Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung eines elektrischen Hochfrequenz-
Heizgerätes mit einer Mehrzahl von Hochfrequenz erzeugenden Mitteln, die mit
einer Mehrzahl von Hochspannungsversorgungen verbunden sind; mit
Schaltmitteln, die elektrische Leistung an die Stromversorgungen schalten; mit
Eingabemitteln, mit denen gewünschte Funktionen ausgewählt hit werden, und mit einer
Steuereinheit, die die Betätigung der Schaltmittel entsprechend der über die
Eingabemittel gewählten Funktionen bewirkt und die Anzeigemittel steuert. Eine
solche Steuereinrichtung eines elektrischen Hochfrequenz-Heizgerätes mit einer
Mehrzahl von Hochfrequenz erzeugenden Mitteln, die mit einer Mehrzahl von
Hochspannungsversorgungen verbunden sind, ist aus DE-A-31 15 517 bekannt.
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Moderne Geräte bieten ein breites Spektrum an unterschiedlichen Merkmalen. Im
Bereich von heizenden Geräten sind elektronische Herde mit einer Funktion,
elektrische Backöfen mit einer Funktion, Geräte für höhere Leistungen mit zwei darin
angeordneten Hochfrequenz erzeugenden Vorrichtungen, Kombinationsgeräte mit
sowohl konventioneller als auch Hochfrequenzbeheizung zur wechselweisen oder
gleichzeitigen Beheizung bekannt. Die Nachfrage nach Heizvorrichtungen und
Hochfrequenzheizvorrichtungen als funktionelle Bauelemente der Geräte sowie
nach Verbindungselementen zum Verbinden dieser Vorrichtungen ist stark
gestiegen. So erfordert beispielsweise ein Hochfrequenzheizgerät mit zwei
Hochfrequenzheizvorrichtungen zwei Hochspannungstransformatoren, zwei
Hochspannungskondensatoren, zwei Magnetrone und zwei Hochspannungsdioden als
Funktionselemente sowie zwei Relaisvorrichtungen usw. zur Steuerung der Funktionselemente.
Bei einer größeren Anzahl von Funktionselementen steigt die Zahl der Ausfälle.
Fehlfunktionen der Funktionselemente verursachen gefährliche
Betriebsbedingungen wie ungeplanter Stromfluß, Rauchentwicklung, Brand, Beschädigung der
Isolierung usw..
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Außerdem bedarf es bei der Verwendung vieler Bauteile viel Zeit, um für eine
Reparatur des Gerätes das defekte Teil zu lokalisieren.
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Aus EP-A-1 99 264 ist ein elektrisches Gerät in Form eines kombinierten
Mikrowellenherdes mit einer Mehrzahl von verschiedenen Heizmitteln bekannt,
beispielsweise
einer Widerstandsheizvorrichtung und einer Mikrowellenheizvorrichtung. Die
Funktionen dieser Heizvorrichtungen werden über eine Steuereinheit gesteuert und
über Eingabemittel betätigt, mit denen gewünschte Funktionen ausgewählt werden.
Ist ein Teil eines solchen elektrischen Gerätes defekt, beispielsweise die
Widerstands- oder die Mikrowellenheizvorrichtung oder ein Teil, das diese
Heizvorrichtungen steuert, dann ist das ganze Gerät nicht einsatzbereit, insbesondere dann nicht,
wenn eine weitere Betätigung des defekten Teils einen zu hohen Stromfluß oder
dergleichen zur Folge hätte.
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Aus US-A-4 618 779 ist ein System für eine parallele Stromversorgung bekannt,
das einen Mikroprozessor als Steuerung verwendet, um den von den beiden parallel
geschalteten Stromversorgern abgegebenen Strom in der Balance zu halten. Aus
DE-A-31 15 517 ist ein Mikrowellenherd mit zwei Magnetroneinheiten bekannt.
