DE3711589C2 - - Google Patents

Description

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

Es ist ein Kochgerät dieser Art bekannt (AT 2 38 331), bei dem eine Kochplatte mit zugeordnetem Heizelement im mittleren Bereich unterhalb eines nichtmagnetischen Abschnitts einen induktiven Näherungsschalter aufweist, dessen magnetisches Wechselfeld zum Kochbereich gerichtet ist, auf welchen ein metallisches Gefäß aufzustellen ist. Der Näherungssensor ist Teil einer Detektoreinrichtung, die eine Auswertschaltung aufweist, welche die durch das Gefäß hervorgerufene elektrische Bedämpfung im Magnetfeldbereich erfaßt und ein Steuerelement in Form eines Relais steuert, dessen Kontakte im Steuerstromkreis des Heizelements liegen. Bei diesem Aufbau zeigt sich im praktischen Betrieb, daß zwar aufgesetzte ferromagnetische Gefäße eine sichere Einschaltung des Heizelements bewirken, daß jedoch für Gefäße aus Nichteisenmetallen diese Schaltsicherheit nicht gegeben ist.

Es ist zwar auch ein induktiver Annäherungsschalter bekannt (DE 35 27 422 A1), bei dem zur Erfassung von dünnen Metallfahnen eine Oszillatorspule mit einer dauernden elektrischen Vorbedämpfung versehen ist. Dabei wird die elektrische Güte und damit die Oszillatorschwingamplitude bei Annäherung von ferromagnetischen Teilen weiter vermindert, während bei Annäherung von Nichteisenmetallen eine Erhöhung der Schwingamplitude eintritt. Diese Änderungen der Amplituden werden so ausgewertet, daß auf das jeweils angenäherte Mateial geschlossen werden kann. Es erfolgt jedoch durch die dauernde Vorbedämpfung eine Verminderung der Anfangsansprechempfindlichkeit für Nichteisenmetalle und eine generelle Verminderung der Ansprechempfindlichkeit für Eisenmetalle.

Bei einem weiteren bekannten Kochgerät dieser Art (AT 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 Temperatur, 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 verklemmtem Fühler die Gefahr einer Fehlsteuerung auftritt.

Es ist auch ein Kochgerät bekannt (DE-GM 71 32 382), bei dem eine Kochplatte oder ein darin gelagerter Stift beim Abnehmen eines Gefäßes durch eine Feder nach oben gedrückt wird, wobei ein zugeordneter Schalter den Heizstromkreis unterbricht. Die gleiche Wirkung wird mit einem kapazitiven oder induktiven Fühler erreicht, der bei abgenommenem Gefäß die veränderte elektrische Feldstärke registriert und die Abschaltung über eine elektronische Steuerung vornimmt.

Bei einem weiteren bekannten Kochgerät (DE 28 31 858 A1) befinden sich an der Unterseite einer Glaskeramikkochplatte Kondensatorbeläge im Aufstellbereich eines Gefäßes, wobei die Kondensatorbeläge einem elektrischen Oszillator zugeschaltet sind. Die sich bei Vorhandensein eines Gefäßes ändernde Ausgangsspannung des so gebildeten kapazitiven Sensors wird als Steuergröße für eine Schaltelektronik zum Steuern der Beheizung ausgewertet.

Bekannt ist es bei einem Kochgerät auch (FR 13 40 411), im Zentrum einer Massekochplatte einen Dauermagnetsensor anzuordnen, der nur bei aufgestellten ferromagnetischen Gefäßen einen Kontakt schließt, der den Heizstromkreis beherrscht.

Daneben ist es bei einem Kochgerät bekannt (DE 31 17 205 A1), einer Kochplatte optoelektronische Sensoren zuzuordnen, die jedoch beim Auflegen beliebiger Gegenstände den Heizstromkreis zur Einschaltung bringen.

