DE3843460A1 - Kochfeld - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kochfeld gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Kochfelder haben typischerweise eine aus für Wärmestrahlung durchlässiger Keramik hergestellte Tragplatte, unter welcher ein Infrarotstrahler angeordnet ist. Die Trag­ platte ist üblicherweise gefärbt, so daß man nicht ohne weiteres erkennen kann, ob der Infrarotstrahler in Betrieb ist oder nicht. An Herden für Großküchen wird auch oft ge­ wünscht, daß sich das Kochfeld automatisch mit dem Aufsetzen eines Topfes oder dem Auflegen von Bratenstücken oder der­ gleichen einschaltet. Aus diesem Grunde wurde schon vorge­ schlagen, unter der Tragplatte eines solchen Kochfeldes einen induktiven Fühler anzuordnen, der auf das Aufsetzen eines aus Metall gefertigten Topfes anspricht.

Das Anbringen induktiver Fühler unter der Tragplatte eines Kochfeldes ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, da derartige Fühler von Hause aus nicht für hohe Temperaturen ausgelegt sind. Außerdem muß der Fühler unterscheiden kön­ nen zwischen Töpfen und versehentlich auf dem Kochfeld ab­ gelegten metallischen Bestecken. Darüber hinaus sind induk­ tive Fühler verhältnismäßig teuer, und aus diesem Grunde wurde die Verwendung von Anwesenheitsfühlern bisher bei für den Haushalt bestimmten Kochfeldern nicht in Betracht gezogen.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Kochfeld gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 geschaffen werden, welches bei mechanisch einfachem Aufbau die zuverlässige Erkennung von Töpfen auf der Kochstelle gestattet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Kochfeld gemäß Anspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Kochfeld sind auf der Unterseite der Tragplatte zwei Elektroden vorgesehen, die zusammen mit einem Topfboden zwei Kondensatoren bilden, die in Serie geschaltet sind. Der Topfboden bildet dabei die Gegenelek­ troden für die beiden auf der Feldunterseite angebrachten beabstandeten Elektroden und zugleich die elektrische Ver­ bindung, welche die beiden Kondensatoren in Reihe schaltet. Anschlüsse zu einer externen Betriebs- und Auswerteschaltung, die auf die Kapazitätsänderung zwischen den Anschlußklemmen anspricht, brauchen nur auf der Unterseite der Tragplatte vorgesehen zu werden, also im gegen Verschmutzung geschützten Bereich. Die Oberseite der Tragplatte und damit des Koch­ feldes ist gegenüber einem Standard-Kochfeld unverändert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteran­ sprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird erreicht, daß der Anwesenheitsfühler zugleich nur dann an­ spricht, wenn der aufgesetzte Topf im wesentlichen mit der Achse des Kochfeldes übereinstimmt. Nur dann erhält man einen ausreichenden Überlapp zwischen dem Topfboden und den auf der Unterseite der Tragplatte angeordneten Elek­ troden. Eine scharfe "Richtcharakteristik" des kapazitiven Anwesenheitsfühlers ist deshalb von Vorteil, weil man so schon durch verhältnismäßig geringes Verschieben eines Topfes von der Mitte des Kochfeldes weg das Kochfeld ab­ schalten kann. Das Kochfeld braucht somit keine großen "Parkplätze" für Töpfe aufzuweisen, die nicht mehr geheizt werden sollen; diese Töpfe, die zuweilen zusammen mit ihrem Inhalt auch große Massen darstellen, brauchen auch zum Aus­ schalten des Kochfeldes nicht von diesem abgehoben zu wer­ den.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 bringt den Vorteil, daß auch durch die von den Elektroden belegten Flächen der Tragplattenunterseite Wärmestrahlung zum Topf­ boden hin durchtreten kann.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist im Hinblick auf einfache und preisgünstige Herstellung der Elektroden des kapazitiven Anwesenheitsfühlers von Vorteil.

Bei einem Kochfeld gemäß Anspruch 5 hat man nur einen sehr geringen ohmschen Kurzschlußweg über die Meßkondensator­ strecke, auch wenn die Tragplatte auf sehr hohe Temperatur aufgeheizt wird.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 ist im Hinblick auf kleine ohmsche Verluste im Meßkondensator von Vorteil. Da die einzelnen Drähte der Elektroden nur linienhaft mit der Unterseite der Tragplatte in Berührung stehen, hat man einen sehr hohen Übergangswiderstand zwi­ schen den Elektroden und der Tragplatte.

