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Diese
Erfindung betrifft schnurlose Elektrogeräte und speziell, aber nicht
ausschließlich, schnurlose
Heizbehälter
für Flüssigkeiten.
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Die
Benutzung eines schnurlosen elektrischen Verbinders in Haushaltsgeräten wie
Wasserkessel, Kaffeemaschinen und Bügeleisen, der deren Heizelement
mit Energie versorgt und die Vorteile, die dies bringt, sind heutzutage
wohlbekannt. Vor kurzem wurde der 360° schnurlose Verbinder eingeführt, für den in
WO 95/08204 ein Beispiel
offenbart ist. Solche Verbinder haben im Markt rasch Popularität gewonnen.
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Während im
Gebiet der Flüssigkeitsheizbehälter kürzlich viele
Innovationen eingeführt
worden sind, speziell im Zusammenhang mit der Einführung von
Dickfilm-Heizeinrichtungen,
ist die Funktionsweise des schnurlosen Verbindersystems die gleiche
geblieben. Die schnurlose Basis versorgt den Behälter mit elektrischer Energie,
während
eine Steuerung/Regelung im Behälter
die Energieversorgung des Heizelements steuert/regelt.
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DE 89 15 662 U offenbart
einen Behälter,
der ein schnurloses Behälterteil
und ein Basisteil umfasst, das das Behälterteil mit Energie versorgt.
Ein Temperatur regulierender Knopf ist am Basisteil vorgesehen,
um den Betrieb des Heizelements im Behälterteil zu steuern/regeln.
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Die
Steuerung/Regelung im Behälter
war bis heute auf thermisch reagierende, mechanische Aktoren, wie
Bimetall-Aktoren und thermische Sicherungen, angewiesen, um im Falle
der Überhitzung
des Heizelements dessen Energieversorgung zu unterbrechen. Vor kurzem
wurde jedoch der Russell Hobbs Millenium M2 Wasserkocher eingeführt, in dem
die traditionelle vollmechanische Steuerung/Regelung im Behälter durch
eine im Wesentlichen elektronische ersetzt wurde. Diese Steuerung/Regelung benötigt eigene
Energie, um zu arbeiten und deswegen muss die Energieversorgung
des Behälters
neben dem Heizelement auch die elektronische Steuerung/Regelung
mit Energie versorgen.
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Eine
elektronischen Steuerung/Regelung vorzusehen, hat den Vorteil, dass
sie größere Flexibilität und die
Gelegenheit bietet, zusätzlicher
Funktionen, wie das Erhitzen bis zu einer bestimmten Temperatur,
eine elektronische Anzeige, mannigfaltige Heizprogramme usw. vorzusehen.
Jedoch wurde vom Antragsteller erkannt, dass solche Anordnungen den
signifikanten Nachteil haben, dass, wenn der Behälter von seiner Basis genommen
wird, die Energieversorgung für
die Elektronik im Behälter
verloren geht. Dies führt
zum Beispiel nicht nur dazu, dass die elektronische Anzeige deaktiviert
wird und der Benutzer daran gehindert wird, die elektronische Steuerung
zu bedienen, sondern auch dazu, falls die Energieversorgung längere Zeit
unterbrochen ist, dass die Steuereinheit jede bereits gespeicherte
Einstellung verliert, was bedeutet, dass sie erneut programmiert werden
muss, wenn der Wunsch besteht, eine bestimmte Anwendung zu wiederholen – es sei
denn, dass teure, die Speicherung erhaltende Bausteine benutzt werden.
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Eine
theoretische Lösung
für dieses
Problem würde
sein, eine Pufferbatterie für
die Steuerung/Regelung im Behälter
vorzusehen. Aus verschiedenen Gründen
ist dies jedoch eine unattraktive Lösung – die Batterien würden wertvollen
Raum einnehmen, zusätzliches
Gewicht hinzufügen
und müssten
von einem Benutzer ausgetauscht werden, wenn sie entladen sind.
Viel wichtiger ist, dass sie die Kosten erheblich erhöhen würden, da
es notwendig wäre,
einen geeigneten Aufnahmebehälter,
Anschlüsse
usw. vorzusehen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Heizbehälter für Flüssigkeiten nach Anspruch 1
bereit. Die Erfindung ist gegenüber
DE 89 15 662 U durch das
Kennzeichen von Anspruch 1 gekennzeichnet.
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Es
wird sich zeigen, dass in Übereinstimmung
mit der Erfindung eine elektronische Steuerung/Regelung für ein Gerät, das eine
elektrische Heizeinrichtung enthält,
im Basisteil vorgesehen ist, während
das Mittel zur Leistungsregulierung im Behälterteil vorgesehen ist. Dies
kann vorteilhaft sein, wenn das Mittel zur Leistungsregulierung
Wärme abgeben
muss, da es leichter sein kann, einen Kühlkörper im Basisteil vorzusehen.
In einer speziellen Ausführungsform
umfasst das Gerät
einen Heizbehälter für Flüssigkeiten
und die elektrische Heizeinrichtung ist eine Dickfilm-Heizeinrichtung,
an der das Mittel zur Leistungsregulierung, vorzugsweise ein Triac,
in gutem thermischen Kontakt angebracht ist und so der Heizeinrichtung
erlaubt, als Kühlkörper für den Triac zu
dienen.
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Ein
Mittel zur Temperaturmessung kann im Geräteteil vorgesehen sein. Die
Erfindung hat den Vorteil, dass die Steuerung/Regelung mit elektrischer Energie
versorgt werden kann, unabhängig
davon, ob das Gerät
mit der Basis verbunden ist oder nicht, und falls nicht, für wie lang.
So können
beispielsweise komplizierte Heizprogramme benutzt werden, ohne den
abschreckenden Umstand, dass jedes Mal neu programmiert werden muss,
wenn das Gerät
benutzt wird. Gleichzeitig können
die Mittel zur Temperaturmessung jedoch von der Steuerung/Regelung getrennt
sein. Dies erlaubt es, die Mittel zur Temperaturmessung an einer
optimalen Position für
den vorgesehenen Zweck zu setzen, beispielsweise in enger Nachbarschaft
zur elektrischen Heizeinrichtung, um so frühzeitig das Überhitzen
der Heizeinrichtung messen zu können.
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Der
hier benutzte Begriff „elektronische
Steuer/Regelmittel" versteht
sich so, dass er sich auf den Teil des Systems bezieht, der Daten
verarbeitet, die sich auf den Zustand der relevanten Eigenschaften des
Mittels zur Temperaturmessung beziehen, und der als Ergebnis ein
Steuer/Regelsignal erzeugt. Er braucht deshalb nicht irgendwelche
Mittel zur Leistungsregulierung enthalten, die eigentlich die Steuerung/Regelung
des Heizelements übernehmen,
wie beispielsweise ein Relais oder vorzugsweise einen Triac.
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Ein
weiteres Problem mit der herkömmlichen Anordnungsweise,
die elektronischen Steuer/Regelmittel im Geräteteil vorzusehen, besteht
darin, dass im Geräteteil
nur begrenzt Raum zur Verfügung
steht, um die zugehörigen
Steuer/Benutzerschnittstellenmittel, wie Anzeigen, Schalter und
so weiter, aufzunehmen. In Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Steuer/Benutzerschnittstellenmittel auch
im Basisteil vorgesehen, wo mehr Raum besteht, um solche Mittel
aufzunehmen.
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Damit
kann eine Benutzerschnittstelle am Basisteil enthalten sein. Beispielsweise
kann die Schnittstelle eine Anzahl Schaltknöpfe umfassen, mit denen die
Betriebsmodi des Behälters
geändert
werden können – beispielsweise
vom Sieden zum Erwärmen
auf eine bestimmte Temperatur. Eine Anzeige kann Informationen über den
Betriebsmodus und Informationen über
den Heizprozess geben, beispielsweise die Temperatur, die Zeit bis
die Flüssigkeit
im Behälter
siedet und die Menge der Flüssigkeit
im Behälter.
Nach einem weiteren allgemeinen Aspekt, stellt die Erfindung einen
schnurlosen Heizbehälter für Flüssigkeiten
bereit, der eine Benutzerschnittstelle umfasst, die im Basisteil
vorgesehen ist.
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Die
Erfindung zeigt sich als besonders gewinnbringend, wenn sie auf
Heizbehälter
für Flüssigkeiten
angewendet wird, da diese traditionell mit wenig Funktionalität über das
Kochen von Wasser hinaus ausgestattet sind und damit großes Potential
haben, von der Funktionalität
elektronischer Steuer/Regelmittel zu profitieren.