Befindet sich mindestens eine der beiden Magnetroneinheiten in einem anormalen
Zustand, so leuchtet eine Alarmanzeige auf. Wird ein anormaler Zustand für beide
Magnetroneinheiten angegeben, dann wird überprüft, ob die Tür des
Mikrowellenherdes offen ist, was ein Grund für die Anzeige sein kann.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für ein
elektrisches Hochfrequenz-Heizgerät mit einer Mehrzahl von frequenzerzeugenden
Mitteln zu schaffen, das ein einen anormalen Zustand anzeigendes Signal ausgibt,
wenn ein frequenzerzeugendes Mittel im Vergleich zum anderen Mittel einen
anormalen Zustand anzeigt.
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Um diese Aufgabe zu lösen, ist eine wie oben definierte Steuereinrichtung
gekennzeichnet durch Stromdetektormittel, die Werte des elektrischen Stroms der
Stromversorgungen überwachen, und durch Vergleichsmittel, die einander entsprechende
Werte des elektrischen Stroms der Stromversorgungen miteinander vergleichen und
ein Fehlersignal ausgeben, wenn einander entsprechende elektrische Werte, die die
genannten Werte des elektrischen Stroms darstellen, um mehr als einen
vorbestimmten Betrag voneinander abweichen.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Die genannten und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden mit der
nachfolgenden, auf bevorzugten Ausführungsformen basierenden Beschreibung
verdeutlicht. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in
denen gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es
zeigen:
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Figur 1 eine Schnittzeichnung des Hauptteils eines Heizgerätes mit
einer Mehrzahl von Heizvorrichtungen;
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Figur 2 ein Schaltungsdiagramm des genannten Heizgerätes und
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Figur 3 ein Flußdiagramm für die Feherprüfung des
Hauptsteuerabschnittes.
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Ein Hochfrequenz-Heizgerät mit einer Mehrzahl von Mag netronen wird nachfolgend
als eine Ausführungsform beschrieben. Um die Hochfrequenzabgabe zu erhöhen,
sind, wie in Figur 1 und 2 dargestellt, zwei Magnetrone 9, 9' auf zwei Wellenleern
38, 38' mit gleichen Daten im oberen bzw. unteren Abschnitt einer Heizkammer 37
angeordnet.
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Die elektrische Leistung, die in die erforderliche Betriebsspannung umgewandelt
wurde, wird den Magnetronen 9 und 9' von einer Hochspannungsschaltung
zugeführt, die aus zwei Hochspannungstransformatoren 18, 18' mit gleicher
Spezifikation, Hochspannungskondensatoren 19, 19' und Hochspannungsdioden 20, 20'
besteht.
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Auf der Wechselstrom-Primärseite sind Stromtransformatoren 22, 22' als
Stromdetektoren angeordnet.
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Die Stromtransformatoren 22, 22' sind mit Wicklungen 40, 40' auf Eisenkernen
39, 39' versehen sowie mit davon isoliert angeordneten Wicklungen 41, 41', die
gleichfalls auf den Eisenkernen 39, 39' angeordnet sind.
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Die Stromtransformatoren 22, 22' bilden zusammen mit anderen elektronischen
Bauelementen auf einer gedruckten Basisplatte 42 einen Steuerabschnitt zur
Steuerung des Hauptteils. Ist das Hochfrequenz-Heizgerät in Betrieb, fließt Strom
durch die Wicklungen 40, 40' und ebenso durch die Wicklungen 41, 41' und erregt
den jeweiligen Eisenkern 39 bzw. 39'. Der Magnetfluß läßt in den Wicklungen 41,
41' eine Spannung entstehen, die dem Strom auf der Primärseite entspricht. Die in
den Wicklungen 41, 41' entstehende Spannung wird durch Gleichrichter-
Glättungsschaltungen 43, 43' geleitet, um sie in Gleichstrom umzuwandeln. Die Anzahl
der jeweiligen Wicklungen, die Abmessungen der Eisenkerne, der Kondensator der
Gleichrichterschaltung und die Werte der Widerstände sind so gewählt, daß die in
Gleichstrom umzuwandelnde Ausgangsspannung proportional zu den durch die
Wicklungen 40, 40' auf der Wechselstrom-Primärseite fließenden Strömen ist. Bei
der Ausführungsform ist in diesem konkreten Fall die Ausgangsspannung so
bemessen, daß sie 4 V beträgt, wenn der durch die Wicklungen 40, 40' fließende
Strom 10 A beträgt, und wird zu 0,4 V, wenn der Strom 1A beträgt. Die
Ausgänge der Gleichrichter-Glättungsschaltungen 43, 43' sind mit Eingängen 45 einer
Mikrocomputerschaltung 44 verbunden, die eine Hauptsteuereinheit darstellt.
