EP2380397B1

EP2380397B1 - Haushaltsgerät zur induktiven energieübertragung

Info

Publication number: EP2380397B1
Application number: EP09774882.6A
Authority: EP
Inventors: Ingo Bally; Armin Kiefer; Claudia Leitmeyr; Michael Reindl; Jens Sauerbrey; Wolfgang Schnell; Matthias Sorg; Günter ZSCHAU
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: WO2010069828A1; EP2380397A1; DE102008054904A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Haushalts-Aufsatzgerät mit einer Leistungsspule zum induktiven Abgriff von Energie aus einem elektromagnetischen Anregungsfeld, ein Haushalts-Betriebsgerät zum Betreiben eines Haushalts-Aufsatzgeräts mit einer Leistungsspule zur Erzeugung des elektromagnetischen Anregungsfelds und ein System aus Haushalts-Aufsatzgerät und Haushalts-Betriebsgerät.
Beispielsweise aus DE 103 43 011 A1 , DE 10 2005 022 352 A1 , DE 10 2006 017 800 A1 und DE 10 2006 017 801 A1 ist eine Leistungsübertragung von einer Arbeitszone eines Betriebsgeräts auf ein Aufsatzgerät mittels induktiver Kopplung bekannt. Unter einer induktiven Kopplung wird dabei die Kopplung einer Primärspule des Betriebsgeräts und einer Sekundärspule des Aufsatzgeräts über ein magnetisches Wechselfeld verstanden, welches von der Primärspule erzeugt und von der Sekundärspule abgegriffen wird. In der Sekundärspule wird mittels des magnetischen Wechselfelds eine Induktionsspannung erzeugt, die zum Betrieb des Aufsatzgeräts verwendet werden kann. Primärspule und Sekundärspule können dabei auch als zwei Hälften eines trennbaren Transformators angesehen werden, weshalb diese Art von Kopplung und Leistungsübertragung auch "transformatorische Kopplung" genannt wird.
Aus: Kiefer, A.; Reindl, L.M., "Inductively Coupled Sensor/Actuator System for Closed-Loop Control Applications at High Temperatures and in Aggressive Environments", Sensors, 2007 IEEE, 28. bis 31. Oktober 2007, Seiten 1396 bis 1399, oder aus Kiefer, A.; Reindl, L.M. "Inductively Coupled Sensor/Actuator System for Digital Closed-Loop Control Applications at High Operating Temperatures", 2nd WSEAS Int. Conf. on CIRCUITS, SYSTEMS, SIGNAL and TELECOMMUNICATIONS (CISST'08), Acapulco, Mexiko, 25. bis 27. Januar 2008, ist ein Sensor/Aktuator-System für Hochtemperaturanwendungen bekannt, bei dem die kompletten Messelektronik und die Sensoren in den Aktuator integriert sind. Die Datenübertragung ist als Punkt-zu-Punkt-"Power Line Communication" (PLC) zwischen dem Sensor/Aktuator-System und seiner Steuereinheit implementiert. Ein trennbarer Transformator dient als induktiv gekoppelter, kontaktloser Anschluss sowohl für die Leistungsübertragung als auch für die bidirektionalen PLC-Daten, was eine perfekte hermetische Abdichtung ermöglicht.
Aus JP 2003284264 A ist ein kontaktloses Leistungsspeisungssystem bekannt, bei dem mittels transformatorischer Kopplung über entsprechende Leistungsspulen Energie von einem Betriebsgerät auf ein Aufsatzgerät übertragen wird. Zur Detektion des Aufsatzgeräts werden über eine Signalerzeugungsvorrichtung des Aufsatzgeräts, die einen Schwingkreis aufweist, Signale an eine gegenüberliegende Signalempfangsschaltung des Betriebsgeräts übertragen.
US 3,742,178 A offenbart einen Induktionskochherd mit einem Arbeitsfeld, das ein Lebensmittel enthaltendes, durch Wirbelstrom induktiv heizbares Kochgefäß trägt. Das Kochgefäß wird durch die Induktionsspule erwärmt. Beschrieben wird ferner eine Temperaturerfassungseinheit, die einen Temperatursensor und eine Temperaturempfangseinheit umfasst. Der Temperatursensor ist in dem Kochgefäß eingebaut, während die Temperaturempfangseinheit davon entfernt im Arbeitsfeld des Induktionskochherds angeordnet ist. Die Temperaturempfangseinheit empfängt über Funk Temperaturdaten von dem Temperatursensor. Der Temperatursensor in dem Kochgefäß wird durch das von der Induktionsspule erzeugte Hauptfeld mit Strom versorgt, und zwar wird der Temperatursensor dazu mit einem Bruchteil einer eingestrahlten Leistung elektrisch betrieben Eine Leistungsspule ist nur im Zusammenhang mit dem Induktionskochherd gezeigt.