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Das
Mittel zur Temperaturmessung kann einfach so konfiguriert und angeordnet
werden, dass ein Wechsel in seiner Eigenschaft stattfindet, die
auf eine vorgegebene Temperatur hinweist, wie eine Temperatur, die
auf das Sieden der Flüssigkeit
im Behälter hinweist.
Vorzugsweise ist es aber in der Lage, Wechsel seiner Eigenschaft
zu vollziehen, die zu einem Temperaturbereich korrespondieren, damit
beispielsweise die Temperatur der Flüssigkeit kontinuierlich angezeigt
werden kann, während
sich die Flüssigkeit
erhitzt.
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Alle
Messmittel, deren z. B. elektrische Eigenschaften sich signifikant
durch Temperaturwechsel andern, können als Mittel zur Temperaturmessung
verwendet werden – z.
B. ein Thermoelement, dessen relevante Eigenschaft die sich entwickelnde Spannung
ist. In anderen möglichen
Ausführungsformen
kann die Kapazität
eines Messmittels dazu benutzt werden, um die Temperatur zu ermitteln.
Vorzugsweise umfasst das Mittel zur Temperaturmessung jedoch einen
Thermistor und damit ist die temperaturabhängige Eigenschaft des Messmittels
dessen elektrischer Widerstand. Am vorteilhaftesten ist es, wenn
der Thermistor einen negativen Temperaturkoeffizient bezüglich des
Widerstands besitzt.
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Die
Art des Messmittels und dessen optimale Position werden beispielsweise
auch vom Typ der Heizeinrichtung abhängen. Vorzugsweise umfasst die
Heizeinrichtung eine Dickfilm-Heizeinrichtung und
in diesem Fall kann das Messmittel eine oder mehrere Sensorspuren
umfassen, die auf die Heizeinrichtung gedruckt sind, wie in
GB-A-2269980 beschrieben.
Alternativ dazu kann das Messmittel einen oder mehr separate Thermistoren
umfassen, die geeignet auf dem Heizelement angeordnet sind, wie beispielsweise
in
WO 99/12393 gezeigt.
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Im
Fall eines Heizbehälters
für Flüssigkeiten kann
die vom Messmittel gemessene Temperatur beispielsweise auch die
Temperatur der Flüssigkeit im
Behälter
sein. Dies kann direkt durch Messung der Temperatur der Flüssigkeit
bewerkstelligt werden, oder indirekt. Im zweiten Fall kann die Temperatur der
Heizeinrichtung selbst gemessen werden, welche die Temperatur der
Flüssigkeit
im Behälter
wiedergibt. Die zweite Option ist vorteilhaft, da es auf jeden Fall
wünschenswert
ist, die Temperatur der Heizeinrichtung zu messen, beispielsweise
um, wie oben beschrieben, deren Überhitzung
zu messen. Deswegen misst in manchen Ausführungsformen das Messmittel
die Temperatur der Heizeinrichtung. Dies erlaubt es einem einzigen
Sensor effektiv, die Temperatur der Flüssigkeit zu messen, wenn sie
vorhanden ist, und die Temperatur der Heizeinrichtung, wenn keine
Flüssigkeit
vorhanden ist.
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Wie
oben angeführt,
kann ein einziger Sensor eingesetzt werden. Im Fall eines Heizbehälters für Flüssigkeiten
beispielsweise kann der Sensor entweder dazu eingesetzt werden,
um die Temperatur der Flüssigkeit
im Normalbetrieb zu messen, oder um die Temperatur der Heizeinrichtung
zu messen, sollte der Behälter
ohne enthaltener Flüssigkeit
in Betrieb genommen werden; oder er kann z. B. nur die Temperatur
der Flüssigkeit
messen, wobei andere Mittel vorgesehen sind, um das Element vor
dem Überhitzen
zu schützen.
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Vorzugsweise
sind jedoch zwei oder mehr Sensoren vorgesehen. Auf die oben gegebenen
Beispiele angewandt, kann einer dieser Sensoren dazu benutzt werden,
um die Temperatur der Flüssigkeit zu überwachen,
wenngleich eventuell mittels der Temperatur der Heizeinrichtung,
und ein anderer kann dafür
benutzt werden, das Überhitzen
der Heizeinrichtung zu überwachen,
z. B. als Resultat ihres Betriebs, ohne dass sich Flüssigkeit
im Behälter
befindet. So eine Anordnung ist vorteilhaft, da sie erlaubt, jeden
Sensor für
seine spezielle Aufgabe zu optimieren.
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Spezieller
ist in einer Dickfilm-Heizeinrichtung vorzugsweise ein Sensor in
der Nähe
einer Dickfilmheizspur positioniert, um deren Temperatur zu überwachen,
während
ein zweiter Sensor weiter entfernt von der Spur positioniert ist,
um hauptsächlich
die Temperatur des Heizeinrichtungssubstrats zu messen. Es hat sich
erwiesen, dass solch eine Anordnung effektiver in der Lage ist,
durch hauptsächliche
Nutzung des zweiten Sensors, die Temperatur der Flüssigkeit
zu messen, die im Normalbetrieb durch die Heizeinrichtung erhitzt
wird, und auch zu erkennen, wenn die Heizeinrichtung in Betrieb
genommen wurde, ohne dass sie in Kontakt mit einer Flüssigkeit
steht, hauptsächlich
durch den ersten Sensor. Die Positionierung jedes Sensors kann relativ
leicht optimiert werden. Im Gegensatz dazu hat sich erwiesen, dass
es extrem schwer ist, einen einzigen Sensor optimal zu platzieren.
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In
solchen Anordnungen können
die zwei Temperatursensoren exakt gleich sein. Vorzugsweise sind
sie jedoch verschieden. Wenn die beiden Sensoren – wie bevorzugt – Thermistoren
sind, umfassen sie bevorzugt das gleiche Material, weisen aber unterschiedlichen
nominalen Widerstand bei Raumtemperatur auf.
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Das
Temperaturmessmittel ist vorzugsweise am Substrat einer Dickfilm-Heizeinrichtung
angebracht. Äußerst vorteilhaft
ist es, wenn die elektrisch leitende Verbindung an einem Ende des
Temperaturmessmittels so angeordnet ist, dass sie sich zumindest
teilweise mit der elektrisch leitenden Verbindung am anderen Ende
des Temperaturmessmittels überlappt,
mit einer dazwischen liegenden, elektrisch isolierenden Schicht.
Dies ist vorteilhaft, da diese Anordnung eine effektive Kapazität vorsieht,
die mit dem Temperaturmessmittel elektrisch parallel geschaltet ist,
und die helfen kann, Hochfrequenzrauschen auszufiltern.
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Viele
unterschiedliche Wege, um die gemessene relevante Eigenschaft des
Temperaturmessmittels an die Steuer/Regelmittel im Basisteil zu übermitteln,
können
ins Auge gefasst werden. Beispielsweise kann eine Infrarot-, Ultraschall-,
Niedrigenergie-Radiowelle
oder eine magnetische Verbindung benutzt werden.
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Vorzugsweise
jedoch umfasst das Mittel zum Übermitteln
der relevante Eigenschaft zu den Steuer/Regelmittel im Basisteil,
eine physische elektrische Verbindung. So eine Verbindung kann an
einer komplett anderen Stelle als die der elektrischen Energieversorgung
der Heizeinrichtung vorgesehen sein. Vorteilhafter ist es jedoch,
wenn die Sensorverbindung in den schnurlosen elektrischen Verbinder integriert
ist, der Energie zur Heizeinrichtung überträgt. Dies erlaubt es, alle elektrischen
Verbindungen zwischen Basis und Gerät an einer einzigen Stelle zusammen
zu bringen, was die Konstruktion beträchtlich vereinfacht. Auf diese
Weise können
die entsprechenden Teile des schnurlosen elektrischen Verbinders
beispielsweise mit einem oder mehr zusätzlichen Anschlüssen versehen
sein. Wo also vorher drei separate elektrische Verbindungen vorgesehen
waren – für die Phase,
den Neutralleiter und die Erde kompatibel mit dem europäischen Energieversorgungsnetz,
kann nun eine vierte Verbindung vorgesehen sein, um das Signal des
Temperatursensors zu übertragen.
