EP0443141B1 - Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Lüfters - Google Patents

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EP0443141B1
EP0443141B1 EP90124282A EP90124282A EP0443141B1 EP 0443141 B1 EP0443141 B1 EP 0443141B1 EP 90124282 A EP90124282 A EP 90124282A EP 90124282 A EP90124282 A EP 90124282A EP 0443141 B1 EP0443141 B1 EP 0443141B1
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EP
European Patent Office
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fan
switching
arrangement according
switching arrangement
reception signal
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EP90124282A
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EP0443141A2 (de
EP0443141A3 (en
Inventor
Henry Fluhrer
Erwin Potthof
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Diehl Verwaltungs Stiftung
Original Assignee
Diehl GmbH and Co
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/20—Removing cooking fumes
    • F24C15/2021—Arrangement or mounting of control or safety systems

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for controlling a fan, in particular in the case of an extractor hood above a cooker, as a function of vapors drawing to the fan.
  • An extractor hood with a controllable fan motor is described in DE 30 39 346 A1.
  • a sensor element responsive to moisture and / or haze and / or smoke and / or heat is arranged on this.
  • This sensor element is, for example, a moisture sensor, a temperature sensor or a sensor that responds to particles.
  • DE-AS 25 18 750 describes an extractor hood, the fan of which switches as a function of a temperature difference between the temperature of the cooking fumes and the ambient temperature.
  • DE-GM 76 33 882 describes an extractor hood, the fan of which is switched by a moisture sensor.
  • the extractor hood is not controlled as a function of vapors drawing to the fan. Rather, the extractor hood is controlled by a photoelectric signal transmitter of the cooker via a photoelectric sensor.
  • the object of the invention is to propose a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning with which vapors can be detected easily and safely and used for switching the fan.
  • the above object is achieved in a circuit arrangement of the type mentioned at the outset in that an ultrasound path with an ultrasound transmitter and an ultrasound receiver is arranged in front of the fan, that a receiving circuit demodulates the signal occurring at the ultrasound receiver, and that an evaluation circuit shows temporal fluctuations in the input signal due to vapors based in the ultrasonic path, evaluates it and counts it within a time base and that a comparison circuit compares the counting result with preset values and switches the fan accordingly.
  • Air streaks in the ultrasound path thus result in rapidly fluctuating damping of the ultrasound signal received by the ultrasound receiver.
  • the receiving circuit demodulates the signal occurring at the ultrasonic receiver in such a way that a constant received signal is produced in the case of an undisturbed ultrasonic path. It has been shown that this received signal oscillates considerably when vapors enter the ultrasonic path, be it due to the formation of steam, vapor and / or heat, whereas other movements of the ambient air only cause slow fluctuations in the received signal. Vapors therefore form a harmonic component in the received signal.
  • the evaluation circuit evaluates the rapid temporal fluctuations or the harmonic component of the received signal. This generates pulses that are counted within a time base.
  • the respective count result corresponds to the intensity of the respective vapor formation. A stronger vapor formation leads to a larger count result.
  • the counting result is compared with preset values. According to the comparison result, the fan is switched on or off, in particular step by step.
  • An optical display can also be switched simultaneously with the fan.
  • An extractor hood (2) arranged above a hob (1) has a fan (3).
  • a filter mat (5) is provided between an intake grille (4) of the extractor hood (2) and the fan (3).
  • An ultrasonic path (6) is provided between the filter mat (5) and the suction grille (4). This is formed by an ultrasound transmitter (7) and an ultrasound receiver (8).
  • the ultrasonic transmitter (7) works, for example, at a frequency of 200 kHz.
  • An amplifier and demodulator (9) is connected downstream of the receiver (8).
  • the demodulated received signal (Ua) occurs at its output. This is connected to an evaluation circuit (10), which is followed by a comparison circuit (11).
  • the transmitter (7) does not have to work continuously. It can be operated in pulse mode. In this case, the transmitter and the receiver can be formed from the same component. Only one ultrasound element is therefore required for the circuit arrangement.
  • the received signal (Ua) is applied to comparators (12, 13) in the evaluation circuit (10).
  • the received signal (Ua) is due to a timing element (14) which is formed by resistors (R1, R2) and a capacitor (C).
