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Vorrichtung zur Festellung des Vorhandenseins
von Kochgefäßen der
gleichen auf Kochgeräten
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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Feststellung des Vorhandenseins von mindestens einem mindestens
teilweise aus Metall bestehenden Kochgefäß (Pfanne, Topf, Kasserole
usw.), das auf einer vorzugsweise elektrischen Heizquelle eines Kochgeräts (Heizplatte,
Kochfeld, Kocher usw.) angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs
1.
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Die DE-A-197 00 753 offenbart eine
Vorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins von Kochgefäßen auf
einem Kochfeld, wobei diese Vorrichtung zwei Messspulen aufweist.
Eine erste Spule ist mit einem Wechselspannungsgenerator verbunden, während die
zweite Spule an eine Auswerteeinheit angeschlossen ist. Die US-A-
3,820, 005 offenbart einen Inverter zum Betrieb einer induktiven
Heizspule, wobei im Inverter ein spannungsgesteuerter Oszillator
verwendet wird.
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Die EP-A1-05 534 425 beschreibt ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins
eines Kochgefäßes, das
auf einem Glaskeramikkochfeld über
einer üblichen
Heizquelle, beispielsweise einer elektrischen Heizquelle, angeordnet
ist. Zwischen dieser Quelle und der Glaskeramikoberfläche ist
ein Drahtwiderstand in Form eines offenen Rings angeordnet.
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Nach dem Aufstellen des Kochgefäßes findet
eine Änderung
der Kennwerte des Drahtwiderstands und damit des den Widerstand
durchfließenden,
elektrischen Signals statt.
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Die bekannte Vorrichtung hat sich
nicht als genügend
zuverlässig
deshalb erwiesen, weil unter bestimmten Betriebsbedingungen Falschsignale
auftreten, die eine falsche Anzeige des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins
des Kochgefäßes ergeben.
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Die Hauptaufgabe dieser Erfindung
besteht darin, eine Vorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins
von Kochgefäßen zu schaffen,
die auf verschiedenen Konzep ten beruht und die neben der Zuverlässigkeit
auch den Vorteil einer Kostenersparnis hat.
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Diese Aufgabe und weitere Aufgaben
dieser Erfindung gehen klarer aus der folgenden, ausführlichen
Beschreibung hervor und werden mit einer Feststellvorrichtung gemäß den Merkmalen
der beigefügten
Ansprüche
gelöst.
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Die Erfindung geht klarer aus der
folgenden, ausführlichen
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der beigefügten
Zeichnungen hervor. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung,
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Heizquelle in Form eines elektrischen
Widerstandselements und der zugehörigen Spulenwindung zur Feststellung
des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Kochgefäßes,
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3 ein
Schaubild zur Darstellung der Änderung
des Verhältnisses
Vu/Vi (Vu = Ausgangsspannung und Vi = Eingangsspannung) des Tiefpassfilters
in Abhängigkeit
von der Frequenz, wobei das Kochgefäß auf der Heizquelle einmal
vorhanden und das andere Mal nicht vorhanden ist, und
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4 eine
elektrische Schaltungsanordnung der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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In den Figuren weist das Glaskeramikkochfeld 1 eine übliche Glaskeramikplatte 2 auf,
auf der ein Kochgefäß P (beispielsweise
ein Metalltopfl aufgestellt ist.
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Der Topf P steht auf einem Kochbereich 3, der
eine elektrische Heizquelle aufweist, die beispielsweise aus einem üblichen
Heizelement 4 (oder einem anderen gleichwertigen Heizelement)
besteht. Wie aus 2 hervorgeht,
ist das Element 4 in ei nem Behälter 5 aus beispielsweise
Isoliermaterial, Glasfaser oder dergleichen angeordnet, der nach
oben in Richtung auf die untere Fläche der Glaskeramikplatte offen
ist, mit der dieser Behälter
in Kontakt steht. Der Behälter 5 hat
eine Umfangswand 6, die eine im Wesentlichen ringförmige Nut
aufweist, in der eine Spulenwindung 7 eingelegt ist, wobei
die Enden des Heizelements 4 in Anschlüssen 8 enden.
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Das Heizelement 4 ist über seine
Anschlüsse 8 mit
einer Steuerschaltung 9 verbunden, an die die Spulenwindung 7 ebenfalls
angeschlossen ist.
