EP0786923A2 - Schaltungssystem für den Übertemperaturschutz der Glaskeramikplatte eines Kochfeldes - Google Patents

Schaltungssystem für den Übertemperaturschutz der Glaskeramikplatte eines Kochfeldes Download PDF

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EP0786923A2
EP0786923A2 EP96103542A EP96103542A EP0786923A2 EP 0786923 A2 EP0786923 A2 EP 0786923A2 EP 96103542 A EP96103542 A EP 96103542A EP 96103542 A EP96103542 A EP 96103542A EP 0786923 A2 EP0786923 A2 EP 0786923A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
glass ceramic
circuit system
control device
temperature
ceramic plate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP96103542A
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English (en)
French (fr)
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EP0786923A3 (de
Inventor
Jürgen Dipl.-Ing. Luther
Jürgen Dipl.-Ing. Leikam
Bernd Dipl.-Ing. Gehrke
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AEG Hausgeraete GmbH
Original Assignee
AEG Hausgeraete GmbH
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Publication date
Application filed by AEG Hausgeraete GmbH filed Critical AEG Hausgeraete GmbH
Publication of EP0786923A2 publication Critical patent/EP0786923A2/de
Publication of EP0786923A3 publication Critical patent/EP0786923A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • H05B3/746—Protection, e.g. overheat cutoff, hot plate indicator
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/04—Heating plates with overheat protection means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2213/00—Aspects relating both to resistive heating and to induction heating, covered by H05B3/00 and H05B6/00
    • H05B2213/07—Heating plates with temperature control means

Definitions

  • the invention relates to a circuit system for protecting the glass ceramic plate of a hob to be heated by an electric heating element against excess temperatures.
  • the glass ceramic temperature In order to prevent damage and destruction of the glass ceramic plate due to impermissible excess temperatures, the glass ceramic temperature must be constantly monitored during cooking. According to the manufacturer, the critical glass ceramic temperature is around 580 ° C at the hottest point when the glass ceramic plate is idle on the top.
  • Known circuit systems use a so-called rod regulator as a mechanical temperature limiter for the glass ceramic plate. This rod regulator is arranged above the radiator, which is preferably designed as a heating coil, and expands when exposed to heat. The expansion behavior of the rod regulator influences a contact device for switching the electrical power supply for the radiator on and off.
  • a disadvantage of the known circuit system is the large spatial distance between the glass ceramic plate and the rod regulator.
  • the rod controller is always faked as a glass ceramic temperature that deviates significantly from the true temperature value.
  • the maximum permissible glass ceramic temperature must therefore be set relatively low, so that the efficiency of the hob remains low.
  • the circuit system must therefore be carefully adjusted before commissioning.
  • the rod controller also decelerates due to its close spatial arrangement to the heating coils, the heating process, since it is exposed to a high proportion of radiation, which leads to a rapid expansion of the rod and thus to early switching off of the power (see FIGS. 3 and 4).
  • the invention has for its object to improve the protection of the glass ceramic plate of a hob against excess temperatures.
  • the mechanical temperature limiter is replaced exclusively by electronic means. This means that the response times, i.e. the hysteresis of the circuit system as well as the heating-up times are greatly reduced. Due to the low hysteresis, no large temperature tolerances need to be taken into account when operating the circuit system.
  • the precise mode of operation of the circuit system according to the invention also enables a larger predetermined maximum permissible glass ceramic temperature. If the measured temperature on the glass ceramic plate corresponds to the predetermined temperature, the load circuit is switched off by the control device. According to the invention, this shutdown takes place with the same level of safety for the glass ceramic plate only at a higher measured temperature, so that the degree of utilization of the glass ceramic plate is advantageously increased.
  • the circuit system according to the invention can be easily integrated into control systems for controlling the heating power of the glass ceramic plate.
  • the control device can advantageously perform a double function by using the load circuit on the one hand to protect the temperature of the glass ceramic plate and on the other hand controls for the heating power control in an automatic cooking or cooking process.
  • an electronic sensor measures the glass ceramic temperature to a certain extent directly on the glass ceramic plate. This measurement enables a quick and accurate detection of the current glass ceramic temperature and therefore supports the great certainty in determining the really critical glass ceramic temperature at which the load circuit must be switched off.
  • the direct temperature measurement on the glass ceramic plate also contributes to the fact that the predetermined - maximum permissible glass ceramic temperature can be set higher.