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Die
relevante Eigenschaft des Temperaturmessmittels kann als eine Spannung
gemessen werden, relativ zu einem der Anschlüsse, die zur elektrischen Energieversorgung
vorgesehen sind – d.
h. zum Anschluss der Erde, des Neutralleiters oder der Phase. Die
Anschlüsse
der Phase oder des Neutralleiters sollten dafür vorgezogen werden, da dies
bedeutet, dass das elektrische Potential des Sensoranschlusses relativ
nahe am Potential des Anschlusses der Phase beziehungsweise des
Neutralleiters sein kann. Damit ist es möglich, die physische Isolation,
d. h. den Abstand des Sensoranschlusses vom entsprechenden Netzanschluss,
zu reduzieren, verglichen mit der nötigen Isolation zwischen beispielsweise
den Anschlüssen
der Phase und dem Neutralleiter, was somit eine Größenreduktion
des Verbinders ermöglicht.
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Alternativ
dazu kann noch ein weiterer Anschluss vorgesehen sein, so dass zwei
nicht zur Energieversorgung gehörige
Anschlüsse
dafür benutzt werden
können,
die gemessene relevante Eigenschaft zum Basisteil zu übermitteln.
Damit sind in einer bevorzugten Ausführungsform mindestens fünf Anschlüsse im schnurlosen
Verbinder vorgesehen. Sogar in dieser Ausführungsform kann das elektrische
Gerät so
ausgeführt
sein, dass das Potential der beiden Sensoranschlüsse nahe am Potential eines der
Netzanschlüsse
liegt.
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Natürlich können unabhängig davon,
ob ein oder zwei Anschlüsse
zur Übertragung
der Eigenschaft der Temperaturmessmittel vorgesehen sind, weitere
Anschlüsse
für andere
Zwecke vorgesehen sein.
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Der
oder die zusätzlichen
Anschlüsse
können
in einem Verbinder von „traditionellem" Stil vorgesehen
sein, in dem die Anschlüsse
in einer Reihe vorgesehen sind. Vorzugsweise aber sind die Anschlüsse in einem
schnurlosen Verbinder vorgesehen, von jenem Typ, der es erlaubt,
das Behälterteil auf
das Basisteil zu stellen, ungeachtet von deren relativen Winkelorientierung,
d. h. ein so genannter 360°-Verbinder.
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Viele
verschiedene Konstruktionen schnurloser 360°-Verbinder, die mindestens vier
Anschlüsse enthalten,
sind im Einklang mit der Erfindung möglich. In bevorzugten Ausführungsformen
jedoch umfasst der eine Teil des Verbinders (der entweder auf dem Geräteteil oder
auf dem Basisteil vorgesehen ist, aber der vorzugsweise im Basisteil
vorgesehen ist), eine Mehrzahl konzentrischer Kanäle, die
den korrespondierenden Anschluss des anderen Verbinderteils aufnehmen.
Diese Anschlüsse
sind vorzugsweise ringförmig.
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Ein
potentielles Problem mit einem Verbinder, in dem eine Anzahl ringförmiger Anschlüsse aus einem
Verbinderteil in korrespondierende Kanäle des anderen Verbinderteils
eingreifen sollen, ist, dass es schwierig sein kann, die beiden
Verbinderteile ineinander in Eingriff zu bringen. Speziell hat der
Anmelder erkannt, dass je größer die
Anzahl der Leiter ist, die mit ihren entsprechenden Kanälen ausgerichtet werden
müssen,
der Winkelbereich, in dem eingeführt
werden kann, reduziert ist.
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Der
Anmelder hat erkannt, dass dieses Problem abgeschwächt werden
kann, wenn mindestens ein Wandungsteil, der teilweise eine Mündung oder einen
Kanal im Verbinder definiert, in Einsteckrichtung des korrespondierenden
Anschlusses in der Breite abnimmt, um so den maximalen Winkel zu
erhöhen,
mit dem der Leiter in die Öffnung
oder den Kanal eingeführt
werden kann.
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So
ein den Einsteckwinkel weniger kritisch machendes Profil erlaubt
es, einen leitenden Ring oder Pin eines zugehörigen Verbinderteils leichter
in die Kanäle
einzuführen,
die zwischen entsprechenden Wandungsteilen definiert sind. Gleichzeitig
wird zur Sicherheit jedoch eine enge Öffnung am Einlass beibehalten
(um zu verhindern, dass Finger oder fremde metallische Objekte mit
unter Spannung stehenden Teilen in Berührung kommen), ohne Notwendigkeit,
einen teuren, unzuverlässigen
Verschluss vorzusehen.
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Vorzugsweise
verjüngt
sich das Wandungsprofil zumindest teilweise, um so ein gleichmäßiges Einführen des
Leiters innerhalb eines größeren Winkel
weg von der Normalen zu ermöglichen.
Das Profil kann derart sein, dass die Breite der Wandung gleichmäßig von
der Oberfläche
des Verbinderteils in den Verbinder hinein abnimmt. Noch mehr vorzuziehen ist
es jedoch, wenn die Wandung eine sich seitwärts erstreckende Lippe am distalen
Ende umfasst.
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Der
360°-Verbinder
ist vorzugsweise in seinem Gesamtprofil gewölbt. Dies ist vorteilhaft,
da es hilft, die Situation zu vermeiden, die mit bekannten Verbindern
auftreten kann, in der ein Leiter des Verbinderteils am Behälter zuerst
mit der oberen Oberfläche
des Verbinderteils in Kontakt gerät, anstatt mit seinem korrespondierenden
Kanal, was die Ursache hat, dass die zwei Verbinderteile unter zu
großem Winkel
zusammengebracht werden. Dies ist nicht gewünscht, da die Leiter typischerweise
eine geringe Stärke
in seitlicher Richtung besitzen und somit potentiell leicht verformbar
sind, wenn eine zu große seitliche
Kraft auf sie ausgeübt
wird. Wenn die Leiter verformt werden, wird ein ordentliches Ineinanderstecken
der Verbinder schwerer oder sogar unmöglich gemacht. Mit der Wölbung des
Gesamtprofils jedoch wird der Annäherungswinkel, mit dem die
Leiter die äußere Oberfläche des
Verbinders berühren,
erhöht. Abhängig von
der Breite des Behälters
und der Basis, an denen die Verbinder angebracht sind, kann so ein Kontakt
sogar unmöglich
gemacht werden. Eine Wölbung
erleichtert es auch, das Verbinderteil in die Mitte zu platzieren,
indem einem Benutzer erlaubt wird zu fühlen, wenn die Verbinder „fast da" sind.
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Ein
potentielles Problem mit der obigen Konstruktion des Verbinders
ist, dass es mit Blick auf die sich verringernde Breite in den Verbinder
hinein schwierig sein kann, ihn zu fertigen. Eine teilweise kollabierbare
Gussform würde
benötigt
werden, um einen in einem Stück
gegossenem Verbinder so ein Profil zu geben, aber dies würde teuer
sein.
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Dieses
Problem kann umgangen werden, in dem man den Verbinder aus zwei
oder mehr Teilen herstellt. Speziell kann der Verbinder mit einem
Basisteil versehen sein, an das die Wandungen angebracht sind.
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Diese
Anordnung vereinfacht die Fertigung beträchtlich.
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Der
Hauptvorteil der oben dargelegten Anordnung ist, dass sie geformt
werden kann, z. B. mit Spritzguss, aber für keinen Teil der Gussform
notwendig ist, dass sie nach dem Formen in Richtung der distalen
Ränder
der Wandungsteile entfernt werden muss, was der Fall sein würde, wenn
ein oder mehr Wandungsteile in einem Stück mit dem Montageteil gegossen
würden.
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In
dieser Anordnung können
die einzelnen Bauteile des Verbinderteils leicht geformt werden,
z. B. aus Kunststoff, und dann zusammengesetzt werden. Die Anordnung,
in der die, die Kanäle
definierenden, Wandungsteile an einem Montageteil angebracht sind,
ist direkt auf eine Anordnung erweiterbar, die mit einer beliebigen
Anzahl von Kanälen
versehen ist, die Anschlüsse
aufnehmen können.
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Die
Wandungsteile können
mit jedem geeigneten Verfahren an dem Montageteil angebracht werden,
z. B. durch Kleben, Ultraschallschweißen, einer Reibungsverbindung
oder eine Schnappverbindung.
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In Übereinstimmung
mit dem oben beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung ist ein schnurloser
Heizbehälter
für Flüssigkeiten
mit einem elektronischen Steuer/Regelmittel im Basisteil versehen. Vorzugsweise
umfasst das Steuer/Regelmittel eine gedruckte Leiterplatte, auf
der ein oder mehr Bauteile der Steuerung/Regelung angebracht sind.
So eine Leiterplatte kann mit den Anschlüssen des schnurlosen Verbinderteils
im Basisteil mit flexiblen Zuleitungen verbunden sein.