  • the timing element generates a mean lag level (Un) which is delayed in relation to the received signal (Ua). Certain harmonic components of the received signal (Ua) are smoothed in the lag level (Un).
  • the mean lag level (Un) is applied to the one input of two differential amplifiers (15, 16), at the other inputs of which there are adjustable resistors (R3 and R4).
  • a positive switching level (Un +) which is connected to the other input of the comparator (12).
  • a negative switching level (Un-) which is connected to the other output of the comparator (13).
  • FIG. 3a shows a reception signal (Ua), which results, for example, when vapors occur in the ultrasound path (6) for a short time.
  • the positive switching level (Un +) and the negative switching level (Un-) resulting from this received signal (Ua) are shown.
  • the output of the comparator (12) is at a set input of a flip-flop (17).
  • the output of the comparator (13) is connected to a reset input of the flip-flop (17).
  • the time constant of the timing element (14) is selected such that it detects the harmonic components of the received signal (Ua) that are generated by vapors. If the time constant is chosen to be significantly larger, then movements in the ambient air are also detected.
  • the number of pulses of the flip-flop (17) is counted in a counter (18). This is always reset after a certain time (time base) via a clock circuit (19).
  • the time base is approximately 20 s, for example.
  • the counting result in the respective time base is stored in a buffer (20) of the comparison circuit (11). This is also deleted cyclically with the clock circuit (19) via a latch connection.
  • a comparison logic (21) takes over the respective counting result from the buffer (20).
  • switch-on values are applied to the comparison logic (21) via coding switches (22) and, on the other hand, switch-off values are set via coding switches (23).
  • the comparison logic (21) for example, three switching stages (St1, St2, St3) of the fan (3) can be switched.
  • the switch-on values it is predetermined at which value of the buffer store (20) the stage (St1) or the stage (St2) or the stage (St3) should turn on.
  • the switch-off values determine the value at which the buffer (20) the fan (3) should switch back. Through the different selection of the switch-on values and the switch-off values, a desired hysteresis of the switching behavior of the fan (3) can be achieved.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Lüfters, insbesondere bei einer Dunstabzugshaube über einem Kochherd, in Abhängigkeit von zum Lüfter ziehenden Wrasen.
  • Eine Dunstabzugshaube mit einem regelbaren Gebläsemotor ist in der DE 30 39 346 A1 beschrieben. An dieser ist ein auf Feuchtigkeit und/oder Dunst und/oder Rauch und/oder Wärme ansprechendes Sensorelement angeordnet. Dieses Sensorelement ist beispielsweise ein Feuchtigkeitsfühler, ein Temperaturfühler oder ein Fühler, der auf Partikel anspricht.
  • In der DE-AS 25 18 750 ist eine Dunstabzugshaube beschrieben, deren Ventilator in Abhängigkeit von einer Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Kochdünste und der Umgebungstemperatur schaltet.
  • Das DE-GM 76 33 882 beschreibt eine Dunstabzugshaube, deren Ventilator durch einen Feuchtigkeitsfühler geschaltet wird.
  • In der US-PS 3 625 135 ist eine Dunstabzugshaube erläutert, deren Ventilator in Abhängigkeit von Partikeln im Kochdunst geschaltet wird.
  • Es hat sich gezeigt, daß eine temperaturabhängige Steuerung des Lüfters problematisch ist, da die Temperatur in den Wrasen im Bereich der Dunstabzugshaube nicht so entscheidend größer als die Umgebungstemperatur ist, daß dies leicht zur Steuerung des Lüfters ausgenutzt werden könnte. Feuchtigkeitsfühler oder Partikelfühler führen ebenfalls nicht einfach zu der gewünschten Steuerung. Darüber hinaus sind solche Fühler aufwendig.
  • Nach der DE 32 45 302 wird die Dunstabzugshaube nicht in Abhängigkeit von zum Lüfter ziehenden Wrasen gesteuert. Die Dunstabzugshaube wird vielmehr über einen fotoelektrischen Sensor von einem fotoelektrischen Signalgeber des Kochherdes gesteuert.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art vorzugschlagen, mit der sich Wrasen einfach und sicher erfassen und zum Schalten des Lüfters ausnutzen lassen.
  • Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß vor dem Lüfter eine Ultraschallstrecke mit einem Ultraschallsender und einem Ultraschallempfänger angeordnet ist, daß eine Empfangsschaltung das am Ultraschallempfänger auftretende Signal demoduliert, daß eine Auswerteschaltung zeitliche Schwankungen des Eingangssignals, die auf Wrasen in der Ultraschallstrecke beruhen, auswertet und diese innerhalb einer Zeitbasis zählt und daß eine Vergleichsschaltung das Zählergebnis mit voreingestellten Werten vergleicht und dementsprechend den Lüfter schaltet.
  • Es wurde gefunden, daß der Kochvorgang auf einem Kochherd durch die Wrasenentwicklung, d. h. Dampf-, Dunst-, und/oder Hitzebildung, zu Luftschlieren im Bereich der Dunstabzugshaube führt. Weiterhin wurde gefunden, daß solche Luftschlieren die Ausbreitungscharakteristik von Ultraschall beträchtlich beeinflussen. Dies läßt sich darauf zurückführen, daß die Schwankungen der Luftdichte darstellenden Luftschlieren an Grenzflächen nach den Brechungsgesetzen zu Schallstreuungen führen.
  • Luftschlieren in der Ultraschallstrecke haben somit zeitlich schnell schwankende Dämpfungen des vom Ultraschallempfänder empfangenen Ultraschallsignals zur Folge.
  • Die Empfangsschaltung demoduliert das am Ultraschallempfänger auftretende Signal in der Weise, daß bei einer ungestörten Ultraschallstrecke ein konstantes Empfangssignal entsteht. Es hat sich gezeigt, daß dieses Empfangssignal beträchtlich oszilliert, wenn Wrasen, sei es durch Dampf-, Dunst- und/oder Hitzebildung in die Ultraschallstrecke gelangen, wogegen andere Bewegungen der Umgebungsluft nur langsame Schwankungen des Empfangssignals hervorrufen. Wrasen bilden also einen Oberwellenanteil in dem Empfangssignal.
  • Die Auswerteschaltung wertet die schnellen zeitlichen Schwankungen bzw. den Oberwellenanteil des Empfangssignals aus. Dabei werden Impulse erzeugt, die innerhalb einer Zeitbasis gezählt werden. Das jeweilige Zählergebnis entspricht der Intensität der jeweiligen Wrasenbildung. Eine stärkere Wrasenbildung führt zu einem größeren Zählergebnis.
  • Mit der Vergleichsschaltung wird das Zählergebnis mit voreingestellten Werten verglichen. Entsprechend des Vergleichsergebnisses wird der Lüfter, insbesondere stufenweise, ein- oder abgeschaltet.
  • Gleichzeitig mit dem Lüfter kann auch eine optische Anzeige geschaltet werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1 eine Dunstabzugshaube über einem Kochfeld schematisch,
    • Figur 2 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung der Dunstabzugshaube und
    • Figur 3 Signaldiagramme.
  • Eine über einem Kochfeld(1) angeordnete Dunstabzugshaube (2) weist einen Lüfter(3) auf. Zwischen einem Ansauggitter(4) der Dunstabzugshaube(2) und dem Lüfter(3) ist eine Filtermatte(5) vorgesehen. Zwischen der Filtermatte(5) und dem Ansauggitter(4) ist eine Ultraschall-Strecke(6) vorgesehen. Diese ist von einem Ultraschall-Sender(7) und einem Ultraschall-Empfänger(8) gebildet.
  • Der Ultraschall-Sender(7) arbeitet beispielsweise mit einer Frequenz von 200 kHz. Dem Empfänger(8) ist ein Verstärker und Demodulator(9) nachgeschaltet. An dessen Ausgang tritt das demodulierte Empfangssignal(Ua) auf. Dieses ist an eine Auswerteschaltung(10) gelegt, welcher eine Vergleichsschaltung(11) nachgeschaltet ist.
  • Der Sender(7) muß nicht im Dauerbetrieb arbeiten. Er kann im Puls-Betrieb betrieben werden. In diesem Falle können der Sender und der Empfänger vom gleichen Bauteil gebildet sein. Für die Schaltungsanordnung ist damit nur ein Ultraschallelement erforderlich.