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Die Steuerschaltung 9 weist
in dem die Erfindung betreffenden Feststellteil einen spannungsgesteuerten
Oszillator VCO auf, der ein Rechteckwellensignal mit einer Frequenz
von beispielsweise 1 MHz erzeugt. Das Rechteckwellensignal wird
dem Eingang eines Tiefpassfilters UR zugeführt, dessen Induktanz L1 durch
die Windung 7 und einen Impedanzadapter X gebildet wird.
Aber im Grenzfall kann die Windung auch allein verwendet werden,
wenn ein geeigneter Oszillator VCO benutzt wird. Das Filterausgangssignal,
das sich abhängig
davon unterscheidet, ob der Topf P auf der Heizquelle (Widerstandselement 4)
vorhanden oder nicht vorhanden ist, wird einem Spitzengleichrichter
DS1 zugeführt, der
das das Filter verlassende Signal in ein stetiges Signal umwandelt,
das den höchstmöglichen,
zu erreichenden, effektiven Wert ermöglicht. Das den Spitzengleichrichter
DS1 verlassende Signal wird dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers LM
(der über
einen Widerstand R19 rückgekoppelt ist)
zugeführt,
während
dem nichtinvertierenden Eingang dieses Operationsverstärkers das
nicht gefilterte Rechteckwellensignal zugeleitet wird, das durch einen
Spitzengleichrichter DS2, der wie der Spitzengleichtichter DS1 ausgebildet
ist, in ein stetiges Signal umgewandelt wird.
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Der Verstärker arbeitet so, dass sein
Ausgangssignal sich dahingehend unterscheidet, ob das Vorhandensein
des Topfs P oder dessen Nichtvorhandensein mittels der Windung 7 festgestellt
wird.
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Wenn der Topf nicht vorhanden ist,
kann das den Operationsverstärker
LM verlassende Signal durch die restliche elektronische Schaltung 9 in
solcher Weise verwen det werden, dass dem Widerstandsheizelement 4 nicht
das Aufheizen erlaubt wird, wenn der Benutzer das Widerstandsheizeiement 4 durch
Betätigen
eines üblichen
Knopfs einzuschalten wünscht.
Das Wderstandsheizelement 4 wird jedoch dann eingeschaltet,
wenn nach dem Aufstellen des Topfs P auf den richtigen Bereich des Kochfelds
das den Operationsverstärker
LM verlassende Signal den Betrieb des Widerstandsheizelements ermöglicht.
Das Abnehmen des Topfs führt
zu einer automatischen Abschaltung des Widerstandsheizelements.
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Wie erkennbar ist, gründet sich
die Erfindung auf der Änderung
der Grenzfrequenz eines Tiefpassfillters UR aufgrund der Änderung
des Werts L, der auftritt, wenn der Topf P auf der Glaskeramikoberfläche aufgestellt
ist oder wenn er von der Glaskeramikoberfläche weggenommen ist.
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In 3 zeigt
die Horizontalachse die Frequenz und die Vertikalachse das Verhältnis VuVi (Ausgangsspannung
= Vu, Eingangsspannung = Vi des L/R-Filters), d. h. die Änderung,
an; wenn der Topf nicht vorhanden ist, hat die Grenzfrequenz den Wert
ft, während
die Grenzfrequenz den höheren Wert
tp hat, wenn der Topf vorhanden ist.
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Bei der Oszillatorfrequenz fvco tritt
beim Nichtvorhandensein des Topfs für dasselbe V ein Wert Vu auf,
der wesentlich niedriger als der beim Vorhandensein des Topfs auftretender
Wert Vu ist, und damit tritt eine Differenz Δ auf, die zum Erreichen des
Steuersignals, beispielsweise zum Erreichen der vorgenannten Steuerung
des Einschaltens des Widerstandsheizelements oder eines anderen,
gleichwertigen Heizwiderstands, verwendet wird.
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Wie bereits erwähnt wurde, wird die Windung 7 gemäß der Erfindung
mit einem Rechteckwellensignal mit der Frequenz von beispielsweise
1 MHz durch einen spannungsgesteuerten Oszillator VCO gespeist.
Dieses Rechteckwellensignal erlaubt aufgrund des hohen Anteils an
Harmonischen der bestimmten Wellenform eine Maximierung der Änderung
des Filterausgangssignals Vu, wenn der Topf auf der Platte aufgestellt
ist. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Rechteckwelfenoszillator
leicht gebildet werden kann, indem wenige einfache Bauteile venniendet
werden, wie aus 4 und
der folgenden analytischen Beschreibung hervorgeht.