WO 2007/122049 A1 offenbart eine Energieübertragungseinheit umfassend eine Primäreinheit, die ein Felderzeugungsmittel aufweist, das zur Übertragung einer Energie an ein Feldempfangsmittel einer Sekundäreinheit mittels eines Übertragungsfeldflusses vorgesehen ist, und ein Erfassungsmittel zur Erfassung einer Sekundärspannungskenngröße. Um insbesondere die Herstellungskosten zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass das Erfassungsmittel zur Erfassung der Sekundärspannungskenngröße mittels eines mit zumindest dem Erfassungsmittel und dem Feldempfangsmittel verketteten Erfassungsfeldflusses vorgesehen ist. Die Primäreinheit weist dazu eine Leistungsspule und eine Spule, die in einer gemeinsamen Ausnehmung eines Spulenkerns angeordnet sind, auf. Der Spulenkern der Sekundäreinheit weist hingegen nur eine Leistungsspule auf.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur besonders platzsparenden und kostengünstigen Datenübertragung zwischen einem Aufsatzgerät und einem Betriebsgerät bereitzustellen, welches das Aufsatzgerät mittels transformatorischer oder induktiver Kopplung mit Leistung versorgt.
Diese Aufgabe wird mittels eines Haushalts-Aufsatzgeräts, eines Haushalts-Betriebsgeräts und eines Systems nach dem jeweiligen unabhängigen Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Das Haushalts-Aufsatzgerät ist elektrisch betrieben und weist mindestens eine Spule mit jeweils mindestens einer Windung ("Leistungswindung") zum induktiven Abgriff von Energie aus einem elektromagnetischen Anregungsfeld auf ("Leistungsspule"). Die Leistungswindungen liegen in einer gemeinsamen Leistungswindungsebene. Mittels des induktiven Abgriffs kann an der Spule eine durch das elektromagnetische Anregungsfeld bewirkte Induktionsspannung zum Betrieb des Haushalts-Aufsatzgeräts erzeugt werden, welches als elektrischer Verbraucher mindestens eine Last aufweist. Eine solche Energieübertragung auf das Haushalts-Aufsatzgerät wird häufig auch als transformatorische Energieübertragung oder Kopplung bezeichnet. Eine Last kann direkt mit einer Induktions-Wechselspannung betrieben werden. Dazu ist vorliegend die Leistungsspule mit einem Widerstandsheizleiter zu dessen elektrischer Versorgung verbunden. Zusätzlich kann eine Last nach einer Gleichrichtung mit einer Gleichspannung betrieben werden, z. B. eine Elektronik mit einer Niedervoltgleichspannung im Bereich von bis zu 50 V. Das elektromagnetische Anregungsfeld ist vorzugsweise ein magnetisches Wechselfeld.
Das Haushalts-Aufsatzgerät weist ferner mindestens eine Spule mit jeweils mindestens einer Windung ("Signalwindung") zur Datenübertragung zwischen dem Haushalts-Aufsatzgerät und einem Betriebsgerät auf ("Signalspule"). Die Signalwindungen liegen in einer gemeinsamen Signalwindungsebene. Die Leistungswindungsebene liegt im Wesentlichen parallel zu der Signalwindungsebene. Dadurch lässt sich eine besonders platzsparende, insbesondere flache, und kostengünstige Datenübertragungseinheit (Sender, Empfänger oder Senderempfänger) mit dieser Signalspule realisieren. Im Gegensatz zur gemeinsamen Datenübertragung über eine kombinierte Leistungs/Signal-Spule ergibt sich eine einfachere Erzeugung eines Datensignals als auch ein einfacheres Lesen des Datensignals.
Die mindestens eine Leistungsspule und die mindestens eine Signalspule des Haushalts-Aufsatzgeräts weisen einen gemeinsamen Spulenkern oder Transformatorkern zur Daten- und Leistungsübertragung auf. Die mindestens eine Leistungswindung ist in einer Ausnehmung des Spulenkerns angeordnet ist und liegt dort in einer Leistungswindungsebene. Die mindestens eine Signalwindung der Signalspule ist in der gleichen Ausnehmung des Spulenkerns angeordnet wie die Signalspule.
Die Datenübertragungseinheit kann als Sender, als Empfänger und / oder z. B. als Senderempfänger ("Transceiver") ausgestaltet sein. Dann kann für den Sender und den Empfänger bzw. für den Sendezweig und den Empfangszweig des Transceivers eine eigene Signalspule vorgesehen sein. Alternativ kann dafür eine kombinierte Sende/Empfangs-Signalspule vorgesehen sein, was bevorzugt wird. Bei einer Auslegung zur bidirektionalen Kommunikation zwischen Haushalts-Aufsatzgerät und Haushalts-Betriebsgerät kann die Signalspule also als eine Sendeempfangs-Signalspule dienen, bei unidirektionaler Kommunikation von dem Haushalts-Aufsatzgerät zu dem Haushalts-Betriebsgerät als SendeSignalspule bzw. Empfangs-Signalspule. Das Aufsatzgerät weist vorteilhafterweise zur Realisierung eines Regelkreises mindestens einen Sender auf, während das Betriebsgerät dann mindestens einen Empfänger aufweist. Der Sender oder Transceiver des Aufsatzgeräts und der Empfänger bzw. der Transceiver des Betriebsgeräts sind aufeinander abgestimmt, so dass sie sich verständigen können. Insbesondere können der Sender und der Empfänger mit dem gleichen oder den gleichen Datenprotokoll(en) arbeiten und ein gleiches Frequenzband oder Frequenzbänder verwenden.