  • Das Empfangssignal(Ua) ist in der Auswerteschaltung(10) an Komparatoren(12,13) gelegt. Außerdem liegt das Empfangssignal(Ua) an einem Zeitglied(14), das von Widerständen(R1,R2) und einem Kondensator(C) gebildet ist. Das Zeitglied erzeugt einen gegenüber dem Empfangssignal(Ua) zeitverzögerten mittleren Nachlaufpegel(Un). Gewisse Oberwellenanteile des Empfangssignals(Ua) sind in dem Nachlaufpegel(Un) geglättet.
  • Der mittlere Nachlaufpegel(Un) ist an jeweils den einen Eingang von zwei Differenzverstärkern(15,16) gelegt, an deren jeweils anderen Eingängen einstellbare Widerstände(R3 bzw. R4) liegen. Am Ausgang des Differenzverstärkers(15) ergibt sich damit ein positiver Schaltpegel(Un+), der an den anderen Eingang des Komparators(12) gelegt ist. Am Ausgang des Differenzverstärkers(16) entsteht ein negativer Schaltpegel(Un-), der an den anderen Ausgang des Komparators(13) gelegt ist. In Figur 3a ist ein sich beispielsweise beim Auftreten von Wrasen in der Ultraschall-Strecke(6) ergebendes Empfangssignal(Ua) während einer kurzen Zeit dargestellt. Außerdem ist der sich aus diesem Empfangssignal(Ua) ergebende positive Schaltpegel(Un+) und der negative Schaltpegel(Un-) dargestellt.
  • Der Ausgang des Komparators(12) liegt an einem Setzeingang eines Flip-Flops(17). Der Ausgang des Komparators(13) ist an einen Rücksetzeingang des Flip-Flops(17) angeschlossen.
  • Wenn das Empfangssignal(Ua) den positiven Schaltpegel(Un+) schneidet, entsteht am Flip-Flop(17) ein Setzimpuls. Wenn das Empfangssignal(Ua) den negativen Schaltpegel(Un-) schneidet, entsteht am Flip-Flop(17) ein Rücksetzimpuls. Daraus ergibt sich am Ausgang des Flip-Flops(17) eine Impulsfolge (vgl. Figur 3b). In Figur 3b sind nur zwei solcher Impulse dargestellt. Je kleiner die Hysterese zwischen dem positiven Schaltpegel(Un+) und dem negativen Schaltpegel(Un-) ist, desto feinere Amplitudenschwankungen des Empfangssignals(Ua) werden erfaßt, d. h. führen zu Impulsen am Ausgang des Flip-Flops(17). Die Größe dieser Hysterese ist proportional zu dem absoluten Pegel des Empfangssignals (Ua). Dadurch wird eine weitgehend gleichbleibende Empfindlichkeit gewährleistet, auch wenn sich das Empfangssignal(Ua) im Laufe der Zeit aufgrund von unvermeidbaren Verschmutzungen des Senders(7) und des Empfängers(8) abschwächt.
  • Die Zeitkonstante des Zeitgliedes(14) ist so gewählt, daß sie die durch Wrasen entstehende Oberwellenanteile des Empfangssignals(Ua) erfaßt. Wird die Zeitkonstante wesentlich größer gewählt, dann werden auch Bewegungen der Umgebungsluft erfaßt.
  • Die Anzahl der Impulse des Flip-Flops(17) wird in einem Zähler(18) gezählt. Dieser wird über eine Taktschaltung (19) nach einer gewissen Zeit (Zeitbasis) immer wieder zurückgesetzt. Die Zeitbasis beträgt beispielsweise etwa 20 s.
  • Das Zählergebnis in der jeweiligen Zeitbasis wird in einem Zwischenspeicher(20) der Vergleichsschaltung(11) abgelegt. Dieser wird ebenfalls mit der Taktschaltung(19) über einen Latch-Anschluß zyklisch gelöscht.
  • Eine Vergleichslogik(21) übernimmt aus dem Zwischenspeicher(20) das jeweilige Zählergebnis. An die Vergleichslogik(21) sind einerseits über Kodierschalter (22) Einschaltwerte und andererseits über Kodierschalter (23) Ausschaltwerte gelegt. Mit der Vergleichslogik(21) sind beispielsweise drei Schaltstufen (St1,St2,St3) des Lüfters(3) zu schalten. Durch die Festlegung der Einschaltwerte ist vorbestimmt, bei welchen Wert des Zwischenspeichers(20) die Stufe(St1) bzw. die Stufe(St2) bzw. die Stufe(St3) einschalten soll. Die Ausschaltwerte legen fest, bei welchem Wert des Zwischenspeichers(20) der Lüfter(3) zurückschalten soll. Durch die unterschiedliche Wahl der Einschaltwerte und der Ausschaltwerte läßt sich eine gewünschte Hysterese des Schaltverhaltens des Lüfters(3) erreichen.
