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Anordnung zum Feststellen einer iit Wärmeenergie zu beaufschlagenden
Masse, insbesondere der Masse des Gargutes in Herden Die vorliegende Erfindung bezieht
sich aui eine Anordnung zum Feststellen einer mit Wärmeenergie zu beaufschlagenden
Masse, insbesondere der Masse des Gargutes in einem Mikrowellenherd.
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Es ist hinlänglich bekannt und allgemein üblich, Massenbestimsungen
durch Gewichtsmessungen dieser Masse vorzunehmen und dann aui die Masse Rückschlüsse
zu ziehen. Ebenso bekannt sind mannigfache Möglichkeiten der Gewichtsbestimmung
als auch Maßnahmen, diese Gewichtsbestiiiung für verschiedene Steuerzwecke auszunutzen.
So ist es also auch allgemein geläufig, bei Verwendung von Mikrowellenherden die
Garzeit für das zu garende Gut einzustellen in Abhängigkeit von sowohl dem Gewicht
als auch der spezifischen Art dieses zu garenden Gutes. Aus enpirisch ermittelten
Werken sind Tabellenwerte erstellt worden, die durch die Bedienperson zur Begrenzung
der erforderlichen Garzeit eingegeben werden. Es ist aber auch bereits üblich, lediglich
Einstellkriterien für das Gewicht und die spezifische Art des Gargutes einzugeben,
wobei in der Zeitsteuerung eine Schaltungsanordnung
oder auch ein
Mikroprozessor Anwendung findet, über die in Abhängigkeit der eingegebenen Kriterien
die Garzeitbestimmung automatisch durchgeführt wird.
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Es ist bekannt (US-PS 3 182 166), daß durch gleichmäßiges Drehen des
Gargutes innerhalb der mit Mikrowellen beaufschlagten Garkammer ein günstiger Garprozess
erreichbar ist. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, das Gewicht des Gargutes
zu Steuerzwecken heranzuziehen.
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Bei der bekannten Anordnung wird über die Drehachse der das Gargut
tragenden Platte bei auigelegtem Gargut ein Steuerhebel betätigt, welcher seinerseits
einen Kontakt schließt. Lediglich wenn dieser Kontakt geschlossen ist, wird der
Garprozess im Mikrowellenherd durchgeführt. Eine differenziertere Gewichtsbestimmung
ist bei dieser Anordnung nicht vorgesehen.
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Es ist aber auch bekannt (US-PS 4 041 289 und US-PS 4 120 370), erfaßte
Gewichtsgrößen in elektrische Werte umzusetzen und über elektrische Schaltungen
eine Verarbeitung dieser Kriterien,z.B. zum Zwecke der Gewichteanzeige,durchzutührenO
Piezokristalle oder Piezokeramiken eignen sich u.a. auigrund ihrer physikalischen
Eigenschaften als wechanisch-elektrische Wandler. Diese piezoelektrischen Elemente
haben jedoch die Eigenschaft, daß relativ hohe Druckkräfte aufgewendet werden müssen,
um wirtschaftlich auswertbare elektrische Signale abzuleiten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nunmehr darin, eine
Anordnung zum Feststellen einer mit Wärieenergie zu beauischlagenden Masse bereitzustellen,
die zum einen robust im Aufbau ist und zum anderen eine hohe Genauigkeit der Massenbestimmung
durch Gewichtsmessung durchiUhrt.
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Eine Anordnung, die zur Bestimmung der mit Wärmeenergie zu beaufschlagenden
Masse die gestellten Aniorderungen erfüllt, ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet
durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale. Bevorzugterweise sind die Meßfühler
parallelgeschaltet der das Meßergebnis auswertenden Schaltungsanordnung zugeführt.
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Insbesondere bei Verwendung in Mikrowellenherden zur Bestimmung der
Masse des Gargutes - unter anderem davon wird die Garzelt bestimmt - hat die erfindungsgemäße
Anordnung Vorteile. Durch sie ist eine sehr genaue unmittelbare Erfassung des aufgelegten
Gargutgewichtes gegeben Darüber hinaus ist aber auch die ungleiche Verteilung der
Massen im Garraum erfaßbar. Eine unterschiedliche Verteilung des Gargutgewichtbs
ist auf unterschied.
