DE3711589A1 - Kochgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kochgerät gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Bei einem bekannen Kochgerät dieser Art (AT-PS 1 99 768) ist ein Kochbereich zum Aufsetzen eines zu erwärmenden Gefäßes durch die Oberseite einer Metallgußplatte gebildet, in deren Unterseite ein Heizelement eingekittet ist. Im Zentrum des Kochbereichs weist die Metallgußplatte einen Durchbruch auf, in dem ein gegen die Kraft einer Feder höhenverstellbarer Fühler einer Detektoreinrichtung zur Erfassung eines aufgesetzten Gefäßes eingesetzt ist. Die Detektoreinrichtung steuert dabei in Abhängigkeit von der Tem­ peratur, die der am Boden des aufgesetzten Gefäßes anliegende Fühler ermittelt, die Heizleistung des Heizelementes über ein in den Stromkreis desselben eingeschaltetes Steuerelement. Bei diesem Aufbau erfolgt die Detektierung eines aufgesetzten Gefäßes durch Berühren desselben mit dem Fühler. Daher muß die Fläche des Kochbereichs durchbrochen sein. Hierdurch tritt eine Minderung der mechanischen Stabilität sowie die Verschmutzungsgefahr der Führung des Fühlers ein, wodurch bei veklemmten Fühler die Gefahr einer Fehlsteuerung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kochgerät gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs Maßnahmen zu treffen, durch welche metallische Gefäße bei ununterbrochenem Kochbereich detektiert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs.

Bei einem Aufbau eines Kochgerätes gemäß der Erfindung kann der Koch­ bereich durch eine geschlossene Glaskeramikplatte, gebildet werden, durch die hindurch das Streufeld eines Magnetfeldgebers wirkt. Dabei kann zwischen dem Kochbereich und dem Magnetfeldgeber noch ein am Heizelement tragender Isolierkörper angeordnet sein. Die Erfassung eines in den Kochbereich gestellten Gefäßes erfolgt berührungslos über das vom Magnetfeldgeber abgegebenen Wechselfeld, wobei durch das Gefäß im Wechselfeld elektrische Verluse oder eine Induktivitätsänderung des Magnetfeldgebers bewirkt werden, die einen den Magnetfeldgeber speisenden, elektrische Schwingungen erzeugenden Oszillator beein­ flussen. Durch Auswertung dieser Beeinflussung wird dann das Heiz­ element eingeschaltet.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird eine erhöhte Empfindlichkeit für das Aufsetzen von Gefäßen aus Aluminium oder Kupfer bzw. andere Nichteisenmetalle erreicht, welche das Magnetfeld zum Magnetfeldgeber hin zurückgedrängen. Das Magnetfeld wird dann nicht mehr durch die zugeordnete Schleife im Kurzschluß bedämpft. Bei fehlender Bedämpfung und invertiertem Ausgangssignal der die Bedämpfung erfassenden Auswertschaltung wird dann das notwendige Einschaltsignal zur Einschaltung des Heizelements erzeugt.

Zusätzliche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Skizzen eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Kochgerätes mit einer Schaltungs­ anordnung zur Erfassung eines metallischen Gefäßes,

Fig. 2 eine Prinzipskizze über die gegenseitige mechanische und elektromagnetische Zuordnung eines Magnetfeldgebers mit Kurzschluß-Schleife und Kochbereich bei fehlendem Gefäß und

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 2 mit aufgesetztem Gefäß aus Nichteisenmetall.