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Die
Anschlüsse
des Verbinders sind jedoch vorzugsweise direkt an der Leiterplatte
angebracht. Durch diese Anordnung wird nicht nur der Bedarf für zusätzliche
Zuleitungen vermieden, sondern die Anschlüsse werden auch sicher gehalten.
Wenn also, wie bevorzugt, der Körper
des Verbinders relativ zur gedruckten Leiterplatte fixiert ist,
ist es nicht notwendig, die Anschlüsse fest im Verbinderkörper zu
fixieren.
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Diese
Anordnung ist für
sich selbst gesehen vorteilhaft, und so stellt die Erfindung nach
einem weiteren Aspekt einen schnurlosen elektrischen Verbinder bereit,
der ein oder mehr elektrische Anschlussstücke umfasst, die an einer gedruckten
Leiterplatte angebracht sind.
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Diese
Anordnung bietet mindestens zwei signifikante Vorteile. Zuerst müssen die
Anschlusselemente nur so lange gegenüber dem Verbinderaufbau fixiert
werden, um sie zu positionieren, bis sie an die Leiterplatte gelötet werden.
Dies bedeutet, dass keine teuren permanenten Fixiermittel benötigt werden. Zweitens
ist es nicht notwendig, die Enden der Anschlusselemente zu standardisieren,
damit sie Standardkabelverbinder wie Gabelschuhstecker aufnehmen
können.
Früher
mußten
solche Kabelenden typischerweise 0.5 mm dick sein, um Standard-Gabelschuhstecker
aufnehmen zu können,
und wurden geformt, in dem sie über
das Ende eines 0.25 mm dicken Blattes gefaltet wurden. Jedoch können in Übereinstimmung
mit der oben beschriebenen Anordnung die Anschlusselemente aus einem
dünneren
Metallblech geformt werden. Damit sind die Anschlusselemente typischerweise
aus Metallblech geformt, das weniger als 0.25 mm dick ist, vorzugsweise
ungefähr 0.15
mm.
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Die
Anschlüsse
können
mit Pins versehen sein, die sich nach unten durch Öffnungen
in der gedruckten Leiterplatte erstrecken und die Position der Pins
kann auf eine Standardweise fixiert werden, z. B. durch Löten. Alternativ
können
die Anschlüsse
an der gedruckten Leiterplatte oberflächenmontiert sein.
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In
einem schnurlosen Heizbehälter
für Flüssigkeiten,
der eine gedruckte Leiterplatte im Basisteil aufweist, kann die
Leiterplatte gut unterhalb des schnurlosen Verbinderteils auf der
Basis positioniert sein, entweder weil der Letztere direkt an der
Ersteren angebracht ist oder einfach aus Platzgründen. Das eröffnet die
Möglichkeit,
dass auf den Verbinder verschüttete
Flüssigkeit
durch ihn hindurch und auf die Leiterplatte darunter gelangt. Offensichtlich
ist dies aus elektrischen Gesichtspunkten nicht wünschenswert.
Um dies abzumildern, kann die Leiterplatte mit einer geeigneten
Abdeckung bedeckt sein – z.
B. eine, die als Teil des Basisteils des Behälters geformt ist, oder sie
kann mit einer undurchlässigen Schicht überzogen
sein.
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Vorzugsweise
jedoch sind ein oder mehrere Löcher
in der Leiterplatte vorgesehen, unterhalb der Stelle, wo das Verbinderteil
positioniert ist oder sein wird, um ein Ablaufen von Flüssigkeit
durch die Leiterplatte zu ermöglichen.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind mit einem Mittel zur Abschirmung versehen, die sich durch das
Loch erstrecken und durch den Verbinder laufende Flüssigkeit
im Wesentlichen daran hindern, mit der Leiterplatte in Kontakt zu
kommen. Solch ein Mittel zur Abschirmung kann im Verbinderteil selbst
vorgesehen sein, aber vorzugsweise umfasst es einen geeigneten Abschnitt
eines Gehäuses
für die
Leiterplatte – z.
B. ein Hauptformteil des Basisteils eines schurlosen Heizbehälters für Flüssigkeiten.
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Es
wurde jedoch erkannt, dass die wahrscheinlichste Stelle auf dem
Verbinder, an dem ein Ablaufen stattfinden wird, die Position der
elektrischen Anschlüsse
ist, da diese natürlich
von oben zugänglich
sein müssen.
Die Oberflächenspannung von
auf die Anschlüsse
fallender Flüssigkeit
führt dazu,
dass die Flüssigkeit
dazu neigt, an den Anschlüssen
zu haften, und deshalb möglicherweise
auf die Leiterplatte befördert
wird. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn kein Mittel zur Abschirmung,
wie oben beschrieben, vorgesehen ist, kann aber auch noch dort auftreten,
wo die Anschlüsse
durch oder unter solch ein Mittel zur Abschirmung durchgeführt werden
müssen.
Genauso kann jede der internen Trennwände innerhalb des Verbinders,
die die Netzanschlüsse
voneinander und, falls vorgesehen, von den Niederspannungsanschlüssen trennen,
bewirken, dass Flüssigkeit
zu den äußeren Rändern des Verbinders
befördert
wird und damit möglicherweise auf
die Leiterplatte gelangt.
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Deshalb
sind die im Basisteil vorgesehenen Anschlüsse des Verbinders vorzugsweise
so ausgeführt,
dass sie nach unten zu einem Knie abfallen, an dem sich ein Flüssigkeitstropfen
bilden mag und dann in ein vordefiniertes Gebiet tropft. Die Anordnung
kann damit so sein, dass sich kein Teil einer elektronischen Schaltung
unter diesem Gebiet befindet – z.
B. in dem ein Loch in der gedruckten Leiterplatte in diesem Gebiet
vorgesehen ist, durch das die fallende Flüssigkeit gelangen kann.
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Vorzugsweise
ist das Knie in der Region der zentralen Achse des Verbinders vorgesehen,
damit der Verbinder beispielsweise auf einer gedruckten Leiterplatte
angebracht werden kann, um den gesamten Rand einer zentralen Öffnung herum,
die darunter vorgesehen ist und der Flüssigkeit erlaubt, hindurch
zu gelangen.
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Auch
sind die internen Trennwände
des Verbinders vorzugsweise so gestaltet, dass ihre unteren Ränder zu
einem Punkt hin abfallen, an dem sich Wassertropfen sicher formen
und abtropfen mögen, vorzugsweise
in die selbe Region des zuvor genannten Knies, so dass sich darunter
kein Teil eines Schaltkreise tragenden Mittels befindet.
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Aus
den oben genannten Gründen
erstrecken sich die internen Trennwände vorzugsweise in Richtung
der zentralen Achse des Verbinders. Wo eine Mehrzahl solcher Trennwände vorgesehen
ist, vereinigen sich ihre unteren Ränder vorzugsweise zu einem
Scheitelpunkt, der vorzugsweise nahe der zentralen Achse des Verbinders
vorgesehen ist.
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Einige
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft beschrieben,
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, die darstellen:
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1 ist
eine Querschnittssicht des unteren Teils eines schnurlosen Heizgeräts für Flüssigkeiten, das
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das die elektrischen Verbindungen zwischen
den verschiedenen Teilen zeigt;
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3 ist
ein zu 2 ähnliches
Diagramm, das eine andere Ausführungsform
darstellt;
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4 ist
eine Querschnittssicht der Basis eines schnurlosen elektrischen
Verbinders ähnlich
zu dem aus 1;
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5 ist
eine Ansicht von unten auf den Verbinder aus 2;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht des Verbinderformteils, in der die
Anschlüsse
zur besseren Übersicht
weggelassen wurden;
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7 ist
die Querschnittssicht einer weiteren Ausführungsform;
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8 ist
die Ansicht einer Basiseinheit, die eine Benutzerschnittstelle beinhaltet;
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9 ist
ein Detail der Anzeige aus 8;
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10 ist
ein schematisches Schaltbild ähnlich
zu 2, das aber eine zweite Ausführungsform zeigt;
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11 zeigt
das Layout für
die Spuren einer Dickfilmheizeinrichtung in Übereinstimmung mit der zweiten
Ausführungsform.
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Wendet
man sich zuerst 1 zu, wird der untere Teil eines
schnurlosen Heizgeräts
für Flüssigkeiten
im Querschnitt dargestellt. Das Gerät umfasst im Allgemeinen ein
Behälterteil 2 und
ein Basisteil 4. Eine elektrische Verbindung zwischen den
beiden wird durch einen schnurlosen 360°-Verbinder hergestellt, allgemein
mit der Ziffer 6 bezeichnet, der es erlaubt das Behälterteil 2 auf
das Basisteil 4 zu platzieren und es bei beliebigen relativen
Orientierungswinkeln zu betreiben. Das Basisteil 6b des
Verbinders wurde jedoch nicht im Querschnitt dargestellt, um die Übersichtlichkeit
der Zeichnung zu erhöhen.