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Die Mikrocomputerschaltung 44 ist mit einem Tastenfeld 3' zum Steuern des
Hauptteils des Hochfrequenz-Heizgerätes verbunden, wobei eine fluoreszierende
Anzeigeröhre 23' als Anzeigemittel den jeweiligen Betriebszustand anzeigt; mit
intermittierenden Relais 46 und 47, die den Hochfrequenz-Heizbetrieb jeder Einheit
unterbrechen, und mit einem Sichtanzeigerelais 49, das verwendet wird, um die
Betätigung einer Beleuchtung 48 in der Heizkammer zu unterbrechen und damit den
Betrieb des Hauptteils entsprechend einem voreingestellten Programmablauf zu
steuern. Die Mikrocomputerschaltung 44 wird mit Energie betrieben, die von einem
Niederspannungstransformator 21' geliefert und in Gleichstrom umgewandelt wird.
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In der Mikrocomputerschaltung 44 ist ein Spannungseingangsanschluß 50
vorgesehen, der einen Teil der Ausgangsspannung der Sekundärseite des
Niederspannungstransformators 21' aufnimmt, um die Spannung der Wechselstrom-
Primärseite zu überwachen. Das Hauptteil ist an der Vorderfläche der Heizkammer
37 mit einer Tür 12 versehen, durch die Lebensmittel 51 in die Heizkammer
hineingebracht oder herausgeholt werden können. Außerdem ist ein Türschalter 52
mit einem Kontakt vorgesehen, der in Übereinstimmung mit dem Öffnen und
Schließen der Tür 12 die Eingabe an die Hochspannungstransformatoren 18, 18'
unterbricht; eine Sicherung 53, die durchbrennt, wenn ein zu hoher Strom in die
Wechselstrom-Primärseite fließt.
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Die Steuerfunktionen der Mikrocomputerschaltung werden auf der Basis des
Flußdiagramms der Figur 3 beschrieben.
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Während einer gegebenen Zeitspanne des Betriebes wird die Eingangsspannung am
Eingangsanschluß 45 vom Hauptteil des Hochfrequenz-Heizgerätes aufgenommen
(Schritt 54). Es wird geprüft, ob der Spannungswert sich im Bereich einer
vorbestimmten Spannung befindet (Schritt 55). Weicht die Spannung um 15 % oder
mehr von der Nennspannung des Gerätes ab, werden beide intermittierenden Relais
46 und 47 abgeschaltet, um zu verhindern, daß Hochfrequenz erzeugt wird (Schritt
56). Es ist auch möglich, eine Betätigung gar nicht erst beginnen zu lassen, wenn
die Spannung anormal ist, wobei dann ein Spannungsdetektor auch für den nicht
betätigten Zustand des Hauptteils vorhanden ist. Der Betrieb wird fortgeführt,
wenn die Spannung sich im Normalbereich befindet; die in der Wicklung 41 des
Stromtransformators bewirkte Spannung wird dann vorübergehend in einem
Speicher (RAM) gespeichert, um die gleichgerichtete und geglättete
Gleichspannung aufzunehmen. Diese wird mit K bezeichnet (Schritt 57). Auf ähnliche Weise
wird das von der Wicklung 41' des Stromtransformators 22' festgestellte
Gleichstromausgangssignal aufgenommen. Dies wird mit L bezeichnet (Schritt 58). Ist die
Differenz zwischen den Werten positiv, d.h. ist K größer als L (Schritt 59), wird die