Ordnet man die beiden Elektroden unter verhältnismäßig kleinem Abstand an, was wünschenswert ist, um auch durch kleine Töpfe das Kochfeld einschalten zu können, so ent­ stehen zwischen den Rändern der benachbarten Elektroden zusätzliche Kapazitäten, die durch das Aufsetzen des Topfes nicht geschaltet werden, vielmehr dauernd vorliegen. Der­ artige Kapazitäten würden an sich das Ansprechverhalten des kapazitiven Anwesenheitsfühlers verschlechtern. Mit der im Anspruch 7 angegebenen Maßnahme wird aber erreicht, daß die Streu-Kapazitäten zwischen den beiden benachbarten Elektroden keinen Einfluß auf die Anwesenheitsdetektion haben.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 ist im Hinblick auf eine besonders einfache und preisgünstige qualitative Auswertung der Kapazität zwischen den beiden Elektroden von Vorteil. Steht über den beiden Elektroden ein Topf, so ist ein kapazitiver Rückkoppelweg des Oszil­ latorkreises geschlossen, so daß dieser zu schwingen be­ ginnt. Dieses Schwingen kann leicht unter Verwendung ein­ facher Schaltelemente festgestellt werden.

Aus Glaskeramik gefertigte Tragplatten haben einen zwar sehr hohen aber doch endlichen elektrischen Widerstand, der mit zunehmender Temperatur abnimmt. Dieser ohmsche Wider­ stand schließt einen ohmschen Rückkoppelweg, der parallel zum kapazitiven Rückkoppelweg liegt, also die Empfindlich­ keit des kapazitiven Anwesenheitsfühlers beeinträchtigt. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 wird dieser ohmsche Störwiderstand des Glaskeramik-Materiales durch einen zusätzlich vorgesehenen thermisch an die Trag­ platte angekoppelten Widerstand kompensiert.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 ist wie­ derum im Hinblick auf preisgünstige und einfache Herstel­ lung des Kochfeldes von Vorteil. Man kann den Kompensations­ widerstand einfach zusammen mit den Elektroden in einem Arbeitsgang auf die Unterseite der Tragplatte aufbringen.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 ist im Hinblick auf gutes Ansprechverhalten des kapazitiven Anwesenheitsfühlers von Vorteil.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er­ läutert. Es dieser zeigt

Fig. 1 eine Ansicht auf die Unterseite eines Kochfeldes, welches mit einer kapazitiven Topferkennung aus­ gerüstet ist;

Fig. 2 einen transversalen Schnitt durch das in Fig. 1 gezeigte Kochfeld längs der dortigen Schnitt­ linie II-II; und

Fig. 3 einen elektrischen Schaltplan der kapazitiven Topferkennung des Kochfeldes nach den Fig. 1 1 und 2.

In der Zeichnung ist mit 10 eine aus Glaskeramik gefertigte Tragplatte bezeichnet, unter welcher eine Infrarot-Heiz­ spirale 12 angeordnet is, die in Fig. 2 nur schematisch angedeutet ist.

Auf die Unterseite der Tragplatte 10 ist eine äußere ring­ förmige Elektrode 14 aufgebracht. Die Elektrode 14 hat eine Anschlußfahne 16 und ist bei 18 unterbrochen.

Konzentrisch zur kreisförmigen Elektrode 14 ist innerhalb derselben eine kreisringförmige Schirmelektrode 20 ange­ ordnet. Letztere hat eine Anschlußfahne 22, die durch die Unterbrechung 18 der Elektrode 14 hindurchgeführt ist. Die Schirmelektrode 20 weist eine Unterbrechung 24 auf, durch welche eine Anschlußfahne 26 einer konzentrischen kreis­ förmigen inneren Elektrode 28 hindurchgeführt ist.

Um auch bei hohen Temperaturen der Tragplatte 10 zu gewähr­ leisten, daß der ohmsche Widerstand zwischen den Elektroden hoch ist, ist zwischen die Elektroden und die Unterseite der Tragplatte 10 eine elektrisch isolierende Schicht 29 eingefügt. Diese kann z. B. eine aus SiO₂ bestehende Schicht sein, die durch Aufdrucken einer Fritte und anschließende Wärmebehandlung, durch Aufsputtern oder dergleichen erzeugt worden ist. Eine derartige SiO₂-Schicht ist für die von der Infrarot-Heizspirale 12 abgegebene Wärmestrahlung durch­ lässig und kann so der Einfachheit halber über die gesamte Unterseite der Tragplatte 10 gezogen werden.

Ferner ist auf die Unterseite der Tragplatte 10 ein Dünn­ schichtwiderstand 30 aufgebracht.