  • control device controls an electronic switching element of the load circuit.
  • This electronic switching element supports short response times of the circuit system due to its fast switching capacity.
  • this circuit element works silently.
  • spark gaps and premature material wear are avoided, so that the operational safety of the entire hob is improved.
  • Claim 3 proposes a particularly simple control or regulation of the load circuit with the aid of a pulse packet control.
  • Claim 4 takes into account the safety regulations to be observed in the circuit system according to the invention.
  • a control circuit containing the control device and the load circuit are electrically isolated from one another.
  • claim 4 proposes an optoelectronic coupling of both circuits.
  • Claim 5 proposes a particularly space-saving and proven component in practice as an optoelectronic coupling.
  • Claim 6 relates to a safety measure in the event that the glass ceramic temperature continues to rise despite the measurement of the predetermined maximum permissible temperature.
  • the control device controls a switch connected in series in the load circuit and thereby interrupts the load circuit (protective shutdown).
  • the switch is preferably designed as a relay contact.
  • the protective shutdown can then be reversible or irreversible.
  • the relay is controlled dynamically by the control device, i.e. if the control is faulty, the relay drops out automatically, thereby interrupting the load circuit.
  • Claim 7 proposes, as an essential component of the control device, a microprocessor for the rapid and intelligent control of the load circuit.
  • the functional sequence of the microprocessor is monitored by a second microprocessor. This monitoring supports the operational safety of the circuit system even in the event of errors, e.g. in the event of a short circuit or an earth fault.
  • Claim 9 relates to a preferred arrangement of the electronic sensor for direct measurement of the glass ceramic temperature.
  • the senor is a temperature-dependent electrical resistance in the form of a conductor track arranged on the underside of the glass ceramic plate.
  • This conductor track designed as a gold track structure, has particularly favorable properties with regard to the electrical conductivity and the mechanical intrinsic stability and thereby supports an exact temperature measurement.
  • the conductor track sensor spans the glass ceramic plate approximately diametrically, an average temperature of the glass ceramic plate being determined by integrating the temperature profile along the conductor track.
  • the hottest temperature of the glass ceramic plate is preferably determined using a sensor having two electrodes, between which the electrical resistance of the glass ceramic plate is measured.
  • a conductor track sensor advantageously has a double function in that it also serves as an electrode of the sensor according to claim 13.
  • the circuit system shown in FIG. 1 and FIG. 2 serves to protect the glass ceramic plate of a hob to be heated by an electric heating element 1 against excess temperatures.
  • the radiator 1 is part of a one, two or three-phase load circuit 2.
  • the load circuit 2 is physically separated from a control circuit. This separation is indicated by a broken line 4 (Fig. 1, Fig. 2).
  • the control circuit contains a control device 3, to which two electronic sensors, a conductor track sensor 5 and a ceramic sensor 6 are connected. An average temperature is measured with the aid of the conductor track sensor 5 and the hottest temperature of the glass ceramic plate with the ceramic sensor 6 (FIG. 3, FIG. 4).
  • the sensors 5, 6 emit the sensor signals to the control device 3.
  • the sensor signals are processed in this control device 3 and compared with a predetermined, maximum permissible glass ceramic temperature T v . If the measured temperature value reaches or exceeds the maximum permissible glass ceramic temperature T v , the control device 3 controls the load circuit 2 of the heating element 1 electronically and reduces or interrupts the electrical power supplied to the heating element 1 until the measured temperature value falls below the predetermined glass ceramic temperature T v again.
  • an electronic switching element 7 is connected in series in the load circuit 2. This switching element 7 closes, reduces and interrupts in load circuit 2 depending on a control signal from the control device.
  • the switching element 7 is a pulse packet controller designed with a triac.
  • the control input 8 of the triac is driven by a signal output 9 of the control device which supplies the control signal.
  • the control device and the switching element 7 are optoelectronically coupled by a phototransistor 10 and thereby galvanically separated from one another at the dividing line 4.
  • the operating voltage of the radiator 1 is also galvanically isolated from the operating voltage of the control device 3 by an isolating transformer 11.
  • the AC voltage on the secondary side of the isolating transformer 11 is converted to an operating voltage suitable for the control device 3.
  • the circuit included in the control circuit is to be implemented in protective extra-low voltage and with an 8 mm isolating path.