Operation K/L durchgeführt (Schritt 60). Ist die Differenz negativ, d.h. L ist größer
als K, wird die Operation -(L/K) durchgeführt (Schritt 61). In der Ausführungsform
wird entschieden, ob das Ergebnis größer ist als 1,2. Das heißt, es wird
entschieden, ob (Schritt 62) die Differenz zwischen K und L 20 % oder mehr beträgt. Ist
der Wert kleiner als 1,2 (d.h., es wird entschieden, daß keines der Magnetrone
fehlerhaft ist, der Wert sich in einem Bereich befindet, der innerhalb normaler
Toleranzen für die Teile liegt, also keine fehlerhafte Funktion vorliegt), dann kehrt
das Programm an den Anfang zurück, um wieder die Eingangsspannung zu
beurteilen. Ist K größer als L und ist die Differenz zwischen K und L anormal und höher
als 20 %, dann wird der um mehr als 20 % höhere Wert mit einem Wert verglichen
(Schritt 63), wie er auf der Basis eines vorbestimmten Wertes K im normalen
Zustand vorhanden ist, um zu entscheiden, ob der Wert positiv ist oder negativ
(Schritt 64). Ist der Wert positiv, dann ist der Strom K anormal hoch, d.h. 1,2 mal
so groß wie der Wert L und außerdem größer als der Nennstrom von K. Im
Sekundärstrom des Hochspannungstransformators 18 wird eine Zahl N&sub2; gemessen, um
zu festzustellen, ob der Hochspannungskondensator 19 kurzgeschlossen wurde.
Wurde dies über fünf oder mehr Zeiteinheiten durchgeführt, wird der Ausgang zum
intermittierenden Relais 46 abgetrennt, der Kontakt des intermittierenden Relais 46
wird geöffnet und trennt nur den anormalen Stromfluß im
Hochspannungstransform ator 18 ab. An der fluoreszierenden Anzeigeröhre 23 (Schritt 65) wird mit FO3
in kodierter Form der anormale Zustand visuell dargestellt.
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Ist der Wert negativ, dann ist der Wert L gegenüber dem Normalzustand unnormal
niedrig. Im Sekundärkreis des Hochspannungstransformators 18' wird entschieden,
daß der Kurzschluß der Hochspannungsdiode 20', das Magnetron 9' usw. oder der
Abschnitt des Sekundärkreises geöffnet wurde. Wird die Nummer N&sub1; über fünf
oder mehr Zeiteinheiten fortgesetzt, wird das intermittierende Relais 47 abgetrennt,
um den zum Hochspannungstransformator 18' fließenden Strom abzuschalten. Die
fluoreszierende Anzeigeröhre 23' zeigt FO4 an (Schritt 66). Ist das dritte oder vierte
intermittierende Relais 46 bzw. 47 abgetrennt, bleibt das gespeicherte Programm
im Relais erhalten, bis die Stromzufuhr abgeschaltet ist.
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Ist L größer als K und die Differenz beträgt mehr als 20 %, dann wird der um 20 %
höhere Wert von dem gegenwärtigen L auf einen Wert reduziert, wie er im
Normalzustand des vorbestimmten L herrscht, um zu beurteilen, ob der Wert positiv oder
negativ ist (Schritt 67). Handelt es sich um einen positiven Wert, wird
angenommen, daß der Strom von L anormal ist. Im Sekundärkreis des
Hochspannungstransformators 18' wird entschieden, daß der Hochspannungskondensator 19 usw.