Das Aufbringen der Elektroden 14, 20 und 28 sowie des Dünn­ schichtwiderstandes 30 auf die Unterseite der Tragplatte 10 kann z. B. dadurch erfolgen, daß man Gold oder Silber auf die Unterseite der Tragplatte 10 aufdampft oder eine Fritte im Siebdruckverfahren mit dem gewünschten Muster auf die Unterseite der Tragplatte 10 aufdruckt und das auf­ gedruckte Material anschließend einer Wärmebehandlung unter­ zieht, bei welcher dann ein durchgehender metalisch lei­ tender Film entsteht. Wie bei 32 für die äußere Elektrode 14 gezeigt, bilden die Elektroden keine durchgehende Fläche, vielmehr ein Gitter mit einem Flächendeckungsgrad von typi­ scherweise 10 bis 20%, so daß die von der IR-Heizspirale 12 erzeugte Wärmestrahlung auch im Bereich der Elektroden durch die Tragplatte 10 hindurchtreten kann.

Anstelle gitterförmiger aufgedruckter oder aufgedampfter Elektroden kann man auch das Drahtmaterial gefertigte Elek­ troden verwenden, vorzugsweise Drahtnetzmaterial. Auch dieses ist für die von der Heizspirale 12 erzeugte Wärme­ strahlung durchlässig.

Die Wärmestrahlung erreicht somit auch im Elektrodenbereich den Boden eines auf das Kochfeld gestellten Topfes, wie er in Fig. 2 bei 34 gezeigt ist.

Der aus elektrisch leitendem Material bestehende Topfboden bildet zusammen mit der ringförmigen Elektrode 14 einen ringförmigen Kondensator C ₁ und zusammen mit der mittigen kreisförmigen Elektrode 28 einen kreisförmigen Kondensator C ₂. Durch den elektrisch leitenden Boden 34 werden diese beiden Kondensatoren zugleich in Reihe geschaltet, wie dort durch eine Leitung 36 angedeutet. Die Reihenschaltung aus den Kondensatoren C ₁ und C ₂ kann über die Anschlußfahnen 16 und 26 mit einer Oszillatorschaltung 38 verbunden werden, wie sie in Fig. 3 näher gezeichnet ist.

In Fig. 3 ist neben den Kondensatoren C ₁ und C ₂ ein Wider­ stand 40 wiedergegeben, der die ohmschen Verluste im Di­ elektrikum der Tragplatte 10 darstellt. Diese Verluste neh­ men mit steigender Temperatur des Tragplattenmateriales typischerweise zu. Ein Schalter 42 symbolisiert die Schalt­ brücke, die durch den Topfboden 34 mit gebildet wird.

Ein Differenzverstärker 44 ist mit seinem positiven Eingang über einen Widerstand 46 mit einer positiven Versorgungs­ schiene 48 und über einen Widerstand 50 mit einer negativen Versorgungsschiene 52 verbunden. Ferner ist der positive Eingang des Differenzverstärkers 44 über einen einstell­ baren Widerstand 54 mit dem Verstärkerausgang verbunden. Dieser Widerstand ist so eingestellt, daß der Differenz­ verstärker noch nicht zu schwingen beginnt.

Die negative Eingangsklemme des Differenzverstärkers 44 ist über einen Widerstand 56 ebenfalls mit dem Verstärker­ ausgang verbunden. Die den kapazitiven Topf-Anwesenheits­ fühler bildende Kombination aus den Kondensatoren C ₁, C ₂, dem Widerstand 40 und dem Schalter 42 ist in Fig. 3 ins­ gesamt mit 58 bezeichnet. Dieser Anwesenheitsfühler ist zum einen mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 44, zum anderen über den Dünnschichtwiderstand 30 mit dem positiven Eingang des Differenzverstärkers 44 verbunden.

Die beiden Eingangsklemmen des Differenzverstärkers 44 sind ferner über einen Widerstand 60 miteinander verbunden, und die negative Eingangsklemme des Differenzverstärkers 44 ist über einen Kondensator 62 mit der negativen Versorgungs­ schiene 52 verbunden, der parallel zum Widerstand 50 liegt und zusammen mit diesem ein die Frequenz des Oszillators vorgebendes RC-Glied bildet. Dioden 64, 66, die in ent­ gegengesetzter Richtung gepolt sind, begrenzen die maximal an den Eingangsklemmen des Differenzverstärkers 44 anlie­ gende Spannung.