  • a relay K1 is also connected in series. In the event of a fault, this relay K1 is controlled by the control device and thereby interrupts the entire load circuit 2 (protective shutdown). The fault occurs when the predetermined glass ceramic temperature T v is exceeded despite the control of the switching element 7. This load circuit interruption can be reversible or irreversible. For safety, relay K1 is controlled dynamically, ie relay K1 drops out automatically if the control is faulty.
  • the load circuit 2 can be switched off by an operator by means of a main switch 12 (3 mm isolating distance).
  • a main switch 12 (3 mm isolating distance).
  • the control circuit remains constantly live.
  • the main switch 12 can be bridged by a second relay K2 in the control circuit until, for example, certain safety functions (residual heat indicator) have been processed and the entire system then automatically switches to the de-energized state (to save energy).
  • the control circuit When the main switch is actuated, the control circuit is energized, the control unit 3 controls the relay K2 and the main switch is bridged via the relay contact K2. If the main switch 12 is switched off (load circuit de-energized), the control circuit is supplied with current until, for example, the residual heat is undershot and the relay K2 drops out via the control unit 3 and the entire system is automatically de-energized.
  • the control device 3 contains, as an essential component, a microprocessor ⁇ P1 for processing the sensor signal and for controlling the load circuit 2.
  • a microprocessor ⁇ P1 for processing the sensor signal and for controlling the load circuit 2.
  • a short circuit or an earth fault must not override the function of the circuit system.
  • the control device contains a second microprocessor ⁇ P2, which monitors the microprocessor ⁇ P1 for functionality and plausibility.
  • the electronic sensors 5, 6 are arranged directly on the underside of the glass ceramic plate.
  • the conductor path sensor 5 is a conductor path-shaped and temperature-dependent electrical resistance, the conductor path of which spans the glass ceramic plate approximately diametrically.
  • the conductor track sensor is mainly used for control tasks to regulate the heating output below the predetermined maximum permissible glass ceramic temperature T v (however, this is not absolutely necessary for overtemperature protection).
  • the ceran sensor 6 is used to monitor whether the measured glass ceramic temperature reaches or exceeds the predetermined temperature T v . It detects the hottest temperature of the glass ceramic plate by measuring the electrical resistance of the glass ceramic plate between two electrodes.
  • the ceramic sensor 6 measures the hottest temperature and the conductor track sensor 5 measures the average temperature of the glass ceramic plate. As long as the temperature value measured by the Ceran sensor 6 remains below the predetermined temperature T v , the control device does not interrupt the load circuit 2. The heating power for the saucepan or the like placed on the glass ceramic plate therefore rises continuously.
  • the control device controls the load circuit 2 and interrupts the power supply for the heating element 1 via the relay contact K1, so that no heating power is delivered to the saucepan.
  • the control device drives the load circuit 2 again in order to close it. Heating output is again given to the saucepan. This protective shutdown is superimposed on the actual temperature control (double safety).
  • a permanent protective shutdown is also conceivable. While in a normal control process theoretically no protective shutdown can occur because an overtemperature is avoided, a protective shutdown that occurs nevertheless indicates a significant malfunction, the remedy of which should be left to customer service.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

Ein Schaltungssystem für den Schutz der durch einen elektrischen Heizkörper (1) aufzuheizenden Glaskeramikplatte eines Kochfeldes gegen Übertemperaturen enthält mindestens einen elektronischen Sensor (5,6) und eine Steuereinrichtung (3). Der Sensor (5,6) mißt an der Glaskeramikplatte deren Temperatur und gibt sie an die Steuereinrichtung (3) ab. Die Steuereinrichtung (3) verarbeitet das Sensorsignal und vergleicht es mit einer vorbestimmten höchstzulässigen Glaskeramiktemperatur (Tv) derart, daß die Steuereinrichtung (3) den Laststromkreis (2) des Heizkörpers (1) elektronisch ansteuert und die dem Heizkörper (1) zugeführte Leistung reduziert bzw. unterbricht, wenn die gemessene Temperatur die vorbestimmte Temperatur (Tv) erreicht bzw. überschreitet. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schaltungssystem für den Schutz der durch einen elektrischen Heizkörper aufzuheizenden Glaskeramikplatte eines Kochfeldes gegen Übertemperaturen.