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Kehrt
man zum Behälterteil
2 zurück, hat
dieses eine Behälterwandung
8 aus
Kunststoff mit einem offenen unteren Ende, das von einer gedruckten Dickfilmheizeinrichtung
10 abgeschlossen
ist. Die Basisplatte der Dickfilmheizeinrichtung
10 hat
eine versteifende Lippe
12 an ihrer Peripherie und ist
gegenüber
der Behälterwandung
8 mittels
eines Kanals
14 abgedichtet, der verformt werden kann,
um in einen herabhängenden
Abschnitt der Behälterwandung
zu greifen. Weitere Details dieser Anordnung sind in
GB-A-2301434 angegeben.
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Eine
Element-Schnittstelleneinheit, generell mit 16 bezeichnet,
ist unterhalb der Dickfilmheizeinrichtung 10 angeordnet
und steht mit ihr an drei Punkten in Verbindung. Zuerst gibt es
einen elastischen Federkontaktarm 18, der gegen eine Silberkontaktplatte
auf der Heizeinrichtung 10 gespannt ist. Das andere Ende
dieses Kontaktarms 18 ist elektrisch mit dem neutral leitendem
Ring 20 des schnurlosen Verbinders 6a verbunden.
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Der
zentrale Pin
22 des schnurlosen Verbinders
6a ist
der Pin für
die geschaltete Phase der Netzspannung und ist mit einem zweiten
Kontaktarm
24 elektrisch verbunden. Dieser Kontaktarm ist
jedoch anspruchsvoller gestaltet als der neutral leitende Kontaktarm
18,
da er gleichzeitig dazu dient, einen schnappenden Bimetallaktor
aufzunehmen, der auch gegen die Heizeinrichtung
10 gespannt
ist. Der Arm
24 ist so ausgeführt, dass, wenn der Bimetallaktor
seine Ansprechtemperatur erreicht und somit in seine umgekehrte
Krümmung
schnappt, das Ende des Aktors den Kontaktzweig des Arms ergreift,
um ihn von der Heizeinrichtung weg zu heben, und damit die elektrische
Verbindung unterbricht. Weitere Details dieser Anordnung sind in
WO99/48331 angegeben.
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Die
dritte Kontaktregion befindet sich im Zentrum der Heizeinrichtung 10,
wo ein Thermistor 26 mit einem negativen Temperaturwiderstandskoeffizienten
von einem Träger 28 gegen
die Heizeinrichtung gehalten wird. Die zwei Seiten des Thermistors
sind mit den zwei verbleibenden, dazwischen liegenden Ringen 32, 34 des
Verbinders 6a elektrisch verbunden.
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Die
Heizeinrichtung ist auch geeignet geerdet, indem sie elektrisch
leitend mit dem Erdungsring 30 des schnurlosen Verbinders
verbunden ist.
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Das
Basisteil
4 des Geräts
ist ungefähr
in seinem Zentrum mit dem zweiten Teil
6b des schnurlosen
360°-Verbinders
versehen. Die internen Details dieses Verbinderteils sind der Übersichtlichkeit
wegen aus der Figur weggelassen worden. Es kann jedoch gesehen werden,
wie die erdende Zunge
36 aus der Seite des Verbinders herausragt.
Diese Zunge ist gefedert, so dass sie elastisch gegen den Erdungsring
30 gespannt
ist, wenn der Behälter
2 auf der
Basis abgesetzt ist. Die Zunge ist direkt mit dem Erdleiter der
Hauptanschlüsse
verbunden. Diese Anordnung ist in
WO95/08204 detaillierter
beschrieben.
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Der
schnurlose Verbinder 6b ist an einer gedruckten Leiterplatte
(PCB) 38 angebracht. Die Anschlüsse des Verbinders sind direkt
auf das PCB gelötet.
Dies erzeugt nicht nur die nötigen
elektrischen Verbindungen, sondern dient auch dazu, die Anschlüsse gegenüber dem
Gehäuse
des Verbinders 6b starr zu fixieren, ohne dass sie direkt
am Gehäuse angebracht
werden müssen.
Das PCB 38 ist selbst am geformten Kunststoffbasisgehäuse 40 angebracht
(die Befestigung ist nicht dargestellt). Eine Zuleitung 42 für Netzspannung
führt in
das Basisgehäuse 40,
deren einzelne Leiter mit einem Ende des PCBs 38 verbunden
sind. Am anderen Ende des PCBs befindet sich das Modul für die Benutzerschnittstelle 44,
das Druckknöpfe
und eine Anzeige aus Licht emittierenden Dioden umfasst, obwohl
jede geeignete optoelektronische Anzeige, wie eine Flüssigkristallanzeige,
benutzt werden könnte.
Ein geeignet erhöhter
und erweiterter Abschnitt des Basisformteils 40 ist vorgesehen,
um das Modul 44 aufzunehmen. In einer anderen bevorzugten
(nicht dargestellten) Ausführungsform
ist der erhöhte
Abschnitt des Basisformteils so in Richtung der Peripherie der Basis
nach unten gekrümmt,
dass vermieden wird, dass sich darauf Wasser sammelt.
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Der
Boden 46 des Basisformteils 40 fällt ungefähr ab der
Mitte der Basis nach unten hin zu einer Öffnung 48 ab. Dies
erlaubt es Wasser, das auf den Verbinder 6b vergossen wird
und das durch ihn hindurch und damit durch ein (nicht dargestelltes)
im PCB 38 vorgesehenes Loch fällt, sicher abzulaufen, ohne
sich in der Basis zu sammeln.
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Am
PCB 38 angebracht und sich davon weg erstreckend befindet
sich ein Kühlkörperelement 48, welches
einen Triac aufnimmt, der die elektrische Energieversorgung des
Heizelements reguliert.
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Wendet
man sich jetzt 2 zu, ist ein Blockdiagramm
zu sehen, das die grundlegenden elektrischen Zwischenverbindungen
zwischen den einzelnen Teilen darstellt. Das Diagramm ist in zwei Teile
geteilt, die durch die gestrichelte Linie A getrennt werden. Die
Teile links von der Linie A sind im Basisteil 4 vorgesehen,
während
die auf der rechten Seite sich im entfernbaren Behälterteil 2 befinden. Die
Linie A stellt somit die durch den schnurlosen Verbinder 6 hergestellten
Verbindungen dar.
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Am
linkesten Rand des Diagramms befinden sich Phase, Neutralleiter
und Erde, 50, 52 bzw. 54 aus dem Netzkabel 42 (1).
Die Erde 54 ist mit dem Behälter direkt durchverbunden
dargestellt – in diesem
Fall das Substrat des Heizelements. Wenn der Körper des Behälters aus
Metall wäre,
würde dieser
natürlich
jedoch auch geerdet sein. Wenn sich analog in der Basis exponierte
Metallteile befinden würden,
könnte
es erforderlich sein, diese ebenfalls zu erden.
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Das
elektronische Steuer/Regelmittel ist auf dem PCB 38 (1)
vorgesehen und wird generell durch den Block 56 vertreten.
Dieser Block umfasst einen Mikroprozessor und ein Stromversorgungsmodul,
sowie die benötigten
diskreten Bauelemente. Energie für
die Elektronik 56 wird von der Netzphase und dem Netzneutralleiter 50, 52 über einen
einen Spannungsabfall liefernden Widerstand 58 bereitgestellt.
Die Benutzerschnittstelle 44 ist auch mit dem Steuer/Regelmittel 56 verbunden.
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Ein
Triac 62 ist vorgesehen, um die mittlere Leistung, mit
der das Heizelement versorgt wird, zu regulieren. Das Gate 62a des
Triac ist mit den Steuer/Regelmitteln 56 verbunden und
seine zwei Leistungsverbindungen sind jeweils mit der Phase 50 und mit
der einen Seite des Heizelements 64 über den schnurlosen Verbinder 6 verbunden.
Die andere Seite des Heizelements 64 ist über den
schnurlosen Verbinder 6 mit dem Netzneutralleiter 52 verbunden.
Im Betrieb wird der Triac 62 im Nulldurchgangs-Schaltmodus
benutzt, d. h. der Triac wird ein- oder ausgeschaltet, wenn der
Wechselspannungszyklus die Nulllinie durchläuft, um das Erzeugen von elektromagnetischen
Interferenzen zu minimieren.