kurzgeschlossen ist, um die Zahl N&sub3; zu messen. Wiederholt sich dieser Zustand
über fünf oder mehr Zeiteinheiten, wird das intermittierende Relais 47 abgetrennt,
um nur die Zufuhr an den Hochspannungstransformator 18' abzuschalten. Die
fluoreszierende Anzeigeröhre 23 zeigt FO2 an, um den Benutzer auf den anormalen
Zustand hinzuweisen (Schritt 68). Wird der Wert negativ, dann ist der K-Wert
niedriger als er im Normalzustand sein sollte. Es wird entschieden, daß die
Hochspannungsdiode 20 und das Magnetron 9 im Sekundärkreis des
Hochspannungstransformators 18 kurzgeschlossen wurden oder ein Abschnitt des Sekundärkreises
geöffnet wurde. Die Zahl N&sub4; wird gezählt. Hält dieser Zustand fünf Zeiteinheiten
oder länger an, wird das dritte intermittierende Relais 46 abgetrennt, um nur die
Zufuhr an den Hochspannungstransformator 18 abzuschalten. Die fluoreszierende
Anzeigeröhre 23 zeigt FO1 an. Die Messung wird jede 0,1 Sekunde durchgeführt.
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Die obige Beschreibung bezieht sich auf zwei Magnetron. Werden mehr
Magnetrons verwendet, dann sind eine geeignete Zahl von Stromdetektoren vorzusehen.
Die Differenz zwischen zweien wird bei der Berechnung von A - B, B - C, C ......
X - A aus den festgestellten Signalen A, B, C ...... X verwendet. Es wird
entschieden, ob die Differenzen höher sind als die Differenz, die bei Berücksichtigung der
Toleranzen auftreten dürfte. Wird ein Unterschied zwischen diesen Werten
festgestellt, wird die Schaltung, wo der Fehler aufgetreten ist, dadurch bestimmt, daß die
Größe gegenüber dem Wert des vorbestimmten Nennstroms wie in der oben
beschriebenen Ausführungsform festgestellt wird, um den Relaiskontakt nur der
Schaltung zu öffnen, in der der Fehler aufgetreten ist.
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Aus dieser Beschreibung geht hervor, daß nach der Anordnung der vorliegenden
Erfindung Informationen von den Spannungsdetektoren, den Stromdetektoren und
den Temperaturdetektoren mit der Information verglichen wird, die von dem
Hauptsteuerabschnitt eines Heizgerätes mit digitalem Steuerabschnitt vorgegeben
wird. Ein anormaler Zustand kann sofort erkannt, und durch einen Blick auf das
Anzeigemittel kann der Abschnitt, der diesen anormalen Zustand verursacht,
lokalisiert werden. Selbst wenn sich dieser anormale Zustand während des
Heizbetriebes ereignet, kann der Heizbetrieb automatisch beendet werden, so daß ein
besonders hoher Sicherheitsstandard erreicht wird. Da der nicht normal
funktionierende Abschnitt definiert ist, kann er ohne Zeitverlust repariert werden.
Bei einem Heizgerät mit einer Mehrzahl von Heizvorrichtungen können die nicht
fehlerhaften Vorrichtungen betätigt werden, auch wenn eine Heizvorrichtung
ausfällt. Ist ein Gerät für den Betrieb von zwei Hochfrequenz erzeugenden
Vorrichtungen (Magnetrone) ausgelegt, dann verlängert sich bei Verwendung nur eines
Magnetrons die Garzeit entsprechend. Das Gerät ist jedoch betriebsbereit, was eine
erhebliche Verbesserung darstellt.
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Die unter konstanten Bedingungen mit Hilfe der Detektormittel gemessene
Netzspannung wird im Speicherabschnitt gespeichert, um den Inhalt mit nachfolgenden
Werten der Netzspannung zu vergleichen, so daß der Fehler der Netzspannung-
Meßschaltung ausgeglichen wird und ein hochpräzises Detektor-Meßergebnis
gewährleistet ist. Bei Berücksichtigung der hohen Kosten für hochpräzise
Bauelemente ergibt sich damit eine beachtliche Kostenersparnis.