  • Um Beschädigungen und Zerstörungen der Glaskeramikplatte aufgrund von unzulässigen Übertemperaturen zu verhindern, muß die Glaskeramiktemperatur während des Kochbetriebes ständig überwacht werden. Nach Herstellerangaben beträgt die kritische Glaskeramiktemperatur etwa 580°C im heißesten Punkt bei Leerlautbetrieb der Glaskeramikplatte an deren Oberseite. Vorbekannte Schaltungssysteme verwenden einen sogenannten Stabregler als mechanischen Temperaturbegrenzer für die Glaskeramikplatte. Dieser Stabregler ist oberhalb des vorzugsweise als Heizwendel ausgestalteten Heizkörpers angeordnet und dehnt sich bei Hitze aus. Das Ausdehnungsverhalten des Stabreglers beeinflußt eine Kontaktvorrichtung zum Ein- und Ausschalten der elektrischen Leistungszufuhr für den Heizkörper. Nachteilig an dem vorbekannten Schaltungssystem ist die große räumliche Distanz zwischen der Glaskeramikplatte und dem Stabregler. Dem Stabregler wird dadurch immer eine vom wahren Temperaturwert erheblich abweichende Glaskeramiktemperatur vorgetäuscht. Aus Sicherheitsgründen muß deshalb die höchstzulässige Glaskeramiktemperatur verhältnismäßig niedrig angesetzt werden, so daß der Wirkungsgrad des Kochfeldes gering bleibt. Außerdem treten bei den Stabreglern große Fertigungsstreuungen auf. Das Schaltungssystem muß deshalb vor der Inbetriebnahme aufwendig justiert werden. Weiterhin verzögert der Stabregler aufgrund seiner nahen räumlichen Anordnung zu den Heizwendeln den Aufheizvorgang, da er mit einem hohen Strahlungsanteil beaufschlagt wird, was zu einer raschen Ausdehnung des Stabes und somit zur frühzeitigen Abschaltung der Leistung führt (vgl. Fig 3 und 4).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schutz der Glaskeramikplatte eines Kochfeldes gegen Übertemperaturen zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird der mechanische Temperaturbegrenzer ausschließlich durch elektronische Mittel ersetzt. Dadurch sind die Ansprechzeiten, d.h. die Hysterese des Schaltungssystems sowie auch die Aufheizzeiten stark reduziert. Aufgrund der geringen Hysterese müssen auch keine großen Temperaturtoleranzen beim Betrieb des Schaltungssystems berücksichtigt werden. Die genaue Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Schaltungssystems ermöglicht außerdem eine größere vorbestimmte höchstzulässige Glaskeramiktemperatur. Entspricht die gemessene Temperatur an der Glaskeramikplatte der vorbestimmten Temperatur, wird der Laststromkreis von der Steuereinrichtung abgeschaltet. Erfindungsgemäß findet dieses Abschalten bei gleichbleibender Sicherheit für die Glaskeramikplatte erst bei einer höheren gemessenen Temperatur statt, so daß der Auslastungsgrad der Glaskeramikplatte vorteilhaft vergrößert ist.
  • Das erfindungsgemäße Schaltungssystem kann problemlos in Regelsysteme zur Regelung der Heizleistung der Glaskeramikplatte integriert werden. Hierbei kann die Steuereinrichtung vorteilhaft eine Doppelfunktion übernehmen, indem sie den Laststromkreis einerseits zum Temperaturschutz der Glaskeramikplatte und andererseits für die Heizleistungsregelung bei einem automatischen Koch- oder Garprozeß ansteuert.
  • Beim erfindungsgemäßen Schaltungssystem mißt ein elektronischer Sensor die Glaskeramiktemperatur gewissermaßen direkt an der Glaskeramikplatte. Diese Messung ermöglicht eine rasche und genaue Erfassung der aktuellen Glaskeramiktemperatur und unterstützt deshalb die große Sicherheit bei der Ermittlung der wirklich kritischen Glaskeramiktemperatur, bei der der Laststromkreis abgeschaltet werden muß. Zudem trägt auch die direkte Temperaturmessung an der Glaskeramikplatte dazu bei, daß die vorbestimmte - höchstzulässige Glaskeramiktemperatur höher angesetzt werden kann.