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liche Dicken des Gargutes zurUckzuiühren Es ist deshalb zweckmäßig,
auch bezüglich dieser Tatsache die Garzeit einzustellen.
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Die Verwendung von piezoelektrischen Wandlern als Kraitmeßiühler ist
für diesen Einsatzbereich besonders günstig, da diese Wandlerelemente gegen klimatische
Umwelteinflüsse, wie z.B. gegenüber der auftretenden Temperaturbelastung, im wesentlichen
unempfindlich sind und keinerlei Wartung bedürfen. Die während der Meßvorgänge durch
Temperaturschwankungen auftretenden Verschiebungen in der Meßwerterfassung können
durch schaltungstechnische Kompensationsmaßnahmen ausgeglichen werden.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig,
daß der Meßwerteingang der Schaltungsanordnung gesteuert ist durch einen die Meßwerte
in aufeinanderfolgenden Abf ragezeitspannen durchschaltenden Taktgeber.
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Damit kann weiterbildend erreicht werden, daß die Ausgänge der Meßfühler
parallelgeschaltet der das Meßergebnis auswertenden Schaltungsanordnung zugeführt
sind. Es wird somit also erreicht, daß eine einzige Schaltungsanordnung mit relativ
einfachem Auibau dazu eingesetzt werden kann, nicht nur eine Gesamtgewichtsbestimmung
durchzuführen, sondern auch unterschiedliche Gewichtsverteilungen und somit Gewichtsanhäufungen
der auf der drehbar gelagerten Platten angehäuten Massen zu erfassen und entsprechend
zu beräcksichtigen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind bei einer Anordnung mit
einer auf einem drehbaren Teller auigelegten und zu erhitzenden Masse in der Bewegungsbahn
von radial im Bereich des Plattenumfangs an der Platte angeordneten Auilageelexenten
in Abständen Kraftießfühler in der unter der drehbaren Platte liegenden Bodenplatine
als Bestandteil einer das Gewicht der auf der drehbaren Platte eriassenden und in
Abhängigkeit davon ein Steuerkriterium abgebenden Schaltungsanordnung vorgesehen.
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Bevorzugterweise sind diese Kraftmeßfühler piezoelektrische Wandler.
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Da als Auflageelemente für die drehbare Platte zweckmäßigerweise Rollenelemente
verwendet werden, die aui der Bodenplatte annähernd punkt- oder linienförmig aufliegen,
sind die auftretenden Flächenpressungen von einer gewünschten Größe, die gut auswertbare
elektrische Meßkriterien begründen.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Anordnung
dadurch gekennzeichnet, daß beliebige Abstände (Winkellagen) von Meßfühlern und
beliebige Abstände (Winkellagen) zwischen den Auilageelenenten derart voneinander
abweichen, daß zeitgleich jeweils lediglich eines der Auilageelemente dem Meßbereich
eines der Meßftlhler gegenübersteht.
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Nach einer anderen Wditerbildung ist die erfindungsgemäße Anordnung
dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßiühler im Bereich von verteilten Auilagestellen
des Gehäuses angeordnet sind, wobei die Kraftmeßfühler insbesondere Bestandteile
von elektrisch verformbaren Auflageelementen des Gehäuses sind. Als Meßfühler sind
in diesem Falle einsetzbar elastomere, kit leitenden Partikeln angereicherte Kunststoffsubstanzen
als druckabhängig veränderliche Widerstände sowie Piezokeramik-Elemente oder Dehnungseßstreiten.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung Jst die erfindungsgemäße Anordnung
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinheit beinhaltet eine Samp1e & Hold-SchaltuAgt
die die gegebenenialls über eine Wandier-Verstärkerschiltung aufbereiteten Meßwerte
über einen Analog-Digital-Wandler einer Auswerteschaltung zuführt. Eine derartige
Schalteinheit bietet die vorzügliche Möglichkeit, das Messergebnis derart auf zubereiten,
daß es unmittelbar zu weiteren Steuerzwecken oder zur Anzeige elektrisch weiter
herangezogen werden kann oder mit weiteren zusätzlichen Kriterium für die spezifische
Art des Gargutes verarbeitet werden kann.