Ein in einem Ausschnitt schematisch dargestelltes Kochgerät weist eine nichtmetallische, insbesondere glaskeramische Kochfläche (1) auf, die ohne Durchbrüche oder dergleichen ausgebildet ist. Mit Abstand unter­ halb der Unterseite (2) der Kochfläche (1) befindet sich eine parallel dazu verlaufende Isolierstoffplatte (3), welche eine elektrische Heizwendel (4) als Heizelement auf ihrer Oberseite (5) trägt. Die vom Heizelement (4) untergriffene Fläche bestimmt innerhalb der Kochfläche (1) einen Kochbereich (10), auf den ein mittels einer Detektorein­ richtung zu erfassendes metallisches Gefäß (6) aufzusetzen ist. Die Detektoreinrichtung weist als Sensor einen Magnetfeldgeber auf, der durch einen Schalenkern (7) mit auf einen zentralen Kernbolzen (8) aufgewickelter elektrischer Wicklung (9) gebildet ist. Der Schalenkern (7, 8) besteht aus weichmagnetischem Material mit E-förmiger Quer­ schnittsform, wobei die offene Seite zum gestrichelt angedeuteten Kochbereich (10) hinweist und der Unterseite (11) der Isolierstoff­ platte (3) benachbart ist, insbesondere daran anliegt. Der so mit Abstand vom Kochbereich (10) angeordnete Magnetfeldgeber (7, 9) ist durch die Isolierstoffplatte (3) thermisch vom Heizelement (4) ent­ koppelt. Dabei ist vorzugsweise der vom Magnetfeldgeber (7, 9) unter­ griffene Bereich der Isolierstoffplatte (3) frei von Teilen der Heiz­ wendel (4).

Wird die Wicklung (9) mit Wechselstrom, insbesondere höherfrequentem Wechselstrom mit einer Frequenz von beispielsweise . . . Hertz, gespeist, dann tritt das dadurch erzeugte magnetische Wechselfeld (19) durch die Isolierstoffplatte (3) und die Kochfläche (1) hindurch und strahlt bis in den Bereich der Kochfläche (10). Der Magnetfeldgeber (7, 9) ist dabei von einem selbstschwingenden Oszillator (12) gespeist bzw. stellt dessen frequenzbestimmende Induktivität dar. Wird dann das Gefäß (6) in den Strahlungsbereich des Magnetfeldgebers (7, 9) ge­ stellt, dann erfolgt eine elektrische Bedämpfung des Magnetfeldgebers (7, 9) durch Wirbelstromverluste im Boden des metallischen Gefäßes (6). Diese Verluste erfordern eine erhöhte Oszillatorleistung, d. h. einen höheren Speisestrom. Das Gefäß (6) kann auch eine Frequenz­ änderung der Oszillatorfrequenz verursachen. Beide Änderungen können in einer dem Oszillator (12) über symbolisch bei (13) angedeutete elektrische Verbindungen zugeschaltete Auswerteschaltung (14) erfaßt und zu einem Ausgangssignal ausgewertet werden, das beispielsweise bei fehlender Bedämpfung den logischen Wert Eins annimmt. Dieses Aus­ gangssignal kann unmittelbar ein als Relais (15) ausgebildetes Steuer­ element steuern, das mit einer Schaltstrecke (16) im Steuerstrompfad des Heizelementes (4) liegt. Im Steuerstrompfad liegt auch noch ein Kontakt (17) eines Thermostats (18), der die Temperatur des Heiz­ elements und damit des Kochbereichs (10) steuert. Bei fehlendem Gefäß (6) und daher fehlender Bedämpfung wird somit das Relais (15) nicht erregt; das Heizelement (4) kann daher bei geöffneter Schaltstrecke (16) nicht an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschaltet werden. Steht das Gefäß (6) dagegen auf dem Kochbereich (10) im Wirkungs­ bereich des vom Magnetfeldgeber (7, 9) erzeugten Wechselfeldes (19), dann tritt die erwähnte Bedämpfung oder Frequenzverstimmung des Os­ zillators (12) ein und über die Auswertschaltung (14) und das Relais (15) wird die Schaltstrecke (16) geschlossen, der Steuerstrompfad des Heizelements (4) also bei ausreichend niedriger Temperatur am Ther­ mostat (18) automatisch eingeschaltet. Die automatische Abschaltung erfolgt durch Entfernen des Gefäßes (6). Der Thermostat (18) kann mit einer manuellen Einstellvorrichtung kombiniert sein, mit der seine Schalttemperatur verändert und auch eine dauerhafte Abschaltung vom Stromversorgungsnetz möglich ist.