Schließlich gehört zum Stand der Technik ein Kochgerät (DE 36 19 752 A1), bei dem zur Auswertung des Fehlens oder Vorhandensein eines Gefäßes neben Licht- oder Gewichtssensoren auch Akustiksensoren zur Anwendung gelangen können. Hierbei wird die sich ändernde Dämpfung einer akustischen Schwingung für ein Schaltsignal zur Steuerung des Heizstromkreises ausgewertet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kochgerät gemäß dem Oberbegriff des neuen Anspruchs 1 Maßnahmen zu treffen, durch die ohne eine dauernde Vorbedämpfung eine zuverlässige Erkennung von Gefäßen aus unterschiedlichen Metallen möglich wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des neuen Anspruchs 1. Bei einer Ausgestaltung eines Kochgerätes gemäß der Erfindung unterbleibt eine konstante Bedämpfung des Magnetfeldgebers, so daß die volle Ansprechempfindlichkeit des als Detektoreinrichtung verwendeten induktiven Annäherungsschalters erhalten bleibt. Die nur impulsweise Bedämpfung durch getaktetes Kurzschließen einer Schleife ist dabei für Gefäße aus ferromagnetischen Materialien unbeachtlich, weil die Bedämpfung durch diesen Gefäßtyp stärker ist als durch die kurzgeschlossene Schleife. Dagegen erfolgt durch ein aufgesetztes Nichteisenmetall-Gefäß praktisch eine Bedämpfung durch die Schleife, unabhängig davon, ob dieselbe kurzgeschlossen ist oder nicht, weil das Magnetfeld des Magnetfeldgebers durch das Nicht­ eisenmetall-Gefäß so weit zurückgedrängt wird, daß es in dem Wirkungsbereich der Schleife praktisch nicht mehr hineinreicht und durch dieselbe nicht mehr beeinflußt wird. Da aber bei fehlender Bedämpfung die Auswerteschaltung an sich ein Nichteinschaltsignal abgibt, das aber bei kurzgeschlossener Schleife und dennoch fehlender Bedämpfung durch Invertieren in ein Einschaltsignal umgesetzt wird, erfolgt demnach die geforderte Einschaltung des Heizelementes zur Erwärmung des aufgesetzten Nichteisenmetall-Gefäßes. Damit aber beim nachfolgenden Öffnen der Schleife nicht die Ausschaltung erfolgt, solange das Gefäß aufgesetzt ist und die Bedämpfung nach wie vor fehlt, wird nach einem ersten Einschaltsignal der Einschaltzustand durch Zeitverzögerung zumindest während dieser Teilperiode aufrechterhalten, so daß beim nächsten Schleifenkurzschluß wieder die Prüffunktion erfolgen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Skizzen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Kochgerätes mit einer Schaltungsanordnung 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 unterhalb 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 Detektoreinrichtung 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 Querschnittsform, wobei die offene Seite zum gestrichelt angedeuteten Kochbereich (10) hinweist und der Unterseite (11) der Isolierstoffplatte (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) entkoppelt. Dabei ist vorzugsweise der vom Magnetfeldgeber (7, 9) untergriffene Bereich der Isolierstoffplatte (3) frei von Teilen der Heizwendel (4).

Wird die Wicklung (9) mit Wechselstrom, insbesondere höherfrequentem Wechselstrom mit einer Frequenz von beispielsweise 10 kHz 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) gestellt, 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 Frequenzänderung 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 Ausgangssignal kann unmittelbar ein als Relais (15) ausgebildetes Steuerelement 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 Heizelements 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 Wirkungsbereich des vom Magnetfeldgeber (7, 9) erzeugten Wechselfeldes (19), dann tritt die erwähnte Bedämpfung oder Frequenzverstimmung des Oszillators (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 Thermostat (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 Verbindungen 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) so lange 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 koaxial zur Form des Schalenkerns (7) angeordnet ist.

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 (10)

1. Kochgerät mit einem Heizelement und einer zur Erfassung eines aufgesetzten Gefäßes vorgesehenen Detektoreinrichtung, die einen wechselstromgespeisten Magnetfeldgeber aufweist, welcher mit Abstand unterhalb und innerhalb des für das Aufsetzen des Gefäßes vorgesehenen, zumindest weitgehend metallfreien Kochbereichs angeordnet ist und ein zum Kochbereich gerichtetes Magnetfeld erzeugt, und die ein in den Steuerstrompfad des Heizelements eingeschaltetes Steuerelement abhängig von einer Bedämpfung des Magnetfeldes über eine Auswerteschaltung beeinflußt, 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 fehlendem Gefäß im äußeren Randbereich des aktivierten Magnetfeldes liegt, daß die Schleife periodisch geöffnet und kurzgeschlossen wird, wobei das von der Auswerteschaltung abhängig von der Bedämpfung als logischer Wert Null oder Eins abgegebene Ausgangssignal im Takt des Schleifenkurzschlusses invertiert wird und daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die nach einem Ansprechen des Steuerelements (15) dessen Schaltstrecke (16) über die Zeit der nachfolgenden Pausendauer, aber kürzer als eine ganze Periodendauer des die Schleife steuernden Takts schließt.

2. Kochgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerelement (15, 16) eine Schalteinrichtung zugeordnet ist, die bei einem zwischen logisch 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.

3. Kochgerät nach Anspruch 2, 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.

4. Kochgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgeber (7, 9) aus einem zum Kochbereich (10) hin offenen Schalenkern (7) mit einer zentral angeordneten elektrischen Wicklung besteht.

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

6. Kochgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfelgeber (7, 9) in dem Bereich der Isolierstoffplatte (3) angeordnet ist, der nicht das Heizelement trägt.

7. Kochgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleife (20) koaxial zur Form des Schalenkerns (7) angeordnet ist.

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

9. Kochgerät nach Anspruch 4 oder einen der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (9) des Schalenkerns (7) die Oszillatorspule des Magnetfeldgebers bildet.

10. 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 einem Taktgeber (23) angeschlossen ist, der gleichzeitig das Invertieren des Ausgangssignals der Auswerteschaltung (14) steuert.