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Ausführungsbeispiele nach den Merkmalen der Erfindung sind im iolgenden
anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. t eine prinzipielle Anordnung
des Sensoren in einer Seitenansicht im Mikrowellenherdraum, Fig. 2 eine schematische
Ansicht auf die Verteilung der Sensoren und die Auflageelemente, Fig. 3 eine Schaltungsanordnung
zum Erfassen und Auswerten der Meßfühlerergebnisse, Fig. 4 diese Schaltungsanordnung
in modifizierter Form, Fig. 5 ein Impuls-Signal-Diagramm,
Fig. 6
ein Gehäuse mit elastischen Auilageelerenten, Fig. 7 ein Auflageelement mit widerstandsveränderlichen
Meßfühler, Fig. 8 ein Auflageelement mit piezokeramischem Meßfühler, Fig. 9 und
10 ein Auflageelement mit Dehnungsmeßstrei ien in zwei Ansichten.
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Im Garraum des Mikrowellenherdes 1 ist drehbar eine Platte 2 angeordnet,
auf der das zu garende Gut aufgelegt wird. An Umfang dieser Platte sind in gleichmäßigen
Abständen (Winkelabständen ) drei Rollen 3 gelagert, über die sich die Platte 2
auf dem Garraumboden 4 abstützt. Die Mechanik für den Antrieb der Platte 2 ist vorliegend
nicht dargestellt und braucht zum Verständnis der Ertinaung auch nicht erläutert
zu werden. Im Bereich der kreisförmigen Lauibahn der Rollen 3 der Platte 2 sind
im Garraumboden 4 in gleichmäßigen Abständen (Winkelabständen ) verteilt acht Sensoren
5 angeordnet, die durch piezoelektrische Wandlereleiente realisiert sind. Aus der
Tatsache, daq den drei in gleichen Abständen angeordneten Rollen 3 des Drehtellers
2 acht in gleichmäßigen Abständen angeordnete Sensoren 5 im Garraumboden gegenüberstehen,
ergibt sich, daß bei genügend schmaler Ausbildung dieser Sensoren lediglich eine
der Rollen 3 einen der Sensoren 5 beeinflußt. Das Iupulsdiagramm a in Fig. 5 zeigt
die erzielbaren Abtastimpulse. Diese Abtastimpulse sind bei gleichmäßiger Gewichtsverteilflg
und anzunehmender gleichbleibender Abtastperiode im wesentlichen konstand und direkt
proportional der Auflagekraft des aufgelegten Gargutes.
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Gemäß der Schaltungsanordnung nach Figur 3 sind sämtliche acht Sensoren
5 miteinander parallelgeschaltet. Die von den Sensoren 5 nacheinander abgegebenen
elektrischen Impulse werden über eine Wandler-Verstärker-Schaltung 6 einer Simple
& Hold-Schaltung 7 zugeführt, welche den eriaßten Abtastwert auch über die Abtastpausen
hinweg speichert. Es ist dabei zu beachten, daß, auch bei unterschiedlicher Gewichtsverlagerung
der Drehteller mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bewegt wird, sodaß die zeitlichen
Abtastabstände einheitlich sind. Der am Ausgang der Sample & Hold-Schaltung
7 zur Verfügung gestellte Analogwert wird einen Analog-Digital-Wandler 8 zugeführt,
welcher nunmehr seinerseits binär codierte Werte zur Weiterverarbeitung zur Verfügung
stellt. Durch einen Taktgenerator 9 wird sichergestellt, daß die durch die Schaltungsanordnung
durchzuführenden Vorgänge, insbesondere die Abtastung der Sensoren, im zeitlich
zweckmäßigaiRaster eriolgt. Es ist selbstverständlich, daX zur Stromversorgung der
elektronischen Schaltungseinheit ein entsprechendes, nicht näher zu erläuterndes,
Netzteil vorgesehen sein muß.
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Die binär codierten Werte am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 8
stehen gemäß der Schaltungsanordnung nach Figur 3 dem Steuerteil eines Mikroprozessors
10 an dessen Eingang zur Verfügung. An einem weiteren Eingang des Mikroprozessors
werden weitere Einstellkriterien in binär codierter Form von einem Bedienungsfeld
ii angelegt. Über dieses Eingabefeld 11 werden die Werte für die speziiische Beschaffenheit
des zu garenden Gutes eingegeben. Der Mikroprozessor 10 verarbeitet in sinnvoller,
nach Eriahrungswerten abgeleiteter Weise die jeweils eingegebenen Daten und steuert
in bekannter Weise über einen BCD/7-Segment-Decorder 12 und über ein Treibersystem
13 eine Anzeigetableaueinheit 14 sowie die Zeitsteuerelemente der Mikrowellensteuerung
15.