Um eine hohe Ansprechempfindlichkeit und Schaltsicherheit auch dann zu erreichen, wenn das Gefäß (6) aus elektrisch gut leitendem Material, wie Aluminium oder Kupfer besteht, das insbesondere geringere Wirbel­ stromverluste im magnetischen Wechselfeld (19) als Stahl aufweist, ist zwischen der Ebene des Kochbereichs (10) und der offenen Seite des Magnetfeldgebers (7, 9) eine parallel zur Ebene des Kochbereichs (10) verlaufende elektrisch leitende Schleife (20) angeordnet, die ins­ besondere oberhalb der Isoliersoffplatte (3) liegt. Die Anordnung und Konfiguration der Schleife (20) ist dabei so getroffen, daß sie bei fehlendem Gefäß (6) im äußeren Randbereich des vom Magnetfeldgeber (7, 9) abgegebenen Wechselfeldes (19) liegt (Fig. 2) und bei einem Verbinden ihrer offenen Enden über einen Kontakt (21) eines Taktrelais (22) eine so starke Bedämpfung bewirkt, daß die Schaltstrecke (16) geschlossen wird. Das Taktrelais (22) wird von einem Taktgeber (23) gesteuert, der das Taktrelais (22) beispielsweise im Sekundenrhythmus ein- und ausschaltet.

Damit bei diesem Schaltungsaufbau die Schaltstrecke (16) bei fehlendem Gefäß (6) nicht jedesmal eingeschaltet wird, wenn das Taktrelais (22) die Schleife (20) kurzschließt, ist der Auswerteschaltung (14) eine Invertierungsschaltung (24) über symbolisch bei (25) angedeutete elektrische Verbindunugen zugeschaltet. Diese Invertierungsschaltung (24) kehrt das logische Ausgangssignal der Auswerteschaltung (14) um, wenn die Schleife (20) kurzgeschlossen ist. Hierdurch wird also trotz der von der kurzgeschlossenen Schleife (20) erzeugten Bedämpfung die Schaltstrecke (16) nicht geschlossen, so daß auch das Heizelement (4) bei fehlendem Gefäß (6) nicht eingeschaltet werden kann. Das Inver­ tieren wird ebenfalls vom Taktgeber (23) gesteuert, der über sym­ bolisch bei (26) angedeutete Steuerleistungen mit der Auswerteschaltung (14) verbunden ist. Wird auf die Kochfläche (10) ein Gefäß (6) aus elektrisch gut leitendem Material aufgesetzt, dann wird durch dia­ magnetische bzw. durch Wirbelstrom-Wirkungen das magnetische Wechsel­ feld (19) zum Magnetfeldgeber (7) hin zurückgedrängt.

Dadurch liegt die Schleife (20) nicht mehr in dem Maße im Wechselfeld, daß sie in kurzgeschlossenem Zustand eine Bedämpfung bewirken könnte (Fig. 3). Da dieses Gefäß (6) auch bei offener Schleife (20) keine Bedämpfung des Wechselfeldes bzw. Oszillators (12) erzeugt, detektiert die Auswerteschaltung (14) an sich das Gefäß (6) nicht. Nachdem jedoch bei kurzgeschlossener Schleife (20) das Ausgangssignal der Auswerte­ schaltung (14) invertiert wird, wird der anstehende logische Ausgangs­ wert Null in ein Einschaltsignal umgekehrt, so daß die Invertierungs­ schaltung (24) das Relais (15) so steuert, daß die Schaltstrecke (16) geschlossen ist. Das Heizelement (4) wird daher automatisch einge­ schaltet, wenn der Kontakt (17) des Thermostats (18) geschlossen ist.