Die die mindestens eine Leistungsspule ist mit der Datenübertragungseinheit zu deren elektrischer Versorgung verbunden. Die Datenübertragungseinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, mittels des an der Sekundärspule abgegriffenen Induktionsstroms bestromt zu werden, ggf. nach einer Gleichrichtung. Dies bedeutet, dass die Datenübertragungseinheit nur senden kann, wenn das Aufsatzgerät Energie aus der transformatorischen Kopplung ziehen kann. Die Energie kann in einem optionalen Energiespeicher gespeichert sein, z. B. einem Superkondensator. Zum Betrieb der Datenübertragungseinheit kann der Leistungsspule ein Schaltregler nachgeschaltet sein, welcher aus der Leistungsversorgung ausgekoppelte Energie auf einen zum Betreiben von Niedervoltkomponenten geeigneten Spannungspegel gleichrichtet. Da die transformatorische Kopplung typischerweise eine Nahfeld- oder Nahbereichskopplung ist, wird die Datenübertragungseinheit auch erst dann arbeiten können, wenn sich das Aufsatzgerät bereits nahe an der Arbeitszone befindet. Vorzugsweise beträgt ein effektiver senkrechter Abstand des Aufsatzgeräts von der Arbeitszone, innerhalb dessen eine für den Betrieb der Datenübertragungseinheit noch ausreichende Leistung übertragen wird, weniger als 2 cm, vorzugsweise nicht mehr als 0,75 mm. Ein seitlicher Versatz, innerhalb dessen eine für den Betrieb der Datenübertragungseinheit noch ausreichende Leistung übertragen wird, beträgt vorzugsweise nicht mehr als 3 cm.
Das Aufsatzgerät kann mindestens eine integrierte Schaltung zur Verarbeitung von Daten und zur Ausgabe und /oder zum Empfang von Daten an die bzw. von der Datenübertragungseinheit aufweisen. Die integrierte Schaltung mag z. B. Daten verarbeiten, z. B. einlesen, verändern, verknüpfen, zwischenspeichern, formatieren usw., und diese Daten oder daraus abgeleitete Daten an die Datenübertragungseinheit zur Übertragung an das Betriebsgerät ausgeben oder von dem Betriebsgerät über die Datenübertragungseinheit empfangen. Zu verarbeitende Daten können von einer anderen Einheit, z. B. einem Sensor, angelieferte Daten sein oder auch in oder an der integrierten Schaltung gespeicherte Daten sein, z. B. eine Kennung (Seriennummer usw.) oder eine Eigenschaft des Aufsatzgeräts. Die Datenübertragungseinheit kann zumindest teilweise in die integrierte Schaltung integriert sein. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauweise erreicht. Alternativ ist die Datenübertragungseinheit ein von der integrierten Schaltung unterschiedliches Bauelement oder unterschiedliche Baugruppe.
Die Datenübertragungseinheit kann als Sender einen Modulator und eine dem Modulator nachgeschaltete Signalspule aufweisen, als Empfänger einen der Signalspule nachgeschalteten Demodulator und / oder als Senderempfänger ein mit der Signalspule verbundenes Modem. Dann mögen der Modulator, der Demodulator und / oder das Modem in die integrierte Schaltung integriert sein, die Signalspule jedoch nicht.
Das gespeiste oder bestromte Aufsatzgerät mag selbstständig Daten an das Betriebsgerät senden oder davon empfangen, z. B. zyklisch innerhalb vorbestimmter Zeitintervalle, z. B. alle 100 ms, wodurch eine optimale Datenrate einstellbar ist. Vorteilhafterweise werden insbesondere Messdaten, z. B. eine Temperatur, Luftfeuchte oder ein Druck, selbstständig an das Betriebsgerät übermittelt, da so ein Speicherüberlauf verhindert werden kann.
Ein Haushalts-Aufsatzgerät kann insbesondere jegliches elektrisch betreibbare Gerät zur Lebensmittelbehandlung sein, wie ein Haushaltskleingerät (Kaffeemaschine, Waffeleisen usw.) oder ein Gargeschirr (Topf, Pfanne usw.).
Das Haushalts-Betriebsgerät (Basisstation) weist mindestens eine Arbeitszone zum Betreiben eines Aufsatzgeräts an der Arbeitszone auf, z. B. durch Aufsatz auf die Arbeitszone. Das Betriebsgerät weist dazu pro Arbeitszone mindestens eine Spule mit jeweils mindestens einer in einer Leistungswindungsebene liegenden Leistungswindung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Anregungsfelds, insbesondere magnetischen Wechselfelds, an der Arbeitszone auf ("Leistungsspule"). Mittels der Erzeugung eines elektromagnetischen Anregungsfelds kann ein an der Arbeitszone angeordnetes Aufsatzgerät mittels induktiver oder "transformatorischer" Energieübertragung oder Kopplung betrieben werden. Im Kontext eines Kochfelds kann die Arbeitszone auch als Kochzone bezeichnet werden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Das Haushalts-Betriebsgerät kann beispielsweise als kompakte Einheit vorliegen oder mit mindestens einer separaten Arbeitszone, die über eine (im Falle mehrerer Arbeitszonen gemeinsame) Steuereinrichtung betreibbar ist bzw. sind, ausgerüstet sein.
