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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei Flüssigkeitsheizgeräten und
insbesondere bei elektrisch beheizten Wasserkochgeräten wie Wasserkesseln
und Heißwasserbereitern
und dergleichen. Die Erfindung betrifft das Vorsehen von Einrichtungen,
die dem Benutzer eines solchen Geräts den Betriebszustand des
Geräts
anzeigen. Ein Flüssigkeitsheizgerät gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 ist aus der GB-A-2332522 bekannt.
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Hintergrund der Erfindung
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Wasserkessel
und Heißwasserbereiter
weisen gewöhnlich
Steuervorrichtungen zum Abschalten oder Verringern der Energiezufuhr
zum Heizelement des Geräts
auf, wenn das Wasser im Gerät kocht,
und auch für
den Schutz des Geräts
gegen Heizelement-Übertemperaturen,
die zum Beispiel dadurch verursacht werden, daß das Gerät eingeschaltet wird, ohne
daß vorher
Wasser eingefüllt
wurde. Solche Steuervorrichtungen machen gewöhnlich von Bimetallschaltern
Gebrauch, die so eingesellt sind, daß sie auf vorgegebene erfaßte Temperaturen ansprechen,
obwohl auch bereits elektronische Steuervorrichtungen vorgeschlagen
wurden (siehe zum Beispiel die GB-A-2228634).
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Bei
Wasserkesseln und Heißwasserbereitern
werden gewöhnlich
kleine Anzeigelampen dazu verwendet, den Betriebszustand der Steuervorrichtungen
anzuzeigen. So kann zum Beispiel eine Anzeigeleuchte mit einer Kochsensorsteuerung
verbunden sein, wobei die Leuchte in Reaktion auf das Ansprechen
der Steuervorrichtung beim Kochen des Wassers im Gerät abgeschaltet
wird. Eine weitere Anzeigeleuchte kann mit einer Heizelementschutz-Steuervorrichtung
(Übertemperatur-Steuervorrichtung)
verbunden sein, wobei das Licht angeschaltet wird, um den Benutzer
im Falle eines Überhitzens
des Heizelements im Gerät
und beim Ansprechen der Heizelementschutz-Steuervorrichtung zum Abschalten
des Geräts
zu warnen. Gewöhnlich
werden kleine Neonleuchten (Lampen) für solche Anzeigen verwendet,
obwohl in der GB-A-2228634 auch schon LEDs vorgeschlagen wurden,
wobei diese Druckschrift des weiteren auch die Verwendung von Anzeigeleuchten
für andere
Zwecke wie der Anzeige, daß das
Wasser auf eine unter dem Kochpunkt liegende Temperatur aufgeheizt
ist, die besser zur Kaffeebereitung geeignet ist, oder zur Anzeige
des Aufbaus von Ablagerungen am Heizelement des Geräts vorschlägt.
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Bimetall-Steuervorrichtungen
in Wasserkesseln und Heißwasserbereitern
ermöglichen
das einfache Vorsehen von einigen grundlegenden Zustandsanzeigen.
Elektronische Steuervorrichtungen weisen demgegenüber weit
mehr Möglichkeiten
auf, wie aus der GB-A-2228634
hervorgeht. Wenn die elektronische Steuerung ein Logikelement umfaßt, lassen
sich mit geringem Zusatzaufwand auch andere Funktionen als nur das
einfache automatische Abschalten beim Kochen und Trockenlaufen verwirklichen,
und es können
leicht alle möglichen
Arten von Betriebszustandanzeigen, Zeitablaufanzeigen und Warnfunktio nen
vorgesehen werden. Wegen der viel höheren Kosten haben die elektronischen
Steuerungen bisher nicht in Konkurrenz zu den Bimetallsteuerungen
gestanden. Die Fähigkeit
der elektronischen Steuerungen, mit geringen oder überhaupt
keinen Zusatzkosten zusätzliche
Funktionen auszuführen, schränkt jedoch
den Wettbewerbsvorteil der Bimetallsteuerungen zusehends ein.
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Aufgaben und Zusammenfassung
der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen,
die das Wettbewerbs-Gleichgewicht zugunsten der Bimetallsteuerungen
in Frage stellt.