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Die
beiden anderen Anschlüsse
des schnurlosen Verbinders 6 werden benutzt, um die zwei
Enden des Thermistors 26 mit der elektronischen Steuerung/Regelung 56 zu
verbinden. Der Widerstand und damit die Temperatur des Thermistors 26 werden durch
die Messung der Resonanzfrequenz eines einfachen RC-Oszillators
bestimmt, der den Thermistor enthält. Viele andere Möglichkeiten,
den Widerstand des Thermistors zu messen, sind für sachkundige Personen jedoch
offensichtlich, wie z. B. ein Spannungsteiler. Die Temperatur des
Thermistors kann benutzt werden, um auf die Temperatur des Wassers im
Behälter
zu schließen
und auch um zu bestimmen, ob sich das Heizelement überhitzt – z. B.
wenn es ohne Wasser im Behälter
angeschaltet wird.
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Im
Betrieb wird der Benutzer die Knöpfe
auf der Benutzerschnittstelle benutzten, um die gewünschte Temperatur
auszuwählen,
auf die das Wasser erhitzt werden soll, oder um einfach anzugeben,
dass es sieden soll. Ein Signal wird dann vom Steuer/Regelschaltkreis 56 zum
Gate 62a des Triacs abgegeben, um die Heizeinrichtung 64 mit
Energie zu versorgen. Der Widerstand des Thermistors 26 sinkt,
während
sich das Heizelement 64 aufheizt. Wenn das Heizelement
eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat – z. B. darauf hinweisend,
dass das Wasser im Behälter
eine gewünschte
Temperatur erreicht hat, veranlasst die elektronische Steuerung/Regelung 56 den
Triac 62, die Energieversorgung des Heizelements 64 zu
unterbrechen. Wenn die elektronische Steuerung/Regelung jedoch misst, dass
die Temperatur des Thermistors 26 zu schnell für zu lang
steigt – was
darauf hinweist, dass das Heizelement 64 überhitzt,
z. B. da es ohne Wasser im Behälter
angeschaltet wurde, wird der Triac dazu gebracht, den Strom zum
Heizelement sofort zu unterbrechen.
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Eine
leicht unterschiedliche Ausführungsform
zu der aus 2, ist in den 10 und 11 dargestellt.
Anstatt eines Thermistors 26 weist diese Ausführungsform
zwei Thermistoren 126, 226 auf, die elektrisch
parallel geschaltet sind. Der erste Sensor 126 hat einen
nominalen Wert von 68 Kiloohm bei 25 Grad Celsius und der zweite 226 hat
einen nominalen Wert von 150 Kiloohm bei 25 Grad Celsius.
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Wie
in 10 schematisch gezeigt, ist einer der Thermistoren 126 nahe
der Heizspur 64 positioniert. Der zweite der Thermistoren 226 befindet
sich jedoch weiter von der Heizspur 64 entfernt. Dies kann im
Aufriss der Heizeinrichtung, gezeigt in 11, besser
gesehen werden.
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Wendet
man sich 11 zu, wird man eine Dickfilmheizeinrichtung 230 sehen,
die eine keramische Isolierschicht auf einer rostfreien Stahlplatte umfasst.
Eine Widerstandsheizspur 64 ist auf die Isolierschicht
per Siebdruck aufgebracht, wie es jetzt Stand der Technik ist. Zusätzlich ist
ein etwa T-förmiges
Gebiet leitender Tinte 232 aufgedruckt. Ein silbernes Kontaktfeld 234 ist
auf dieses Gebiet 232 gedruckt, ebenso wie zwei Silberfelder 236, 238 entlang einem
Rand.
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Das
T-förmige
Gebiet 232 ist mit einer (nicht gezeigten) Isolierschicht überdruckt,
mit Fenstern für die
Felder 234, 236, 238. Auf diese Isolierschicht
ist ein silbernes Kontaktfeld 240 und eine verbindende Silberspur 242 gedruckt,
die sich von ihm weg erstreckt, um es mit zwei weiteren, Oberflächenmontier-Silberfeldern 244, 246 zu
verbinden. Damit sieht man, dass das zweite Kontaktfeld 240 und
die beiden Oberflächenmontier-Felder 244, 246 elektrisch
vom darunter befindlichen leitendem Gebiet 232 isoliert sind.
Schließlich
ist der erste 68-Kiloohm-Thermistor 126 über den
beiden Oberflächenmontier-Feldern 238, 246 in
nächster
Nähe zur
Spur 64 angebracht und der zweite 150-Kiloohm-Thermistor 226 ist über den
beiden weiter entfernten, Oberflächenmontier-Feldern 236, 244 angebracht.
Die beiden Thermistoren sind jedoch aus 11 aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
weggelassen worden. Es zeigt sich jedoch, dass die beschriebene
Anordnung die gewünschte
parallele Konfiguration der beiden Thermistoren ergibt.
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Die
oben beschriebene Anordnung bedeutet, dass der erste Sensor 126 hauptsächlich von
der Temperatur der Spur 64 beeinflusst wird, während der
zweite Sensor 226 mehr von der Temperatur des Substrats
des Dickfilmheizers beeinflusst wird und damit von der Flüssigkeit,
die erhitzt wird.
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Während des
normalen Betriebs, d. h. wenn Wasser bis zum Sieden erhitzt wird,
tragen der erste und zweite Sensor 126, 226 beide
zum Antwortsignal bei, da eine vergleichsweise gleichmäßige Hitzeverteilung über die
Heizeinrichtung 230 vorliegen wird. Der zweite Sensor 226 wird
einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt sein, da er weiter von der
Heizspur 64 entfernt ist. Dies wird jedoch teilweise dadurch kompensiert,
dass sein Widerstand durch seinen höheren nominalen Wert eine größere prozentuale
Abnahme erfährt,
was bedeutet, dass sein Beitrag verstärkt sein wird, weil er mit
dem ersten Sensor 126 parallel geschaltet ist. Wenn die
Heizeinrichtung 64 unter Strom gesetzt wird, ohne dass
das Substrat jedoch mit Wasser in Kontakt steht, wird der Widerstand
des ersten Sensors 126 dominieren, da er eine viel größere Temperatur
als der zweite Sensor erfährt,
durch seine größere Nähe zur Spur 64.
Damit ist jeder Sensor sowohl in Position als auch im Wert optimiert,
um verschiedene Typen der Temperaturüberwachung vorzusehen.
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Da
sich außerdem
eine Isolierschicht zwischen den Oberflächenmontier-Feldern an beiden Seiten
der Thermistoren 126, 226 befindet, bildet dies
tatsächlich
einen kleinen Kondensator, der parallel mit den Thermistoren geschaltet
ist. Diese Kapazität
ist vorteilhaft, darin zu helfen, Hochfrequenzrauschen in dem elektrischen
Schaltkreis auszufiltern, der die Thermistoren enthält, was
helfen kann, die Messgenauigkeit zu verbessern und die elektromagnetischen
Emissionen zu reduzieren.
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3 ist
ein Diagramm ähnlich
zu 2 für eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung. Der Hauptunterschied zur ersten Ausführungsform
ist, dass der Triac 62' im
Behälterteil
vorgesehen ist, nämlich
auf dem selben Substrat wir die gedruckte Dickfilmheizeinrichtung,
anstatt mit dem elektronischen Steuer/Regelmittel 56' im Basisteil.
Dies bedeutet, dass eine permanente Versorgung des Behälterteils
mit der Phase bereitgestellt ist, anstatt einer geschalteten Versorgung 63 wie
in 2, da das Schalten nun im Behälterteil erfolgt. Dies macht
eine weitere Verbindung 66 zwischen dem Steuer/Regelmittel 56' und dem Behälterteil
für das
Gatesignal zum Triac 62' notwendig.
In dieser Ausführungsform sind
jedoch keine weiteren Anschlüsse
im schnurlosen Verbinder 6' notwendig,
da eine der Thermistorverbindungen 26a aus 2 entfernt
wurde, indem eine Seite des Thermistors mit dem Phaseneingang 50' verbunden wurde.
Anstatt damit den Thermistor in einen RC-Oszillator einzugliedern,
um seinen Widerstand zu bestimmen, misst die Steuerung/Regelung 56' den an ihm
entstehenden Spannungsabfall – d.
h. die Differenz zwischen Phase und der anderen Seite 26b' des Thermistors 26'.
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Wendet
man sich 4 zu, kann eine Querschnittssicht
des Basisverbinderteils 6b in Übereinstimmung mit der Erfindung
betrachtet werden. Dieses ist dem in 1 schematisch
dargestellten Verbinder ähnlich,
obwohl es ein leicht unterschiedliches Gesamtprofil besitzt. Der
wesentlichste Unterschied in dieser Ausführungsform ist, dass die Oberseite
des Verbinders gerundet anstatt flach ist. Ferner wurden einige
der elektrischen Anschlüsse
aus Übersichtlichkeit
weg gelassen.