  • Gemäß Anspruch 2 steuert die Steuereinrichtung ein elektronisches Schaltelement des Laststromkreises an. Der Einsatz dieses elektronischen Schaltelements unterstützt durch sein schnelles Schaltvermögen kurze Ansprechzeiten des Schaltungssystems. Darüber hinaus arbeitet dieses Schaltungselement geräuschlos. Außerdem werden im Gegensatz zu mechanischen Schaltern Funkenstrecken und ein vorzeitiger Materialverschleiß vermieden, so daß die Betriebssicherheit des gesamten Kochfeldes verbessert wird.
  • Anspruch 3 schlägt eine besonders einfache Ansteuerung bzw. Regelung des Laststromkreises mit Hilfe einer Impulspaketsteuerung vor.
  • Anspruch 4 berücksichtigt die beim erfindungsgemäßen Schaltungssystem einzuhaltenden Sicherheitsvorschriften. Ein die Steuereinrichtung enthaltener Steuerkreis und der Laststromkreis sind galvanisch voneinander getrennt. Hierzu schlägt Anspruch 4 eine optoelektronische Kopplung beider Stromkreise vor.
  • Anspruch 5 schlägt ein besonders platzsparendes und in der Praxis bewährtes Bauelement als optoelektronische Kopplung vor.
  • Anspruch 6 betrifft eine Sicherheitsmaßnahme für den Fall, daß die Glaskeramiktemperatur trotz Messung der vorbestimmten höchstzulässigen Temperatur weiter ansteigt. In diesem Fehlerfall steuert die Steuereinrichtung einen im Laststromkreis in Reihe geschalteten Schalter an und unterbricht dadurch den Laststromkreis (Schutzabschaltung). Vorzugsweise ist der Schalter als Relaiskontakt ausgebildet. Die Schutzabschaltung kann dann reversibel oder irreversibel erfolgen. Zur Sicherheitsverbesserung dieser Schutzabschaltung wird das Relais von der Steuereinrichtung dynamisch angesteuert, d.h. bei fehlerhafter Ansteuerung fällt das Relais automatisch ab und unterbricht dadurch den Laststromkreis.
  • Anspruch 7 schlägt als wesentlichen Bestandteil der Steuereinrichtung einen Mikroprozessor für die rasche und intelligente Ansteuerung des Laststromkreises vor.
  • Nach Anspruch 8 wird der Funktionsablauf des Mikroprozessors durch einen zweiten Mikroprozessor überwacht. Diese Überwachung unterstützt die Betriebssicherheit des Schaltungssystems auch bei eventuellen Fehlerfällen, z.B. bei einem Kurzschluß oder einem Erdungsfehler.
  • Anspruch 9 betrifft eine bevorzugte Anordnung des elektronischen Sensors zur direkten Messung der Glaskeramiktemperatur.
  • Die Ansprüche 10-14 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des elektronischen Sensors. In einer Ausführungsform ist der Sensor ein an der Unterseite der Glaskeramikplatte angeordneter, temperaturabhängiger elektrischer Widerstand in Form einer Leiterbahn. Diese Leiterbahn hat als Goldbahnstruktur ausgebildet besonders günstige Eigenschaften hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit und der mechanischen Eigenstabilität und unterstützt dadurch eine exakte Temperaturmessung. Der Leiterbahn-Sensor überspannt etwa diametral die Glaskeramikplatte, wobei durch Integration des Temperaturverlaufs entlang der Leiterbahn eine mittlere Temperatur der Glaskeramikplatte ermittelt wird.
  • Die heißeste Temperatur der Glaskeramikplatte wird vorzugsweise mit einem zwei Elektroden aufweisenden Sensor ermittelt, zwischen denen gemäß Anspruch 13 der elektrische Widerstand der Glaskeramikplatte gemessen wird. Gemäß Anspruch 14 hat ein Leiterbahn-Sensor vorteilhaft eine Doppelfunktion, indem er auch als Elektrode des Sensors nach Anspruch 13 dient.
  • Der Erfindungsgegenstand wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schaltplan des Schaltungssystems in einer ersten Ausführungsform,
    Fig. 2
    den Schaltplan des Schaltungssystems in einer zweiten Ausführungsform,
    Fig. 3
    den Temperaturverlauf der elektronischen Sensoren beim Aufheizvorgang mit getaktetem Stabregler und
    Fig. 4
    den Temperaturverlauf der elektronischen Sensoren beim Aufheizvorgang und zur Reduzierung der Aufheizzeit überbrückten mechanischen Stabregler.