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Erfindungsgemäß (siehe
Patentanspruch 1) weist ein elektrischer Wasserkessel oder Heißwasserbereiter
oder dergleichen eine Anzeigevorrichtung mit einer Reihe von Lichtemittern
auf, die dafür
vorgesehen sind, mit dem Aufheizen der Flüssigkeit im Gerät zunehmend
aufzuleuchten. Eine solche Anzeige bewirkt, daß der Benutzer mit einem Gradmesser für das Fortschreiten
des Aufheizens des Geräts
bis zum Kochen und der bis zum Erreichen des Kochpunktes noch verbleibenden
Zeit versehen wird, entweder als Funktion der Rate, mit der die
Lichtemitter aufleuchten, oder als Funktion der Anzahl der Lichtemitter,
die noch zu beleuchten sind. Es wird angenommen, daß eine solche
Anzeige für
den Benutzer nützlich
ist und auf diesen eine gewisse Attraktivität ausübt.
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Die
Reihe der Lichtemitter ist vorzugsweise so angeordnet, daß diese
zusammen einen einheitlichen Anzeigebereich ergeben, der zunehmend
beleuchtet wird. Zum Beispiel können
die Lichtemitter in einer Linie angeordnet sein, die nicht notwendigerweise
eine gerade Linie ist, so daß das
Fortschreiten des Aufheizens bis zum Kochen beobachtet werden kann,
wenn die aufleuchtenden Lichtemitter die Linie fortschreiten. Idealerweise
geben die Lichtemitter verschiedene Farben ab, zum Beispiel Grün bei niedrigen
Temperaturen, das beim Aufheizen bis zum Kochen über Gelb und Orange bis Rot
fortschreitet. Die Größe der Lichtemitter
kann innerhalb der Reihe zunehmen, so daß die rote Anzeige für heiß auffälliger ist
als die grüne
Anzeige für
kalt, was eine nützliche Steigerung
der Warnung ist, die der Benutzer durch die rote Anzeige erhält, daß nämlich das
Gerät eine heiße Flüssigkeit
enthält,
an der er sich verbrennen kann.
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Die
erfindungsgemäß vorgesehene
Anzeigevorrichtung kann zusätzlich
zu anderen Anzeigevorrichtungen am Gerät vorgesehen werden oder in
diese integriert werden. Zum Beispiel kann neben der erfindungsgemäßen Anzeige
für das
fortschreitende Aufheizen eine geeignete Warnanzeige mit einer Trockenlauf-Heizelementschutzsteuerung
verbunden werden, die sofort aufleuchtet, wenn das Gerät leer eingeschaltet
wird.
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Die
Reihe von Lichtemittern kann zum Beispiel durch ein Multielement-LED-Array wie dem Balkengraphik-Modul
mit zehn Elementen (vertikal oder horizontal) gebildet werden, das
von RS Components Ltd erhältlich
ist und das eine monolithische integrierte Schaltung mit Anzeigetreibern
enthält,
die aufeinanderfolgend die LEDs aufleuchten läßt, wenn eine analoge Eingangsspannung über vorgegebene Schwellenwerte
ansteigt. Zum Erzeugen einer geeigneten analogen Eingangsspannung,
die sich als Funktion der Temperatur ändert, braucht das Heizelement
des Flüssigkeitsheizelements
nur mit geeigneten Einrichtungen versehen zu werden, die auf die Temperatur
unter Abgabe einer solchen Spannung reagieren. Bei dem erfindungsgemäßen Gerät, bei dem
das Heizelement des Geräts
vom Dickschichttyp ist, umfaßt
eine solche Einrichtung einfach ein Widerstandselement mit einem
geeigneten Temperaturkoeffizienten des Widerstands, das auf das
Heizelement aufgedruckt ist. Solche Widerstandselemente sind allgemein
bekannt. Alternativ kann auch ein diskretes, auf die Temperatur
ansprechendes Widerstandselement verwendet werden.