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Die
Gesamtform des Verbinders ist generell in etwa pilzartig geformt.
Die gerundete obere Oberfläche 66 hilft
zu verhindern, dass die Leiter des Behälterverbinderteils sie berühren, wenn
ein Versuch gemacht wird, die Verbinder in einem von der vertikalen
abweichenden Winkel in Eingriff zu bringen.
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Vertikal
nach unten von der oberen Oberfläche 66 erstrecken
sich einige ringförmige
Kanäle 68a–c, die
die korrespondierenden Ringe am (nicht dargestellten) Behälterverbinderteil
aufnehmen sollen, und eine zentrale Öffnung 68d zur Aufnahme
des zentralen Pins desselben. Jeder der Kanäle wird durch ein Paar von
hauptsächlich ringförmig geformten
Kunststoffringen 70a–d
definiert, wobei die zentrale Öffnung 68d durch
den schmalsten Ring 70d definiert ist. Es zeigt sich, dass
sich jeder der Ringe 70a–70d an seinem distalen
Rand in der Form einer sich seitlich erstreckenden Lippe 72 erweitert,
um so eine Lücke
am Eingang zu jeden Kanal zu definieren, der wesentlich geringer
ist, als die Weite des Kanals selbst. Dies erlaubt es, die korrespondierenden
Leiter in einem Winkelbereich abweichend von der Vertikalen einzuführen, während gleichzeitig
ein Benutzer daran gehindert wird, zufälligerweise Zugang zu den unter
Strom stehenden Anschlüssen
zu erhalten, indem er einen Finger oder ein fremdes metallisches Objekt
in den Verbinder einführt.
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Der äußerste Ring 70 ist
an seinem radial außen
liegenden Rand mit einem abgerundeten Kranz 74 versehen.
Dies erleichtert das Einführen
des Behälterverbinderteils
zusätzlich,
wenn er sich unter einem Winkel abweichend von der Vertikalen annähert. Die
geerdete Zunge 36 ragt aus dem Kranz 74 heraus,
um mit dem erdenden Ring des Behälterverbinderteils
Kontakt herzustellen, wie vorher beschrieben. Die geerdete Zunge
ist einteilig mit dem Erdanschluss 76 gefertigt, der an
seinem anderen Ende 77 mit dem PCB 38 verlötet ist.
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Die
Ringe 70 sind alle in Nuten 71a–71d angebracht,
die in einem Verbinderhauptgehäuseformteil 75 vorgesehen
sind, mittels einer engen Presspassung. Dies erlaubt es, die Ringe 70 und
das Hauptformteil 75 getrennt voneinander in eigenen Spritzgusswerkzeugen
zu gießen
and dann zusammenzubauen, indem die Ringe in die Nuten auf dem Hauptformteil 75 geschoben
werden. Den Verbinder in einem Stück zu formen, würde eine
komplizierte und teure kollabierbare Form benötigen, um die sich nach außen erstreckenden
Lippen 72 zu formen.
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Das
Hauptformteil 75 ist am PCB 38 über einer
darin befindlichen Öffnung 86 angebracht,
mittels drei in Umfangsrichtung im Abstand angeordneter Schrauben 79.
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In
jedem der Kanäle 68a–c befindet
sich ein Kontaktelement. Das neutrale Kontaktelement 78 ist unten
im äußersten
Kanal 68a dargestellt. Das Kontaktelement 78 umfasst
einen silberbeschichteten Kontakt 78a am Ende des korrespondierenden
(nicht dargestellten) Anschlusselements. Das Kontaktelement 80 für die Phase
ist auch dargestellt. Dieses erstreckt sich von der zentralen Öffnung 68d zu
einem Fuss 82, der durch die Öffnung führt und an das PCB 38 gelötet ist.
Man sieht, dass der Anschluss 80 für die Phase so geformt ist,
dass er ein Knie 84 besitzt, das sich über einer Öffnung 86 im PCB 38 befindet. Wegen
dieses Knies wird jede Flüssigkeit,
die auf dem Verbinder verschüttet
wird und durch die Öffnung 68a auf
den unter Strom stehenden Anschluss 80 fällt, hinunter
zum Knie 84 befördert,
wo sie einen Tropfen formen wird und dann sicher durch die Öffnung 86 im
PCB tropfen wird. Wie in 2 gezeigt wird, muss der Kanal 68a nur
am unteren Ende in der Region des Kontaktelements 80 geöffnet sein
und damit wird Wasser an keiner anderen Stelle durch den Kanal fallen.
Jedes der Anschlusselemente ist genauso mit (nicht gezeigten) Knien
ausgestattet, die sich gewöhnlich
in der Region der zentralen Achse des Verbinders befinden.
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Die
Anschlusselemente 76, 78, 80 befinden sich
alle auf einer erhobenen internen ringförmigen Wandung 92,
mittels eines Pins 94. Diese Pins 94 müssen jedoch
nicht die Anschlusselemente starr am Verbinderhauptformteil 72 befestigen,
da dies erreicht wird, indem das Verbinderteil 75 am PCB 38 mittels
der Schrauben 79 (wie vorher beschrieben) fixiert wird
und indem die Füße 77, 82 der
Anschlüsse auf
das PCB 38 gelötet
werden.
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5 ist
eine Ansicht des Verbinders von unten, in der alle fünf elektrischen
Anschlüsse
zu sehen sind – nämlich die
Erde 76, der Neutralleiter 78, die Phase 80 und
zwei Signalanschlüsse 88, 90,
um eine Verbindung zum Thermistor 26 (1)
herzustellen. Das Hauptformteil 72 ist teilweise im Umriss dargestellt,
so dass die Ringe 70 und die korrespondierenden Kanäle 68 zu
sehen sind, obwohl diese in der Praxis nur durch die Öffnungen 96 im
Formteil sichtbar wären,
die den Zugang zu den Kontakten an den Enden der Anschlüsse 78, 80, 88, 90 erlauben.
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Man
sieht, dass mehrere Trennwände 98 die verschiedenen
Anschlusselemente voneinander trennen, wobei die Trennwände zusammen
mit dem Ring 92, an dem die Anschlüsse angebracht sind, einteilig
geformt sind.
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Wendet
man sich 6 zu, wird das Formteil 75 diesmal
voll dargestellt, aus einer Perspektive von unten. Die Anschlusselemente
sind aus Übersichtlichkeit
weggelassen worden. Diese Ansicht demonstriert, dass die Trennwände 98 nach
unten (in normaler Orientierung des Verbinders) zu einem Punkt 100 in
der Region der zentralen Achse der Steuerung/Regelung hin abfallen.
Diese Anordnung stellt sicher, dass jegliches Wasser, dass auf die
Trennwände 98 tropft,
zum zentralen Punkt 100 befördert wird, wo sich ein Tropfen
formen kann, der sicher durch die Öffnung 86 im PCB 38 fällt.
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7 ist
eine Ansicht ähnlich
zu 1, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Die gleichen Bezugszeichen wurden für Teile beibehalten, die die
Ausführungsform
mit den vorhergehenden Ausführungsformen
gemeinsam hat.
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Wie
in den vorhergehenden Ausführungsformen
ist das schnurlose Verbinderteil 6b" am PCB 38'' angebracht.
Im Gegensatz zur Ausführungsform aus 1 jedoch,
ist der (nicht gezeigte) Triac an einem Kühlkörper 102 angebracht,
um die während des
Betriebs erzeugte Wärme
abzuleiten.
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Die
untere Hälfte
des Basisformteils 40'' unterscheidet
sich von der in 1 gezeigten. Zuerst ist eine
aufrechte ringförmige
Lippe 104 vorgesehen, die mit der unteren Hälfte des
Formteils einteilig vorgesehen ist, und die ausgelegt ist, gut in
die Öffnung 86'' im PCB 38'' zu
passen, so dass dann, wenn das PCB mit seiner Öffnung 86" über der
Lippe 104 angebracht wird, der obere Rand der Lippe 104 an
die ringförmige
Wandung 92'' auf dem Verbinderteil stößt, an dem
die Anschlusselemente 76'', 80'' angebracht sind. Diese Anordnung
führt dazu,
dass jegliches Wasser, das auf den Verbinder fällt und durch ihn hindurchgelangt,
nur innerhalb der Lippe 104 fallen kann.