Dem Steuerelement (15) oder der Invertierungsschaltung (24) ist zweck­ mäßig eine Schalteinrichtung zugeordnet, die bei einem in diesem Fall zwischen logisch Null und logisch Eins taktendem Ausgangssignal der Auswerteschaltung (24) das Steuerelement (15) in einen stabilen Schalt­ zustand steuert, in dem der Stromkreis des Heizelementes (4) über die Schaltstrecke (16) durchgeschaltet ist. Hierfür braucht lediglich ein entsprechend der Taktfrequenz abgestimmter elektrischer Kondensator zur Abfallzeitverzögerung parallel zur Wicklung des Relais (15) ge­ schaltet zu werden. Es kann als Schalteinrichtung auch eine mono­ stabile Impulsschalteinrichtung verwendet werden, deren Rücksetzzeit größer als die Pausendauer des Ausgangssignals aber kürzer als eine ganze Periodendauer des Takts ist, in dem die Schleife (20) gesteuert ist. Das Heizelement (4) bleibt demnach bei aufgesetztem Aluminium- oder Kupfer-Gefäß (6) solange eingeschaltet, wie es der Thermostat (18) vorgibt, wenn keine Abschaltung erfolgt.

Wenn dagegen ein Gefäß (6) mit einem Boden aus Stahl auf den Koch­ bereich (10) aufgesetzt wird, dann erfolgt auch bei offener Schleife (20) eine Bedämpfung des Wechselfeldes bzw. des Oszillators (12). Die Auswerteschaltung (14) produziert daher ein Ausgangssignal, über das das Steuerelement (15) die Schaltstrecke (16) schließt. Wird bei bestehender Bedämpfung durch das Gefäß (6) die Schleife (20) geschlos­ sen, dann ändert sich zwar am Bedämpfungszustand und damit am Aus­ gangssignal der Auswerteschaltung nichts, jedoch wird das Ausgangs­ signal invertiert. Durch die oben bereits erwähnte Schalteinrichtung ändert sich aber am Zustand der geschlossenen Schaltstrecke (16) nichts. Über das in den Steuerstrompfad des Heizelementes (4) einge­ schaltete Steuerelement (15, 16) bleibt somit das Heizelement (4) so lange eingeschaltet, wie es der Thermostat oder manuelle Schaltmittel vorgeben.

Der Magnetfeldgeber (7) ist vorzugsweise außerhalb des mit dem Heiz­ element (4) bedeckten Bereichs der Isolierstoffplatte (3) angeordnet, um Störungen des magnetischen Wechselfeldes gering zu halten. Außerdem folgt die Schleife (20) insbesondere einer Linie, die der Form des Schalenkerns (7) kongruent ist und in senkrechter Projektion kon­ zentrisch mit radialem Abstand seitlich neben dem Schalenkern liegt.

Es ist somit bei einem Kochgerät ein Detektor zur Erkennung eines Topfes oder dergleichen auf einem Kochbereich einer Glaskeramikkoch­ platte realisiert, der außerhalb der heißen Zone angebracht werden kann. Bei Verwendung relativ großer Ferritkerne für den Schalenkern (7) werden größere Abstände zu Topfböden möglich, so daß das Heiz­ element (4) samt Isolierstoffplatte (3) zwischen dem Magnetfeldgeber (7, 9) und dem Boden des Gefäßes (6) liegen kann. Dabei wird durch die zusätzliche Anwendung der kurzschließbaren Schleife (20) die Ansprech­ empfindlichkeit beim Anwenden von Nichteisen-Gefäßen (6) soweit er­ höht, wie sie bei Eisenmetall-Gefäßen (6) gegeben ist. Der Strahlungs­ bereich des Wechselfeldes kann daher entsprechend klein gehalten werden, so daß Störungen z. B. durch seitlich von dem Kochbereich (10) stehende Gefäße ausgeschlossen werden können.