  • Das in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Schaltungssystem dient dem Schutz der durch einen elektrischen Heizkörper 1 aufzuheizenden Glaskeramikplatte eines Kochfeldes gegen Übertemperaturen. Der Heizkörper 1 ist Bestandteil eines ein-, zwei- oder dreiphasigen Laststromkreises 2. Der Laststromkreis 2 ist physikalisch von einem Steuerkreis getrennt. Diese Trennung ist durch eine gestrichelte Trennungslinie 4 angedeutet (Fig. 1, Fig. 2).
  • Der Steuerkreis enthält eine Steuereinrichtung 3, an die zwei elektronische Sensoren, ein Leiterbahn-Sensor 5 und ein Ceran-Sensor 6 angeschlossen sind. Mit Hilfe des Leiterbahn-Sensors 5 wird eine mittlere Temperatur und mit dem Ceran-Sensor 6 die heißeste Temperatur der Glaskeramikplatte gemessen (Fig. 3, Fig. 4). Die Sensoren 5,6 geben die Sensorsignale an die Steuereinrichtung 3 ab. In dieser Steuereinrichtung 3 werden die Sensorsignale verarbeitet und mit einer vorbestimmten, höchstzulässigen Glaskeramiktemperatur Tv verglichen. Erreicht bzw. überschreitet der gemessene Temperaturwert die höchstzulässige Glaskeramiktemperatur Tv, steuert die Steuereinrichtung 3 den Laststromkreis 2 des Heizkörpers 1 elektronisch an und reduziert bzw. unterbricht die dem Heizkörper 1 zugeführte elektrische Leistung, bis der gemessene Temperaturwert die vorbestimmte Glaskeramiktemperatur Tv wieder unterschreitet.
  • Zum Reduzieren bzw. Unterbrechen der Leistungszufuhr ist in den Laststromkreis 2 ein elektronisches Schaltelement 7 in Reihe geschaltet. Dieses Schaltelement 7 schließt, reduziert und unterbricht in Laststromkreis 2 abhängig von einem Steuersignal der Steuereinrichtung. Bei dem Schaltelement 7 handelt es sich um eine mit einem Triac ausgebildete Pulspaketsteuerung. Der Steuereingang 8 des Triac wird von einem das Steuersignal liefernden Signalausgang 9 der Steuereinrichtung angesteuert. Die Steuereinrichtung und das Schaltelement 7 sind durch einen Fototransistor 10 optoelektronisch gekoppelt und dadurch an der Trennungslinie 4 galvanisch voneinander getrennt. Die Betriebsspannung des Heizkörpers 1 ist von der Betriebspannung der Steuereinrichtung 3 durch einen Trenntransformator 11 ebenfalls galvanisch getrennt. Durch einen hier nicht dargestellten Spannungsgleichrichter wird die Wechselspannung an der Sekundärseite des Trenntransformators 11 auf eine für die Steuereinrichtung 3 geeignete Betriebsspannung umgewandelt. Im übrigen ist die den Steuerkreis enthaltene Schaltung aus Sicherheitsgründen in Schutzkleinspannung und mit einer 8 mm-Trennstrecke auszuführen.
  • In den Laststromkreis 2 ist außerdem ein Relais K1 in Reihe geschaltet. Dieses Relais K1 wird im Fehlerfall von der Steuereinrichtung angesteuert und unterbricht dadurch den gesamten Laststromkreis 2 (Schutzabschaltung). Der Fehlerfall ist dann gegeben, wenn die vorbestimmte Glaskeramiktemperatur Tv trotz der Ansteuerung des Schaltelements 7 überschritten wird. Diese Laststromkreisunterbrechung kann reversibel oder irreversibel erfolgen. Zur Sicherheit wird das Relais K1 dynamisch angesteuert, d.h. bei fehlerhafter Ansteuerung fällt das Relais K1 automatisch ab.
  • Der Laststromkreis 2 kann mittels eines Hauptschalters 12 (3 mm-Trennstrecke) von einem Bediener spannungslos geschaltet werden. In der ersten Ausführungsform (Fig. 1) bleibt der Steuerstromkreis ständig unter Spannung. Alternativ (Fig. 2) kann der Hauptschalter 12 durch ein zweites Relais K2 im Steuerstromkreis solange überbrückt werden, bis z.B. bestimmte Sicherheitsfunktionen (Restwärmeanzeige) abgearbeitet sind und sich das gesamte System dann (zur Energieeinsparung) selbsttätig in den spannungslosen Zustand schaltet.