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Zweitens
ist die untere Hälfte
des Formteils 40'' mit einer konischen
Struktur 106 zentral zur Lippe 104 versehen. Diese
bewirkt, dass durch den Verbinder kommendes Wasser zu einer Reihe
von in Umfangsrichtung im Abstand angeordneter Öffnungen 108 geleitet
wird, die zwischen der Basis des Kegels 106 und der Basis
der Lippe 104 ausgebildet sind. Man sieht, dass das PCB
und elektronische Bauteile sicher vor Wasser, das in den Verbinder 6b'' eintritt, geschützt werden
und dass dieses Wasser einfach durch den Boden des Verbinders abfließen kann.
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Wie
oben erwähnt,
kann die Basiseinheit des Geräts
eine Benutzerschnittstelle enthalten. Eine Ausführungsform solch einer Basiseinheit
ist in 8 dargestellt. Man sieht, dass die Schnittstelle 200 eine Anzeige 202,
ein Feld von Steuerknöpfen 204,
einen Startknopf 206, um das gewählte Programm zu starten, und
ein Paar von Auf- und Ab-Knöpfen 208, 210 enthält. Die
Anzeige 202 ist in 9 detaillierter
dargestellt.
-
Betrachtet
man das Feld von Knöpfen
genauer, ist der oberste Schaltknopf 212 ein Modus-Auswahlknopf. Wird
der Knopf wiederholt gedrückt,
wechselt das Gerät
zyklisch durch seine möglichen
Modi. Der spezielle Modus, der zu einer bestimmten Zeit gewählt ist,
wird mittels eines geeigneten Symbols entlang der oberen Zeile der
Anzeige 202 angezeigt. Alle 6 Modussymbole 202a–202f sind in 8 dargestellt,
obwohl sie während
der Benutzung nicht alle angezeigt werden. Der erste Modus, der
durch Symbol 202a angezeigt wird, ist der „Siede"-Modus. Dieser erhitzt
das Wasser im Gerät
einfach, bis es siedet, und schaltet dann ab. Er ist der Standardmodus,
der nach jedem Betrieb gewählt wird.
Um Wasser im Gerät
zum Kochen zu bringen, muss der Benutzer daher nur den Startknopf 206 drücken. Während des
Heizvorgangs könnte
die augenblickliche Temperatur des Wassers im unteren Teil der Anzeige 202 angezeigt
werden. Die Anzeige 202 könnte auch automatisch verschieden
Parameter zyklisch anzeigen, z. B. die Zeit bis zum Sieden, das Volumen
der Flüssigkeit
im Behälter
usw. Diese verschiedenen Parameter können von der Steuerung/Regelung
berechnet werden.
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Wenn
das Wasser gesiedet hat, wird das Gerät ein Signal ertönen lassen
und dann standardmäßig abschalten,
und damit wird das Wasser beginnen abzukühlen. Alternativ kann der Benutzer
jedoch eine Verweildauer angeben, in dem er den unteren Knopf 216 des
Feldes 204 drückt
und die Auf- und Ab-Knöpfe 208, 210 benutzt,
um die gewünschte
Zeit auszuwählen.
Dies kann vor Beginn des Heizvorgangs oder während des Heizens erfolgen
und führt dazu,
dass wenn das Wasser einmal gesiedet hat, es weiter für die angegebene
Dauer am Kochen oder Sieden gehalten wird. Wenn sich das Heizgerät in einem
Timer-Modus befindet,
ist Symbol 202g beleuchtet.
-
Der
zweite und dritte Modus, die jeweils durch 202b und 202c angezeigt
werden, sind der erste und zweite Voreingestellte-Temperatur-Modus. Diese
sind vorgesehen, das Wasser auf die gewählte Temperatur zu erhitzen.
Die voreingestellten Temperaturen sind typischerweise 85°C bzw. 60°C, aber jede
kann manuell erhöht
oder erniedrigt werden, indem die Auf- und Ab-Knöpfe 208, 210 benutzt
werden. Um den Heizvorgang zu starten, drückt der Benutzer dann den Start-Knopf 206.
Genauso wie im Fall des Siede-Modus kann eine Verweildauer angegeben
werden, bei der das Wasser auf der Temperatur gehalten wird, zu
der es erhitzt wurde.
-
Der
vierte Modus ist ein „Baby
Fläschchen"-Modus, der durch
Symbol 202c angezeigt wird. In diesem Modus wird das Wasser
bis zum Sieden erhitzt und kann sich dann bis zu einer voreingestellten
Temperatur abkühlen,
die wieder durch das Benutzen der Auf- und Ab-Knöpfe 208, 210 verändert werden
kann. Erst wenn diese Temperatur erreicht ist, wird das Endsignal
gegeben. Wie in den vorangegangenen Modi kann der Benutzer natürlich eine
Verweildauer setzen, um das Wasser auf dieser Temperatur zu halten.
Dieser Modus ist deshalb besonders nützlich, um Baby-Fertigmilch
usw. zu machen, da er es möglich
macht, das Wasser durch das Sieden zu sterilisieren, aber es nicht
zu verwenden, bis es sich zu einer ungefährlichen Temperatur abgekühlt hat.
-
Der
fünfte
Modus ist ein Sterilisierungsmodus und wird durch Symbol 202e angezeigt.
In diesem Modus wird das Wasser zum Sieden gebracht und dann für eine voreingestellte
Zeit am Sieden gehalten, um so alle möglicherweise vorhandenen Mikroorganismen
abzutöten,
bevor das Endsignal ertönt.
Die Siededauer kann durch das Benutzen der Knöpfe 208, 210 nach
oben und unten eingestellt werden.
-
Schließlich kann
der Benutzer den fünften Modus
auswählen,
der ein durch Symbol 202f angezeigter Leise-Modus ist.
In diesem Modus wird das Wasser mit einer genügend geringen Leistung bis zum
Sieden erhitzt, so dass wenig oder kein Geräusch gemacht wird. Da dies
sicherlich die Dauer bis zum Sieden verlängern wird, kann der Benutzer
diese Leistung regeln, in dem er die Auf- und Ab-Knöpfe benutzt,
um so in einem gewissen Grad einen Kompromiss zwischen Geräusch und
Siedezeit einzustellen. Genauso wie das Wasser leiser erhitzt wird,
wird die Wahl dieses Modus die hörbare
Meldung des Siedens unterdrücken,
so dass nur eine visuelle Meldung in der Form des blinkenden Wortes „boil" angezeigt wird.
-
Zusätzlich zu
diesem dedizierten Leise-Modus kann der Benutzer das Gerät in einem
beliebigen Modus dazu bringen, leise zu heizen, in dem er den Ab-Knopf 208 während des
Betriebs drückt.
Dies hat den gleichen Effekt, wie oben beschrieben.
-
Der
Knopf 214 ist ein Uhr-Knopf, der, wenn gedrückt, die
Zeit anzeigt. Wenn er für
eine voreingestellte Zeit nach unten gehalten wird, dann erlaubt
er es, die Zeit mittels der Auf- und
Ab-Knöpfe 208, 210 zu ändern.
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Der
verbleibende Knopf auf dem Feld 204 ist ein Alarm/Start-Zeitknopf 218.
Wenn der Benutzer diesen Knopf drückt, kann er/sie einen Zeitpunkt
von bis zu 24 Stunden in der Zukunft angeben, zu der das Gerät in Betrieb
gehen wird. Der Effekt davon ist, dass wenn der Benutzer den Startknopf 206 drückt, der
Betrieb erst zur gewählten
Zeit einsetzt, welcher Modus auch gewählt ist. Ist dieser Modus gewählt, wird
Symbol 202h auf der Anzeige beleuchtet.
-
Personen
mit Erfahrung im Fachgebiet werden schätzen, dass viele andere Betriebsmodi
möglich
sein werden, abhängig
davon, auf welche Weise die Benutzerschnittstelle programmiert wurde,
und dass mehr oder weniger Funktionen vorgesehen werden können.
-
Während diverse
Aspekte der Erfindung beispielhaft an bevorzugten Ausführungsformen
erläutert
wurden, wird der Fachmann erkennen, dass viele Modifikationen innerhalb
des Anwendungsbereichs der Erfindung möglich sind, wie durch die angehängten Ansprüche definiert.
Beispielsweise muss der schnurlose Verbinder nicht in einem Heizbehälter für Flüssigkeiten
eingesetzt werden – er
kann Anwendung in anderen Geräten
finden. Weiter können
die Merkmale bezüglich
Befestigung und Flüssigkeitstransport
auf gewöhnliche
schnurlose Verbinder angewendet werden und nicht notwendig auf jene
mit zusätzlichen
Anschlüssen.