Die oben beschriebene Oszillatorschaltung 38 arbeitet grob gesprochen so, daß der Oszillator noch nicht schwingt, so­ lange der Schalter 42 geöffnet ist (auf dem Kochfeld steht kein Topf). Sowie der Schalter 42 geschlossen wird, hat man über die Kondensatoren C ₁ und C ₂ eine verstärkte Rück­ kopplung, und die Oszillatorschaltung 38 beginnt zu schwin­ gen. Das auf der Ausgangsleitung 68 des Oszillatorkreises bereitgestellte Wechselsignal kann dann ggf. nach Gleich­ richtung oder sonstiger Auswertung zum Einschalten der IR- Heizspirale 12 dienen.

Wird der Topf vom Kochfeld heruntergenommen oder deutlich von der Mitte des Kochfeldes weggeschoben, so wird die kapazitive Rückkopplung geschwächt oder ganz aufgehoben, und die Oszillatorschaltung 38 schwingt nicht mehr weiter. Damit verschwindet dann das Wechselsignal auf der Ausgangs­ leitung 68 und die IR-Heizspirale 12 wird automatisch ab­ geschaltet.

Die oben beschriebene Elektrodenanordnung kann bei etwas anderer Verbindung mit der Oszillatorschaltung 38 auch zur Kochguterkennung verwendet werden, wie in Fig. 3 gestri­ chelt eingezeichnet. In diesem Falle werden die Anschluß­ fahnen 16 und 26 mit dem negativen Eingang des Differenz­ verstärkers bzw. der negativen Versorgungsschiene 52 ver­ bunden. Man hat dann eine kleine Streukapazität C ₃ zwischen den beiden Elektroden und einen Verlustwiderstand 70, der die dielektrischen Verluste im Kochgut charakterisiert. Der Schalter 42 stellt wieder mit seinem Schließzustand die Anwesenheit von Koch- bzw. Bratgut auf der Oberseite der Tragplatte 10 dar. Bei dieser Variante, die schon in der Fabrik für zum Braten bestimmte Kochfelder vorgenommen wird oder vom Benutzer durch einen Umschalter eingestellt werden kann, erhält man ein Signal auf der Ausgangsleitung 68 dann, wenn sich auf der Oberseite der Tragplatte 10 Koch- bzw. Bratgut befindet.

Claims (11)

1. Kochfeld mit einer für Wärmestrahlung durchlässigen Tragplatte (10), mit einer unter der Tragplatte ange­ ordneten Wärmestrahlungsquelle (12) und mit einem der Trag­ platte (10) zugeordneten berührungslosen Anwesenheitsfühler (58), dadurch gekennzeichnet, daß der Anwesenheitsfühler (58) mindestens zwei auf der Unterseite der Tragplatte (10) angeordnete beabstandete Elektroden (14, 28) aufweist.

2. Kochfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei konzentrische Elektroden (14, 28) mit vorzugs­ weise kreisförmiger Randkontur aufweist.

3. Kochfeld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (14, 28) jeweils als Gitter (32) ausgebildet sind.

4. Kochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektroden (14, 28) Dünnschicht­ elektroden sind, die durch Aufdampfen leitenden Materiales oder Aufdrucken einer Paste mit leitendem Material und anschließendes Sintern des Pastenmateriales hergestellt sind.

5. Kochfeld nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Elektroden (14, 28) und die Tragplatte (10) eine für Wärmestrahlung durchlässige Isolierschicht (29) gelegt ist.

6. Kochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Drahtmaterial, insbesondere einem Drahtnetz bestehen.

7. Kochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen den benachbarten Rändern der beiden Elektroden (14, 28) eine mit Masse verbundene Schirmelektrode (20) vorgesehen ist.

8. Kochfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Elektroden (14, 28) mit Rückkoppelklemmen einer Oszillatorschaltung (38) verbunden sind, an welche ein externe Rückkoppelkondensator anzu­ schließen ist.

9. Kochfeld nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen thermisch an die Tragplatte (10) angekoppelten tempe­ raturabhängigen Widerstand (30), der die thermisch bedingte Widerstandsänderung des Materiales der Tragplatte (10) kom­ pensiert und vorzugsweise an die Rückkoppelstrecke der Oszillatorschaltung (38) angeschlossen ist.

10. Kochfeld nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationswiderstand (30) ein auf die Unterseite der Tragplatte (10) durch Aufdampfen oder Aufdrucken auf­ gebrachter Dünnschichtwiderstand ist.

11. Kochfeld nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Eingangsklemmen der Oszillator­ schaltung (38) erdsymmetrisch sind.