Claims (11)

1. Kochgerät mit einem Heizelement und einer zur Erfassung eines aufgesetzten Gefäßes vorgesehenen Detektoreinrichtung, die ein in den Steuerstrompfad des Heizelementes eingeschaltetes Steuer­ element beeinflußt und innerhalb eines für das Aufsetzen des Gefäßes vorgesehenen Kochbereiches angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen wechselstrom­ gespeisten Magnetfeldgeber (7, 9) aufweist, der mit Abstand unterhalb des Kochbereichs (10) angeordnet ist und ein zum Kochbereich (10) gerichtetes Magnetfeld erzeugt.

2. Kochgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ebene des Kochbereichs (10) und dem Magnetfeldgeber (7, 9) eine parallel zur Ebene des Kochbereichs (10) verlaufende, elektrisch leitende Schleife (20) angeordnet ist, die bei feh­ lendem Gefäß (6) im äußeren Randbereich des aktivierten Magnet­ feldes liegt, daß die Schleife (20) periodisch geöffnet und geschlossen wird, und mit einer eine Bedämpfung des Magnetfeldes erfassenden Auswerteschaltung (14), die abhängig von einer Be­ dämpfung ein Ausgangssignal mit einem logischen Wert Null oder Eins abgibt, das im Takt des Schleifen-Kurzschlusses invertiert wird sowie das Streuelement (15, 16) steuert, und daß der Kochbereich (10) zumindest in dem vom Magnetfeld erfaßten Be­ reich wenigstens weitgehend metallfrei ist.

3. Kochgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerelement (15, 16) eine Schalteinrichtung zuge­ ordnet ist, die bei einem zwischen logischen Null und logisch Eins taktendem oder logisch Eins dauernd aufweisendem Ausgangssignal der Auswertschaltung (14) das Steuerelement (15, 16) in einen stabilen Schaltzustand steuert, in dem der Stromkreis des Heizelements (4) durchgeschaltet ist.

4. Kochgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung eine monostabile Impulsschalteinrichtung ist, deren Rücksetzzeit größer als die Pausendauer des Ausgangssignals aber kürzer als eine ganze Periodendauer des Takts ist, in dem die Schleife (20) gesteuert ist.

5. Kochgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgeber (7, 9) einen zum Kochbereich (10) hin offenen Schalkern (7) mit einer zentral angeordneten elektrischen Wicklung aufweist.

6. Kochgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgeber (7, 9) an der Unter­ seite (11) einer Isolierstoffplatte (3) angeordnet ist, die auf der Oberseite (5) das Heizelement (4) trägt.

7. Kochgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfelgeber (7, 9) außerhalb des mit dem Heizelement (4) bedeckten Bereichs der Isolierstoff­ platte (3) angeordnet ist.

8. Kochgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleife (20) einer zur Form des Scha­ lenkerns (7) kongruenten Linie folgt und in senkrechter Pro­ jektion konzentrisch mit radialem Abstand seitlich neben dem Schalenkern (7) liegt.

9. Kochgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgeber (7, 9) einen elektri­ schen Schwingungs-Oszillator (12) umfaßt, dessen Stromaufnahme oder Frequenzverstimmung in der Auswertschaltung (14) als Maß für eine Bedämpfung bzw. das Vorhandensein eines metallischen Gefäßes (6) ausgewertet wird.

10. Kochgerät nach Anspruch 5 oder einen der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (9) des Schalenkerns (7) als Oszillatorspule des Magnetfeldgebers geschaltet ist.

11. Kochgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schleife (20) ein Kontakt eines Relais (22) geschaltet ist, dessen Steuerwicklung an einen Taktgeber (23) angeschlossen ist, der gleichzeitig das Inver­ tieren des Ausgangssignals der Auswerteschaltung (14) steuert.