Das Haushalts-Betriebsgerät weist ferner mindestens eine Signalspule pro Arbeitszone mit jeweils mindestens einer Signalwindung in einer Signalwindungsebene auf, wobei die Leistungswindungsebene im Wesentlichen parallel (d. h., genau parallel oder mit unwesentlichen Abweichungen) zu der Signalwindungsebene liegt. Auch hierdurch lässt sich eine besonders platzsparende, insbesondere flache, und kostengünstige Datenübertragungseinheit mit dieser Signalspule realisieren. Die mindestens eine Signalspule ist zur Datenübertragung zwischen dem Haushalts-Betriebsgerät und einem Haushalts-Aufsatzgerät vorgesehen.
Auch die mindestens eine Leistungsspule und die mindestens eine Signalspule des Haushalts- Betriebsgeräts weisen einen gemeinsamen Spulenkern oder Transformatorkern zur Daten- und Leistungsübertragung auf. Die mindestens eine Leistungswindung ist in einer Ausnehmung des Spulenkerns angeordnet ist und liegt dort in einer Leistungswindungsebene. Die mindestens eine Signalwindung der Signalspule ist in der gleichen Ausnehmung des Spulenkerns angeordnet wie die Signalspule.
Die Datenübertragungseinheit kann auch im Fall des Haushalts-Betriebsgerät ein Empfänger, ein Sender und / oder z. B. ein Senderempfänger ("Transceiver") sein. Dann kann für den Sender und den Empfänger bzw. für den Sendezweig und den Empfangszweig des Transceivers eine eigene Signalspule vorgesehen sein. Alternativ kann dafür eine kombinierte Sende/Empfangs Signalspule vorgesehen sein, was bevorzugt wird.
Bei dem Haushalts-Aufsatzgerät und bei dem Haushalts-Betriebsgerät kann die Windungsebene der jeweiligen Leistungswindungen und Signalwindungen gleich oder im Wesentlichen gleich sein, als auch gegeneinander versetzt sein. Bei einer gleichen oder im Wesentlichen gleichen Windungsebene wird keine zusätzliche Bauhöhe benötigt. Bei einer zueinander versetzten Anordnung können die zugehörigen Leistungswindung(en) und die Signalwindung(en) auch übereinander angeordnet sein, wodurch eine laterale Ausdehnung minimiert wird.
Es kann jeweils mindestens eine Leistungsspule mit jeweils mindestens einer Leistungswindung verwendet werden, z. B. in Form von getrennten konzentrisch angeordneten Windungen. Zur einfachen Ansteuerung wird jedoch eine Leistungsspule bevorzugt, die als Spiralspule mit einer oder mehreren Windungen ausgebildet ist. Die Spiralspule kann durchgehend gekrümmte Windungen, eckig umlaufende Windungen oder auch frei gestaltete Windungen aufweisen.
Da die Leistungswindungsebene und die Signalwindungsebene parallel zueinander liegen, insbesondere auch bei übereinstimmender Leistungswindungsebene und Signalwindungsebene, kann die mindestens eine Signalwindung der Signalspule die mindestens eine Leistungsspule außen umlaufen. Die außenseitige Anordnung kann insbesondere eine ausreichende Leiterlänge für einen breiten Bereich an Übertragungsfrequenzen auch bei nur einer Windung sicherstellen. Alternativ kann die mindestens eine Signalwindung die mindestens eine Leistungsspule innen umlaufen. Bei innen liegender Anordnung mag zur Sicherstellung einer ausreichenden Leiterlänge die Zahl der Windungen erhöht werden.
Die mindestens eine Leistungsspule und die mindestens eine Signalspule eines Geräts können einen gemeinsamen Spulenkern oder Transformatorkern zur Daten- und Leistungsübertragung aufweisen, was im Gegensatz zu einer getrennten Anordnung Bauteile einspart. Der Spulenkern besteht vorteilhafterweise aus einem Eisenkern, insbesondere einem Ferritkern. Der Ferritkern weit vorzugsweise einen äußeren Durchmesser zwischen 1 cm und 20 cm auf, speziell zwischen 6 cm und 15 mm. Alternativ kann eine der Spulen oder können beide Spulen auch Luftspulen sein. Zur einfachen Ausgestaltung des Spulenkerns sind die mindestens eine Leistungswindung und die mindestens eine Signalwindung in einer gleichen Ausnehmung des Spulenkerns angeordnet. Bevorzugt ist das Vorsehen nur einer Signalspule pro Gerät. Ein Windungsdurchmesser der Spulen kann vorzugsweise zwischen 1 cm und 20 cm betragen, insbesondere zwischen 6 cm und 12 cm, speziell zwischen 8 cm und 10 cm.