  • Bei Betätigung des Hauptschalters wird der Steuerkreis bestromt, über die Steuereinheit 3 wird das Relais K2 angesteuert und der Hauptschalter über den Relaiskontakt K2 überbrückt. Wird der Hauptschalter 12 ausgeschaltet (Lastkreis stromlos), wird der Steuerkreis solange mit Strom versorgt, bis zum Beispiel die Restwärme unterschritten wird und über die Steuereinheit 3 das Relais K2 abfällt und das gesamte System selbsttätig stromlos wird.
  • Die Steuereinrichtung 3 enthält als einen wesentlichen Bestandteil einen Mikroprozessor µP1 zur Verarbeitung des Sensorsignals und zur Ansteuerung des Laststromkreises 2. Ein Kurzschluß oder ein Erdungsfehler dürfen die Funktion des Schaltungssystems nicht außer Kraft setzen. Aus diesem Grunde enthält die Steuereinrichtung einen zweiten Mikroprozessor µP2, der den Mikroprozessor µP1 auf Funktionalität und Plausibilität überwacht.
  • In einer in den Figuren nicht näher dargestellten Weise sind die elektronischen Sensoren 5, 6 unmittelbar an der Unterseite der Glaskeramikplatte angeordnet. Der Leiterbahn-Sensor 5 ist ein leiterbahnförmiger und temperaturabhängiger elektrischer Widerstand, dessen Leiterbahn die Glaskeramikplatte etwa diametral überspannt. Der Leiterbahn-Sensor wird vor allem für Regelaufgaben zur Regelung der Heizleistung unterhalb der vorbestimmten höchstzulässigen Glaskeramiktemperatur Tv eingesetzt (dies ist jedoch für den Übertemperaturschutz nicht unbedingt notwendig). Hingegen wird zur Überwachung, ob die gemessene Glaskeramiktemperatur die vorbestimmte Temperatur Tv erreicht bzw. überschreitet, der Ceran-Sensor 6 eingesetzt. Er erfaßt die heißeste Temperatur der Glaskeramikplatte, indem zwischen zwei Elektroden der elektrische Widerstand der Glaskeramikplatte gemessen wird.
  • Den in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Temperaturverläufen ist entnehmbar, daß der Ceran-Sensor 6 die heißeste Temperatur und der Leiterbahn-Sensor 5 die mittlere Temperatur der Glaskeramikplatte mißt. Solange der vom Ceran-Sensor 6 gemessene Temperaturwert unterhalb der vorbestimmten Temperatur Tv bleibt, unterbricht die Steuereinrichtung den Laststromkreis 2 nicht. Die Heizleistung für den auf die Glaskeramikplatte aufgesetzten Kochtopf oder dergleichen steigt deshalb kontinuierlich an.
  • Erreicht bzw. überschreitet hingegen der vom Ceran-Sensor 6 gemessene Temperaturwert die vorbestimmte Temperatur Tv, steuert die Steuereinrichtung den Laststromkreis 2 an und unterbricht über den Relaiskontakt K1 die Leistungszufuhr für den Heizungskörper 1, so daß an den Kochtopf keine Heizleistung abgegeben wird. Sobald die gemessene Glaskeramiktemperatur die vorbestimmte Temperatur Tv um einen bestimmten Betrag unterschreitet, steuert die Steuereinrichtung den Laststromkreis 2 erneut an, um diesen zu schließen. An den Kochtopf wird erneut Heizleistung abgegeben. Diese Schutzabschaltung ist der eigentlichen Temperaturregelung überlagert (doppelte Sicherheit).