  • Es hat sich gezeigt, daß durch die beschriebene Schaltungsanordnung der Lüfter(3) mit bei einem Kochvorgang intensiver werdenden Wrasen selbsttätig in seinen drei Stufen hochschaltet und bei abnehmender Wrasenbildung wieder bis zum Stillstand zurückschaltet.

Claims (9)

  1. Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Lüfters, insbesondere bei einer Dunstabzugshaube über einem Kochherd, in Abhängigkeit von zum Lüfter ziehenden Wrasen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß vor dem Lüfter(3) eine Ultraschall-Strecke(6) mit einem Ultraschall-Sender(7) und einem Ultraschall-Empfänger(8) angeordnet ist, daß eine Empfangsschaltung (9) das am Ultraschall-Empfänger(8) auftretende Signal demoduliert, daß eine Auswerteschaltung(10) zeitliche Schwankungen des Empfangssignals(Ua), die auf Wrasen in der Ultraschall-Strecke(6) beruhen, auswertet und diese innerhalb einer Zeitbasis zählt und daß eine Vergleichsschaltung(11) das Zählergebnis mit voreingestellten Werten vergleicht und dementsprechend den Lüfter(3) schaltet.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Ultraschall-Strecke(6) vor einer Filtermatte(5) der Dunstabzugshaube(2) vorgesehen ist, hinter der der Lüfter(3) angeordnet ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vergleichsschaltung(11) den Lüfter(3) mehrstufig schaltet.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Auswerteschaltung(10) aus dem zeitlich schwankenden Empfangssignal(Ua) einen positiven (Un+) und einen negativen (Un-), jeweils gegenüber dem Empfangssignal(Ua) verzögerten Schaltpegel bildet und daß ein erster Komparator(12) bei Gleichheit des positiven Schaltpegels mit einem Oberwellenanteil des Empfangssignals(Ua) an ein Flip-Flop(17) einen Setzimpuls gibt und daß ein zweiter Komparator(13) bei Gleichheit des negativen Schaltpegels(Un-) mit dem Oberwellenanteil des Empfangssignals(Ua) an das Flip-Flop(17) einen Rücksetzimpuls gibt.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Zähler(18) die innerhalb der Zeitbasis auftretenden Impulse des Flip-Flops(17) zählt.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Zeitglied(14) aus dem Empfangssignal(Ua) einen verzögerten und hinsichtlich des Oberwellenanteils geglätteten Nachlaufpegel(Un) erzeugt und daß aus diesem über Differenzverstärker(15,16) der positive und der negative Schaltpegel(Un+ bzw. Un-) gebildet sind.
  7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Zwischenspeicher(20) der Vergleichsschaltung(11) das Zählergebnis des Zählers(18) aufnimmt und daß der Zwischenspeicher(20) an eine Vergleichslogik(21) angeschlossen ist, an die über Kodierschalter(22,23) die voreingestellten Werte gelegt sind.
  8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mittels der Kodierschalter(22,23) voreingestellte Werte für das Einschalten und das Ausschalten mehrerer Stufen des Lüfters(3) einstellbar sind.
  9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vergleichslogik(21) auch eine Anzeige des Schaltzustandes des Lüfters(3) steuert.
EP90124282A 1990-02-21 1990-12-14 Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Lüfters Expired - Lifetime EP0443141B1 (de)

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DE4005363A DE4005363A1 (de) 1990-02-21 1990-02-21 Schaltungsanordnung zur steuerung eines luefters

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EP0443141A2 EP0443141A2 (de) 1991-08-28
EP0443141A3 EP0443141A3 (en) 1991-10-02
EP0443141B1 true EP0443141B1 (de) 1992-11-11

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EP90124282A Expired - Lifetime EP0443141B1 (de) 1990-02-21 1990-12-14 Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Lüfters

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