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Die
erfindungsgemäß vorgesehene
Anzeige kann, insbesondere wenn sie mehrfarbig ist, vorteilhaft
dazu verwendet werden, die Flüssigkeitssäule in einem
Pegelanzeige-Sichtglas
des Geräts
so zu beleuchten, daß sich
die Farbe mit dem Aufheizen des Wassers ändert. Alternativ kann das
Licht der Anzeige den Hauptkörper
der Flüssigkeit
im Gerät
beleuchten, wobei ein großer,
transparenter oder lichtdurchlässiger
Wandbereich vorgesehen werden kann, der als Sichtglasfenster dient.
Der Effekt davon kann sein, daß das
Wasservolumen mit einer Farbe leuchtet, die sich beim Aufheizen ändert.
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Die
vorstehenden und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind
in den anhängenden
Patentansprüchen
genannt und gehen auch aus einer Betrachtung der folgenden Beschreibung
von beispielhaften Ausführungsformen
klar hervor, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein schematisches
Schaltbild einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
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2 ein schematisches Schaltbild
einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Genaue Beschreibung der
Ausführungsformen
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Vor
einer detaillierten Betrachtung der Ausführungsformen der 1 und 2 wird zuerst eine bevorzugte Einrichtung
zum Erhalten der gewünschten Anzeige
diskutiert. Gemäß einer
ersten Möglichkeit weist
ein Dickschicht-Heizelement in Reihe mit der Haupt-Heizleiterbahn
oder einem Teil davon einen PTCR-Abschnitt (mit einem linearen Koeffizienten, nicht
eine Vorrichtung vom Curietyp) auf, wobei der PTCR-Abschnitt eine
niedrige Leistungsdichte besitzt, so daß seine Temperatur in der Nähe der Wassertemperatur
liegt und nicht der erhöhten
Temperatur der Haupt-Leiterbahn entspricht. Der Spannungsabfall
an diesem Abschnitt beträgt
nicht mehr als 5 Volt, wenn möglich
nur 1 Volt, so daß jede
Widerstandsänderung
in dem Abschnitt auf die Leistung des Heizelements nur einen unwesentlichen
Einfluß ausübt. Der
PCTR weist einen Widerstands-Temperaturkoeffizienten von wenigstens
5000 ppm auf, damit sich der Widerstand über den Temperaturanstieg von
80° zwischen
kalt und Kochen erheblich verändert.
Ein Koeffizient von 6000 ppm ergibt etwa einen Anstieg des Widerstands
um 50% und somit einen Spannungsanstieg von 50%. Diese Spannung
wird dann zu der oben genannten Multielement- LED-Anzeige geführt, damit die Lampen mit dem
Ansteigen der Wassertemperatur zunehmend von Grün bis zu Rot eingeschaltet
werden. Parallel zu der LED-Anzeige kann eine weitere rote LED mit
einer Einschaltspannung angeordnet werden, die einer Temperatur von über 100°C entspricht,
um eine Anzeige für
ein Trockenkochen zu erhalten. Alternativ kann wie beschrieben ein
linearer PTCR auf der Leiterbahn angeordnet werden. Die am PTCR
erhaltene Ausgangsspannung wird zu einer logischen Einrichtung wie
einer ASIC geführt,
die an Anschlüsse,
die mit einer Reihe von LEDs verbunden sind, Ausgangssignale abgibt,
um diese einzuschalten, entweder eine nach der anderen mit einem
Abschalten des vorhergehenden Lichts oder in einer Folge, bei der
das vorhergehende Licht anbleibt, wenn die Temperatur ansteigt.
Ein Ratensensor in der logischen Einrichtung kann das Einsetzen
eines Trockenkochens durch Erfassen einer zu hohen Anstiegsrate
feststellen und viel früher
als bei der ersten Möglichkeit
ein rotes Warnlicht aufleuchten lassen.
