehäuse 12 (Zeile E) ist nur noch sehr schwach bis kaum vorhanden. Das Rechtecksignal an der Tür 13 bleibt unverändert (Zeile D).
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In Phase P5 wird die Tür 13 geschlossen (Zeile C), und eine Höhe des Rechtecksignals an dem Gehäuse 12 (Zeile E) nimmt in Abhängigkeit zur Entfernung zwischen Gehäuse 12 und der Tür 13 wieder zu. Durch eine Auswertung eines zeitlichen Verlaufs der Höhe des Rechtecksignals an dem Gehäuse 12 kann auf eine Position (Türöffnungsgrad) und auf eine Geschwindigkeit der Tür 13 beim Schließvorgang rückgeschlossen werden.
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In Phase P6 ist die Tür 13 wieder geschlossen (Zeile C). Das Rechtecksignal an dem Gehäuse 12 entspricht wieder zumindest ungefähr dem Rechtecksignal an der Tür 13. Dadurch ist ein Schließzustand der Tür erkennbar.
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Zu Begin von Phase P7 wird nach Erkennen der geschlossenen Tür 13 der Innenwiderstand Ri des Spannungsgenerators 18 automatisch wieder auf den höheren Wert Ri1 = 1 kΩ gesetzt, was zur Abrundung der Kanten auf beiden Rechtecksignalen des Gehäuses 12 und der Tür 13. Dies entspricht Phase P1. Somit ist erkennbar dass, noch ein Kontakt zwischen Hand und Tür 13 besteht.
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Zu Beginn von Phase P8 wird der Kontakt bzw. die Berührung zwischen Hand und Tür 13 gelöst (Zeile A), was anhand eines Aufhebens der Kantenabrundung erkennbar ist. Dies entspricht wieder Phase P0.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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So kann auch während zumindest einer der Phasen zwischen den Werten Ri1 und Ri2 des Innenwiderstands Ri umgeschaltet werden, um praktisch gleichzeitig oder parallel eine Berührung und einen Türöffnungszustand (Position, Öffnungsgrad usw.) erkennen zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Backofen
- 12
- Gehäuse
- 13
- verschwenkbare Tür
- 14
- Türscharnier
- 15
- Türdichtung
- 16
- Flansch
- 17
- kapazitiver Sensor
- 18
- Signalgenerator
- 19
- Messschaltung
- 20
- Ofenraum
- 21
- Backofen
- 22
- Ausziehtür
- 23
- Gehäuse einer Bedieneinheit
- 24
- Bedieneinheit
- 25
- Kontaktbeschichtung
- 30
- Steuereinrichtung
- A
- Anregungssignal
- M
- Messsignal
- P1–7
- Phasen einer Türöffnung und Türschließung
- Ri1
- größerer Innenwiderstand des Signalgenerators
- Ri2
- kleinerer Innenwiderstand des Signalgenerators