Die Windungszahl einer Spule ist nicht beschränkt und kann beispielsweise zwischen 1 und 100 liegen. Bevorzugt werden eine Windungszahl einer Signalspule von eins und / oder eine Windungszahl einer Leistungsspule zwischen vier und zehn. Die Signalwindungen können vorteilhafterweise aus HF-Litze oder Lackdraht bestehen, die Leistungswindungen können vorteilhafterweise aus HF-Litze bestehen. Der Durchmesser des Leiters (z. B. HF-Litze 30 x 0,05) der Signalwindung kann vorteilhafterweise dünner sein als der Durchmesser der HF-Litze (z. B. HF-Litze 840 x 0,07) der Leistungswindung. Es wird dabei zur einfachen Anordnung und Sicherstellung einer maximalen Leiterlänge bevorzugt, wenn die Signalwindung an einer Seitenwand der Ausnehmung entlang geführt ist.
Als Datenübertragungsverfahren werden NRZ ("Non-Return-to-Zero")- oder Manchester-Code-Verfahren (einschließlich eines differentiellen Manchester-Code-Verfahrens) bevorzugt, die Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Zur Unterdrückung eines Übersprechens zwischen einem über die Leistungsspule übertragenen Leistungssignal und einem über die Signalspule übertragenen Datensignal wird es bevorzugt, wenn eine minimale Frequenz des Leistungssignals oder des Datensignals mindestens zehn mal höher ist als eine maximale Frequenz des Datensignals bzw. des Leistungssignals. Die Signalwindung kann vorzugsweise im MHz-Bereich oder höher betrieben werden, vorzugsweise im Bereich ab einer Frequenz von 4 MHz oder z. B. bei einer Frequenz im Frequenzbereich zwischen 4 MHz und 32 MHz.
Zur Vermeidung einer Erwärmung des Aufsatzgeräts wird es bevorzugt, wenn zur Datenkommunikation eine Leistung von nicht mehr als 10 Watt verbraucht wird, speziell nicht mehr als 5 Watt, insbesondere nicht mehr als 3 Watt. Dabei kann die Leistung auch zum Betrieb einer Elektronik des Aufsatzgeräts benötigt werden, welche die Signalspule als Antenne verwendet.
Die Leistungsspule kann vorteilhafterweise mit einer Frequenz von nicht mehr als 400 KHz betrieben werden, insbesondere im Frequenzbereich zwischen 100 KHz und 400 KHz. Alternativ oder zusätzlich können Daten über die Signalwindung(en) bei Frequenzen übertragen werden, die unterhalb des Frequenzbands für die Leistungsübertragung liegen.
Das System weist mindestens ein solches Haushalts-Aufsatzgerät und ein Haushalts-Betriebsgerät auf, die transformatorisch miteinander koppelbar sind. Dabei mag nur eines der transformatorisch gekoppelten Haushaltsgeräte mit einer dedizierten Signalspule ausgerüstet sein; das andere der Haushaltsgeräte mag die Leistungsspule auch zur Datenübertragung verwenden. Eine kombinierte Signal/Leistungs-Spule ist einfacher und kompakter im Ausbau, jedoch ist die Signalverarbeitung aufgrund der Überlagerung des Leistungssignals mit dem Datensignal aufwändiger. Es wird daher bevorzugt, wenn beide Geräte eine dedizierte Signalspule aufweisen.
Es wird ein System bevorzugt, bei dem die Leistungsspulen und / oder die Signalwindungen des Haushalts-Betriebsgeräts und mindestens einem Haushalts-Aufsatzgerät gleich oder im Wesentlichen gleich (d. h., mit nur geringfügigen Abweichungen) ausgestaltet sind. Alternativ können beispielsweise die Signalwindungen von Haushalts-Betriebsgerät und Haushalts-Aufsatzgerät unterschiedlich ausgestaltet sein, z. B. mit einem Übersetzungsverhältnis von 10:1 bis 1:10, bevorzugt jedoch mit 1:1.
Auch die Spulenkerne von Haushalts-Betriebsgerät und Haushalts-Aufsatzgerät können unterschiedlich ausgestaltet sein, z. B. bezüglich Durchmesser, Form, Höhe, Material usw. Jedoch wird es bevorzugt, wenn die Spulenkerne gleich oder im Wesentlichen gleich ausgestaltet sind, da sich so eine Herstellung an einer einzigen Herstellungslinie besonders preiswert durchführen lässt.
Insgesamt wird es bevorzugt, wenn die Transformatorhälften von Haushalts-Betriebsgerät und Haushalts-Aufsatzgerät, welche jeweils aus den Spulen und - falls vorhanden - dem Spulenkern zusammengesetzt sind, gleich oder im Wesentlichen gleich ausgestaltet sind.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur besseren Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein, wobei die erste Ziffer den Bezug zu der Figur angibt, in welcher das Element eingezeichnet ist.