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Mit der Verwendung der Spitzengleichrichter (DS1
und DS2), von denen der eine am Ausgang des VR-Filters angeschlossen
ist und der andere im Vergleichszweig zum nichtinvertierenden Eingang
des Verstärkers
LM liegt, kann ein Signal gewonnen werden, das den höchstmöglichen,
wirksamen Wert aufweist und der damit sehr leicht verwertbar ist.
Mit der Verwendung eines spannungsgesteuerten Oszillators kann die
Grenzfrequenz des UR-Filters automatisch gefunden werden, und damit
kann die Schaltung an die Variablen angepasst werden, die durch die
verschiedenen Sensorbauteile eingeführt werden (Spulenwindung,
Impedanzadapter usw.), die sich von Schaltung zu Schaltung ändern. Der
Impedanzadapter X ermöglicht
es, eine sehr niedrige Induktanz der Spulenwindung zu verwenden.
Bei dem hier genannten Beispiel bedeutet die sehr niedrige Induktanz
der Spulenwicklung, dass die Frequenz des Oszillators VCO größer als
1 MHz sein sollte.
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Doch mit diesem Adapter ist der Wert
L, der von der Schaltung aus gesehen" wird, L', der unmittelbar proportional zu N2 ist (N ist das Verhältnis der Primärwindung
zur Sekundärwindung,
d. h. n1/n2. Wenn
N gieich 40/1 ist, ist N2 = 1600, womit
L'= 1600L ist. Dadurch
wird die Grenzfrequenz entsprechend vermindert, die bei einem L/R-Filter durch ft'= R/(2NL') gegeben ist.).
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Ferner kann ein einzelner Oszillator
VCO eine große
Anzahl von Sensorwindungen 7 (d. h. eine große Anzahl
von Widerstandsheizelementen) dadurch versorgen, dass das Signal
ein und desselben Oszillators VCO den verschiedenen Filtern ein und
desselben Kochfelds selektiv zugeführt wird, wobei die verschiedenen
Sensoren multiplex betrieben werden. Dadurch können wesentliche technische Vorteile
erzielt werden, die aus der Tatsache abgeleitet sind, dass nur bei
einem Oszillator Bauteiltoleranzen zu berücksichtigen sind. Dadurch werden
ferner Kostenvorteile erzielt, die durch die Verminderung der Anzahl
der Bauteile begründet
sind.
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Die Verwendung eines spannungsgesteuerten
Oszillators bedeutet auch, dass dessen Frequenz dadurch geändert werden
kann, dass die feste Spannungsquelle (mit V1 in 4 bezeichnet) durch eine veränderliche
Spannungsquelle ersetzt wird, wobei beispielsweise eine Puisbreitenmodulationsquelle PWM
verwendet wird, um die Grenzfrequenz an die besonderen Bauteile
der Schaltung anzupassen.
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Im Einzelnen weist die 4 eine Gleichstromleistungsquelle,
die durch eine Batterie V4 dargestellt ist, den durch die Quelle
V1 spannungsgesteuerten Oszillator VCO, einen ersten Schaltungszweig
mit der Spulenwindung 7 des Tiefpassfilters L/R, den Spitzengleichrichter
DS1, und den rückgekoppelten
Verstärker
LM auf, dessen invertierender Eingang mit dem genannten ersten Schaltungszweig und
dessen nichtinvertierender Eingang mit einem zweiten Schaltungszweig
verbunden ist, der an den Ausgang des Oszillators VCO angeschlossen
ist.
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Der Oszillator VCO (von üblicher
Art) weist zwei gleiche Transistoren Q5 und Q6 auf, die zwischen
der Batterie V4 und Erde über
Widerstände R10
und R11 (nicht notwendigerweise gleich) liegen. Die Basen der Transistoren
sind über
gleiche Widerstände
R8, R9 an die Quelle V1 angeschlossen, und der Kollektor des einen
Transistors ist mit der Basis des anderen Transistors jeweils über einen
Kondensator C8 bzw. C9 (nicht notwendigerwreise gleich) verbunden.
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Das UR-Filter weist eine Induktanz
L1 und den Widerstand R1 auf.
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Der Spitzengleichrichter DS1 weist
Dioden D1, D2 einen Widerstand R2 und einen Kondensator C2 auf,
während
der Spitzengleichrichter DS2 aus Dioden D3, D4 , einem Widerstand
R16 und einem Kondensator C12 zusammengesetzt ist.
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Die anderen, nicht besonders beschriebenen Bauteile
(Widerstände
R und Kondensatoren C) sind für
die Zwecke der Schaltungsbemessung, Filterung, des Schutzes und
der Signalpegeloptimierung vorgesehen.