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Ein
Nachteil der obigen Vorschläge
ist, daß die
Kosten für
die integrierte Leiter-LED-Anzeige ziemlich
hoch sind. Von RS Components Ltd ist auch ein Standard-LED-Array ohne integrierte
Logik erhältlich,
das beim Vorsehen einer Anzahl von Abgriffpunkten auf dem gedruckten
Heizelement verwendet werden kann, wobei die Temperaturen, an denen
die LEDs jeweils aufleuchten, durch die relativen Spannungen an
diesen Abgriffpunkten bestimmt werden. Bei diesem System ist es
schwieriger, die LEDs so anzuordnen, daß sie immer dann ausgehen,
wenn die nächste
in der Folge aufleuchtet, dies ist jedoch nicht so wichtig und es
wird möglicherweise
vom Benutzer sogar bevorzugt, wenn sie nicht ausgehen. Das Schaltbild
der 1 zeigt einen einfachen
Aufbau, bei dem ein Dickschicht-Heizelement einen Haupt-Leiterbahnbereich
in Reihe mit drei parallel geschalteten Abschnitten aufweist, die
jeweils einen Spannungsteiler bilden, der als fester Widerstand
in Reihe mit einem PTCR ausgebildet ist, der eine Ausgangsspannung
für die
LEDs abgibt. Die Werte für die
festen Widerstände
und die Eigenschaften der PTCRs werden so gewählt, daß die grüne LED nahezu sofort beim Einschalten
des Geräts
aufleuchtet, um zu zeigen, daß das
Wasser beginnt sich zu erwärmen,
die gelbe LED um 40–50° herum aufleuchtet und
die rote LED etwas über
90°C, wobei
dies die Temperaturen sind, an denen die jeweiligen Ausgangspannungen
die Zündspannungen
der LEDs erreichen.
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Bei
der Schaltungsanordnung der 1 leuchten
die LEDs nur dann, wenn das Heizelement mit Energie versorgt wird.
Dadurch wird keine Anzeige für
heißes
Wasser oder ein Trockenlaufen erhalten, nachdem das Heizelement
abgeschaltet wurde. Um dies zu ändern,
kann die Anordnung PTCR/fester Widerstand parallel zum Hauptelement
angeordnet und so geschaltet werden, daß sie immer mit Energie versorgt
wird, wenn das Gerät
mit dem Stromnetz verbunden ist. Bei einer solchen Anordnung weisen die
festen Widerstände
viel höhere
Werte auf um die vom System verbrauchte Leistung zu begrenzen, in jeder
anderen Hinsicht ist das System jedoch dem der 1 sehr ähnlich. Die 2 zeigt eine mögliche Schaltung, bei der geeignete
Werte von etwa 80 Ohm für
den PTCR und 7,4 kOhm für
den Hauptwiderstand eine 2,2 Volt-LED bei etwa 60° einschalten.
Es ist anzu merken, daß wegen
der kleineren Ströme diese
Version eine viel kleinere Änderung
(etwa die Hälfte)
in der Ausgangsspannung ergibt und daher viel empfindlicher ist
auf Toleranzabweichungen in den Widerständen der gedruckten Leiterbahnen
und den LED-Zündspannungen.
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Obwohl
es am billigsten ist, die PTCR-Widerstände einfach auf das gedruckte
Dickschichtelement aufzudrucken, können Einschränkungen
bei den zur Verfügung
stehenden Materialien zu den oben erwähnten Toleranzproblemen führen. Für die zusätzlichen
Kosten eines diskreten PTCR, möglicherweise
vom Curietyp mit einer geeigneten Anomalietemperatur oder mit einem
höheren
Koeffizienten, läßt sich
das Toleranzproblem verringern.
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Wie
erwähnt
kann eine farbige Lichtfolge dazu verwendet werden, die Flüssigkeitssäule in einem
Sichtglas so zu beleuchten, daß diese
beim Aufheizen des Wassers die Farbe ändert. Eine Erweiterung davon
ist es, das Licht in den Hauptkörper
des Wassers im Behälter
oder Kessel zu richten und einen großen transparenten Wandbereich
vorzusehen, der als Sichtglasfenster dient. Ein Beispiel für ein solches
Fenster ist am Pifco-Milleniumkrug
zu sehen, und viele Hersteller verwenden heute große transparente
Bereiche auf diese Weise. Der Effekt ist, daß ein leuchtender Wasserkörper beim
Aufheizen seine Farbe ändert,
was ein potentiell attraktives Merkmal ist.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand von bestimmten Ausführungsformen
beschrieben, wobei dies so zu verstehen ist, daß die Ausführungsformen nur beispielhaft
sind und Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne vom Umfang
der Erfindung abzuweichen, wie er in den Patentansprüchen definiert
ist.