Fig. 1: zeigt ein System aus einem Betriebsgerät zum Betreiben eines Aufsatzgeräts mittels transformatorischer Energieübertragung und einem darauf angeordneten Topf als Aufsatzgerät;
Fig. 2: zeigt eine Skizze einer vereinfachten Regelstruktur des Systems aus Fig. 1;
Fig. 3: zeigt in einer Schnittdarstellung das Betriebsgerät und das Aufsatzgerät mit konstruktiver Ausgestaltung von Transformatorhälften eines trennbaren Transformators;
Fig. 4: zeigt in Aufsicht eine Anordnung von Elementen einer Transformatorhälfte aus Fig. 3.

Fig. 1 zeigt ein Aufsatzgerät in Form eines intelligenten Topfs 101, der einen elektrischen Verbraucher darstellt. Der Topf 101 weist einen Grundkörper 102 mit einem Deckel und Griffen sowie eine als Antriebseinheit ausgebildete Sekundärspule 114 als Leistungsspule auf. Der Topf 101 ist zum Betrieb auf einer Oberfläche einer Arbeitsplatte 105 eines Betriebsgeräts 106 angeordnet. Unter der Arbeitsplatte 105 ist eine Energieübertragungseinheit 107 montiert. Diese weist ein Gehäuse 108 mit einem Betätigungselement 109 zum Ein- und Ausschalten der Energieübertragungseinheit 107 auf. Ferner umfasst die Energieübertragungseinheit 107 eine Primärspule 111 als Leistungsspule und eine Stromerzeugungseinheit 112 zur Versorgung der Primärspule 111 mit einem Wechselstrom. Die Stromerzeugungseinheit 112 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Wechselrichter ausgebildet. Die Primärspule 111 ist in Form einer ebenen Spiralwicklung gewickelt. Beim Betrieb der Energieübertragungseinheit 107 und des Topfes 101 wird die Primärspule 111 mit dem Wechselstrom gespeist und erzeugt ein magnetisches Wechselfeld. Mittels eines Feldflusses dieses Wechselfelds überträgt die Primärspule 111 durch Induktion Energie auf die Sekundärspule 114, welche an einer auf der Oberfläche der Arbeitsplatte 105 gezeichneten Arbeitszone (Energieübertragungsbereich) 113a angeordnet ist. An einer benachbarten Arbeitszone 113b ist kein Aufsatzgerät angeordnet. Die Sekundärspule 114 ist als ebene Spiralwicklung ausgebildet. Die Arbeitszonen 113a und 113b sind mittels einer jeweiligen Linie 115a, 115b auf der Arbeitsplatte 105 eingezeichnet. In der Sekundärspule 114 wird durch den magnetischen Feldfluss eine Sekundärspannung induziert, die als Betriebsspannung für einen Betrieb des Topfs 101 genutzt wird. Der Topf 101 kann von der Arbeitszone 113 entfernt werden, wodurch die Sekundärspule 114 von der Primärspule 111 getrennt wird. An die Arbeitszone 113 können dann weitere Aufsatzgeräte gebracht werden, wie z. B. eine Kaffeemaschine, ein Mixer, ein Ladegerät, eine Friteuse, ein Toaster, ein Wasserkocher usw. (auch als 'Haushaltskleingeräte' bezeichnet), die jeweils eine oder mehrere Sekundärspulen aufweisen und von einem drahtlosem Zusammenwirken der jeweiligen Sekundärspule mit der Primärspule 111 ("transformatorische Kopplung") eine Betriebsenergie beziehen.
In der Arbeitsplatte 105 ist ferner ein Bedienfeld in Form eines berührungsempfindlichen Bildschirms 104 eingelassen, auf dem Anzeigeelemente und Betätigungselemente frei programmierbar sind. Der berührungsempfindliche Bildschirm 104 kann beispielsweise ein Flüssigkristall- oder LED-Bildschirm sein, der von einer berührungsempfindlichen Folie, z. B. einer ITO-Folie, abgedeckt ist. Dadurch kann eine große Zahl unterschiedlicher Betätigungselemente wie Taster, Zirkularslider, Linearslider im Wesentlichen beliebig auf dem Bedienfeld dargestellt werden, was eine sehr flexible Bedienerführung erlaubt. Mittels des Bedienfelds 104 können insbesondere die beiden Arbeitszonen 113a und 113b unabhängig voneinander gesteuert werden, z. B. aktiviert (eingeschaltet) und deaktiviert (ausgeschaltet) werden und Betriebsparameter dort angeordneter Aufsatzgeräts 101 eingestellt werden. Auch kann ein Betriebsablauf eines jeweiligen Aufsatzgeräts 101 gestartet werden.