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Bei einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 4 entsprechen die Schaltungseinheiten
6, 7, 8, 9 denen in der Figur 3. Die Mikroprozessorsteuerung nach Figur 3 ist durch
eine Ablau£-steuerschaltung 16 ersetzt, welche neben der Simple & Hold-Schaltung
7 eine weitere Sample-& Hold-Schaltung 17 und einen Differenzverstärker 18 beeinflußt.
Bei dieser Schaltungsanordnung wird das über die Verstärker-Wandler-Schaltung 6
abgegebene analoge Signal sowohl in der Sample & Hold-Schaltung 7 als auch in
der Sample & Hold-Schaltung 17 gesteuert durch die Ablauisteuerschaltung 16
nach einer Wartezeit von ca. zwei bis drei Sekunden gespeichert. Durch den Differenzverstärker
18 werden die beiden Signale an den Ausgängen der beiden Sample-& Hold-Schaltungen
7, 17 zum eigentlichen, dem wahren Gewicht entsprechenden, analogen Signal verarbeitet
und dem Analog-Digital-Wandler 8 zugeführt. In Abhängigkeit dessen digital abgegebenen
Ausgangawertes wird über eine Zählschaltung 19 und über eine Treibersysteischaltung
13 die 7-Segment-Anzeigeeinheit 14 angesteuert.
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Das Diagramm nach Figur 5 zeigt die Impulsfolge a der durch die Sensoren
5 erfaßten Werte, die Impulsfolge b, in der der Taktgenerator 3 die Auswertung der
Impulse a steuert und den Wert c, welcher dem von der Sample- & Hold-Schaltung
7 abgegebenen analogen Wert entspricht.
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Im Rahmen der Erfindung sind selbsverständliche schaltungstechnische
Maßnahmen inbegriffen, wie z.B. derartige, die zur Temperaturkompensation der Sensoren
und der Schaltungsanordnung eriorderlich sein können.
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Durch Figur 6 ist ein Gehäuse 20 mit elastischen Auflageelementen
21 dargestellt, mit welchen das Gerät mit dem darin zu garenden Gut auf einer Grundfläche
steht. In bekannter
Weise sind vier Auflageelemente 21 angeordnet,
von denen zwei sichtbar sind.
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In den Aurlageelementen 21 sind gemäß den Figuren 7 und 8 Meßfühler
eingefügt. Nach Figur 7 besteht umindest einNoppen 22 innerhalb des Autlageelementes
211 aus elastomerem mit leitenden Partikeln, z.B. Ruß, durchsetztem Material. Bei
Kraiteinwirkung durch das auiliegende Gewicht wird dieser Noppen 22 gegen zwei voneinander
isoliert angeordnete Kontaktpole 23 gedrückt, die dadurch elektrisch leitend überbrückt
werden und zwar mit einem in Abhängigkeit vom Anpreßdruck veränderlichen, für Meßzwecke
nutzbaren ohmschen Widerstandswert.
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Gemäß Figur 8 ist innehalb des Auflageblementes 21" eine Piezokeramik
24 aui eine Innenfläche aufgedaipft, gegen die bei Krafteinwirkung aui das Auflageelement
21" einNoppen 25 gepreßt wird.
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Entsprechend dem Anpreßdruck wird über die Piezokeraik 24 ein Meßsignal
abgeleitet. Über Leiterbahnen 26 werden die Meßwertgrößen an die Auswerteschaltung
geliefert.
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Die Figuren 9 und 10 zeigen in einer geSchnittenen Seitenansicht und
in einer Draufsicht eine Meßfühleinrichtung unter Verwendung von Dehnungsmeßstreifen
27. Diese Dehnungsmeßstreifen sind im Bereich des Auflageelementes 21''' in der
Bodenwandung des Gehäuses 20 angebracht, und zwar nahe den Enden einer halbkreisförmig
um das Auflageelement vorgesehenen Aussparung 28. Dadurch ist ein guter Abgriff
der Gewichtsgröße durchführbar.
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9 Patentansprüche 10 Figuren