  • Vorstellbar ist auch eine bleibende Schutzabschaltung. Während bei einem normalen Regelvorgang theoretisch keine Schutzabschaltung auftreten kann, weil damit eine Übertemperatur ja gerade vermieden wird, läßt eine trotzdem eintretende Schutzabschaltung auf eine erhebliche Fehlfunktion schließen, deren Behebung dem Kundendienst überlassen werden sollte.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizkörper
    2
    Laststromkreis
    3
    Steuereinrichtung
    4
    Trennungslinie
    5
    Leiterbahn-Sensor
    6
    Ceran-Sensor
    7
    Elektronisches Schaltelement
    8
    Steuereingang
    9
    Signalausgang
    10
    Fototransistor
    11
    Trenntransformator
    12
    Hauptschalter
    13
    Signaleingang
    K1
    Relais
    K2
    Relais
    L
    Phasenleiter
    N
    Neutralleiter
    Tv
    vorbestimmte Glaskeramiktemperatur
    µP1
    Mikroprozessor
    µP2
    Mikroprozessor

Claims (14)

  1. Schaltungssystem für den Schutz der durch einen elektrischen Heizkörper (1) aufzuheizenden Glaskeramikplatte eines Kochfeldes gegen Übertemperaturen,
       dadurch gekennzeichnet,
    - daß mindestens ein elektronischer Sensor (5,6) an der Glaskeramikplatte deren Temperatur mißt und an eine Steuereinrichtung (3) abgibt,
    - daß die Steuereinrichtung (3) das Sensorsignal verarbeitet und mit einer vorbestimmten höchstzulässigen Glaskeramiktemperatur (Tv) vergleicht derart,
    - daß die Steuereinrichtung (3) den Laststromkreis (2) des Heizkörpers (1) elektronisch ansteuert und die dem Heizkörper (1) zugeführte Leistung reduziert bzw. unterbricht, wenn die gemessene Temperatur die vorbestimmte Temperatur (Tv) erreicht bzw. überschreitet.
  2. Schaltungssystem nach Anspruch 1,
       dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Heizkörper (1) im Laststromkreis (2) mit mindestens einem elektronischen Schaltelement (7) in Reihe geschaltet ist und
    - daß das Schaltelement (7) zum Unterbrechen und Schließen des Laststromkreises (2) von der Steuereinrichtung (3) angesteuert wird.
  3. Schaltungssystem nach Anspruch 2,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß das Schaltelement (7) eine Impulspaketsteuerung, z.B. ein Triac ist, deren Steuereingang (8) von einem Signalausgang (9) der Steuereinrichtung (3) angesteuert wird.
  4. Schaltungssystem nach Anspruch 2 oder 3,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß die Steuereinrichtung (3) und das Schaltelement (7) optoelektronisch gekoppelt sind.
  5. Schaltungssystem nach Anspruch 4,
       gekennzeichnet durch
    einen Fototransistor (10) als optoelektronische Kopplung.
  6. Schaltungssystem nach einem der Ansprüche 1-5,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Schalter, insbesondere ein Relais (K1) im Laststromkreis (2) in Reihe geschaltet ist und bei überschrittener vorbestimmter Temperatur (Tv) von der Steuereinrichtung (3) angesteuert den Laststromkreis (2) unterbricht.
  7. Schaltungssystem nach einem der Ansprüche 1-6,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß die Steuereinrichtung (3) einen Mikroprozessor (µP1) zur Verarbeitung des Sensorsignals und zur Ansteuerung des Laststromkreises (2) enthält.
  8. Schaltungssystem nach Anspruch 7,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß die Steuereinrichtung (3) einen zweiten, den ersten Mikroprozessor (µP1) überwachenden Mikroprozessor (µP2) enthält.
  9. Schaltungssystem nach einem der Ansprüche 1-8,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß der Sensor (5,6) unmittelbar an der Unterseite der Glaskeramikplatte angeordnet ist.
  10. Schaltungssystem nach Anspruch 9,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß der Sensor (5) ein leiterbahnförmiger und temperaturabhängiger elektrischer Widerstand ist.
  11. Schaltungssystem nach Anspruch 10,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß der Leiterbahn-Sensor (5) eine Goldbahnstruktur aufweist.
  12. Schaltungssystem nach Anspruch 10 oder 11,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß der Leiterbahn-Sensor (5) die Glaskeramikplatte etwa diametral überspannt.
  13. Schaltungssystem nach Anspruch 9,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß der Sensor (6) zwei an der Unterseite der Glaskeramikplatte angeordnete Elektroden aufweist, zwischen denen der elektrische Widerstand der Glaskeramikplatte gemessen wird.
  14. Schaltungssystem nach einem der Ansprüche 10-12 und Anspruch 13,
       gekennzeichnet durch
    zwei mit Parallelabstand zueinander angeordnete, die Glaskeramikplatte etwa diametral überspannende Leiterbahn-Sensoren (5) als die beiden Elektroden.
EP96103542A 1996-01-26 1996-03-07 Schaltungssystem für den Übertemperaturschutz der Glaskeramikplatte eines Kochfeldes Withdrawn EP0786923A3 (de)

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