Der Topf 101 ist mit einer integrierten Schaltung 116 zur Verarbeitung von Daten und zur Ausgabe von Daten an einen Sender ausgerüstet. An einen Eingang der integrierten Schaltung 116 ist ein Temperatursensor 127 zur Bestimmung einer Temperatur am Topf 116 angeschlossen. Die integrierte Schaltung 116 fühlt den Temperatursensor 127 zyklisch ab, verarbeitete die abgefühlten Temperatursignale in eine vorbestimmte Daten- und Protokollstruktur und übermittelt die so verarbeiteten Temperaturdaten an einen Sender. Der Sender verfügt über einen Modulator und eine nachgeschaltete Sendesignalspule (nicht eingezeichnet). Als Sendesignalspule dient hier eine von der Sekundärspule 114 separate Signalwicklung. Die von der Sendesignalspule ausgestrahlten Datensignale werden von einer Empfangssignalspule des Betriebsgeräts 106 aufgenommen (nicht gezeigt), in einem nicht eingezeichneten Demodulator des Betriebsgeräts 106 demoduliert und an eine Steuereinheit 110 des Betriebsgeräts 106 weitergeleitet. Unter anderem mittels der Temperaturdaten steuert oder regelt die Steuereinheit ("Herdelektronik") 110, die hier einen Mikrocontroller umfasst, die Stromerzeugungseinheit 112.
Zwar sind an dem Betriebsgerät nur zwei Arbeitszonen 113a, 113b gezeigt, jedoch sind auch weniger oder mehr Arbeitszonen realisierbar, insbesondere vier oder fünf Arbeitszonen.
Fig. 2 zeigt eine Skizze einer vereinfachten Regelstruktur eines Systems aus einem intelligenten Topf 201 und einem Betriebsgerät 206.
Der intelligente Topf 201 weist einen Grundkörper 202 auf, der durch einen Topfboden 220 nach unten abgeschlossen wird, und in den Gargut 221 eingefüllt werden kann. An einer Unterseite des Topfbodens 220 verläuft eine Heizbahn 222 in Form einer verschlungenen Widerstandsdickschicht-Bahn, welche bei einer Bestromung aufgeheizt wird und so den Topfboden 220 zur Erwärmung des Garguts 221 aufwärmt. Zu ihrer Stromversorgung ist die Heizbahn 222 mit einer Sekundärspule 214 in Form einer spiralförmig ausgebildeten Sekundärwindung verbunden und stellt deren Last dar. Von der Sekundärspule 214 wird auch eine elektrische Leistung zur Versorgung einer Topfelektronik 223 abgezweigt. Dazu weist die Topfelektronik 223 einen Schaltregler 224 auf, welcher die von der Sekundärspule 214 ausgegebene Leistungswechselspannung in eine Niedervoltgleichspannung umwandelt. Mittels der Niedervoltgleichspannung werden die übrigen Teile der Topfelektronik 223 betrieben, von denen hier eine analoge Messelektronik 225, eine integrierte Schaltung 216 und ein Modulator 226 eingezeichnet sind. Mittels der analogen Messelektronik 225 werden Messsignale verschiedener Sensoren des Topfs 201 abgefühlt. Zur einfacheren Darstellung sind hier lediglich drei an der Unterseite des Topfbodens 220 angebrachte Temperatursensoren 227 eingezeichnet, jedoch können auch andere Sensoren mit der analogen Messelektronik 225 verbunden sein, z. B. Drucksensoren oder Feuchtesensoren. Ferner ist direkt an einem Messeingang der analogen Messelektronik 225 ein Eigentemperatursensor 217 vorhanden. Dieser misst somit die Temperatur im Bereich dieses Messeingangs der analogen Messelektronik 225; da die Topfelektronik 223 vergleichsweise kompakt auf einer gemeinsamen Platine (o. Abb.) untergebracht ist, wird die Temperatur an diesem Messeingang als auch repräsentativ für die Temperatur an der integrierten Schaltung 216 angesehen.
Die analoge Messelektronik 225 ist ausgangsseitig mit einer Eingangsseite der integrierten Schaltung 216 verbunden, so dass Temperaturdaten von der analogen Messelektronik 225 an die integrierte Schaltung 216 zur folgenden Verarbeitung weitergeleitet werden. Zur Verarbeitung der von der Messelektronik 225 analog übermittelten Temperaturdaten weist die integrierte Schaltung 216 einen A/D-Wandler (o. Abb.) auf. In der integrierten Schaltung 216 werden die von der analogen Messelektronik 225 gelieferten digitalen "Rohdaten" in ein zur Kommunikation mit dem Betriebsgerät 206 kompatibles Format umformatiert. Insbesondere werden Rohdaten in ein vorbestimmtes Datenformat und Protokollformat umgewandelt. Die formatierten Messdaten werden von der integrierten Schaltung 216 dann zyklisch, z. B. alle 10 ms, an den Modulator 226 weitergeleitet, wo sie auf ein Trägersignal aufmoduliert werden, um danach vom Modulator 226 über eine Signalspule 228 an das Betriebsgerät 206 übermittelt zu werden. Die Signalspule 228 ist hier als eine parallel zum Topfboden 220 verlaufende Signalwindung ausgestaltet. Es können aber auch andere Messdaten von der integrierten Schaltung 216 verarbeitet und an den Modulator 226 weitergeleitet werden, wie ein Messsignal einer sekundärseitigen Leistungsspannung. Es können zudem auch andere Daten von der integrierten Schaltung 216 verarbeitet und an den Modulator 226 weitergeleitet werden, wie Identifizierungsdaten (Identcode usw.) und Betriebsdaten, und zwar zyklisch oder - bei einer bidirektionalen Kommunikation - auf Abfrage. Das Betriebsgerät 206 weist eine Empfangssignalspule 229 auf, die ebenfalls als Signalwindung ausgestaltet ist, welche im Wesentlichen der Signalwindung der Sendesignalspule 228 des Topfs 201 gegenüberliegt. Die Empfangssignalspule 229 empfängt das von der Sendesignalspule 228 ausgestrahlte modulierte Trägersignal und leitet es an einen Demodulator 230 weiter, in welchem die auf das Trägersignal aufmodulierten Daten extrahiert und wieder als lesbare digitale Daten ausgegeben werden. Somit liegen nun sowohl die von der analogen Messelektronik 225 abgefühlten Daten als auch von der integrierten Schaltung 216 mitgelieferten Identifizierungsdaten und Betriebsdaten im Betriebsgerät 206 vor. Diese Daten werden in einer Steuereinheit ("Herdelektronik") 210 weiterverarbeitet und zum Betrieb des Topfs 201 ausgewertet. Aufgrund der spulenartigen Ausgestaltung und gegenüberliegenden Anordnung von Sendesignalspule 228 und Empfangssignalspule 229 wird eine Nahfeld-Datenübertragung erreicht, welche nicht signifikant seitlich abstrahlt und somit von anderen Empfängern an anderen Arbeitszonen nicht aufgenommen wird. Dadurch wird ein Übersprechen verhindert und eine eindeutige Zuordnung von Topf 201 und Betriebsgerät 206 nur aufgrund der Datenübermittlung als solches und ohne andere Mittel erreicht.
So können die von dem Topf 201 ausgesandten Temperaturdaten in Form von Widerstandswerten der verwendeten Temperatursensoren vorliegen, falls diese als Widerstandstemperatursensoren ausgestaltet sind. Daraus kann in der Steuereinheit 210 mittels Nachschlagens entsprechender Widerstands/Temperatur-Kennlinien in einer Nachschlagetabelle die Ist-Temperatur an der Unterseite des Topfbodens 220 bestimmt werden und daraus die Garguttemperatur abgeleitet werden. Beispielsweise kann die Temperatur an der Unterseite des Topfbodens 220 mit der Garguttemperatur gleichgesetzt werden, oder es kann ein empirisch bestimmter Temperaturunterschied hinzugefügt werden, welcher auch von der Höhe der gemessenen Temperatur abhängig sein kann. Die Steuereinheit 210 erhält auch Eingaben von einem Bedienfeld 204, beispielsweise über eine Soll-Garguttemperatur für eine Temperaturregelung Dazu hat ein Bediener vorher die Soll-Garguttemperatur am Bedienfeld 204 direkt oder über ein Kochprogramm eingestellt. Vom Bedienfeld 204 können - unbemerkt vom Bediener - auch weitere Regelgrößen wie PID-Koeffizienten an die Steuereinheit übersendet werden. In der Steuereinheit 210 kann im Fall einer Temperaturregelung eine Regelabweichung zwischen Soll-Garguttemperatur und Ist-Garguttemperatur bestimmt werden, als auch eine Stellgröße des Regelkreises, woraus wiederum eine Steuerspannung zur Steuerung einer Stromerzeugungseinheit 212 in Form einer Leistungselektronik berechnet und ausgegeben wird. Die Steuerspannung liegt hier in einem Bereich zwischen 0 V (ausgeschaltet) und 4 V (maximal). Dazu ist zwischen der Steuereinheit 210 und der Stromerzeugungseinheit 212 ein Digital/AnalogWandler 231 eingefügt. Mittels der Stromerzeugungseinheit 212 wird eine Primärspule 211 in Form einer spiralförmig ausgeführten Leistungswindung betrieben, wie schon bezüglich Figur 1 ausgeführt worden ist. Die Stromerzeugungseinheit 212 erzeugt dazu eine an der Primärspule 211 anliegende Leistungswechselspannung, hier beispielsweise zwischen 10 VAC und 230 VAC bei einer Frequenz zwischen 100 KHz und 400 KHz. Die Primärspule 211 erzeugt als Wechselfeld ein magnetisches Wechselfeld, welches wiederum von der Sekundärspule 214 aufgenommen wird. In anderen Worten ergibt sich zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule 214 ein auf Induktion beruhender Energieübertrag ("transformatorische Kopplung").
Ist der Topf 201 auf dem Betriebsgerät 206 aufgesetzt, beispielsweise auf die in Figur 1 dargestellte Arbeitszone 113a der Arbeitsplatte 105, kann Energie vom Betriebsgerät 206 auf den Topf 201 und Datensignale vom Topf 201 auf das Betriebsgerät 206 übertragen werden. Aufgrund der transformatorischen oder induktiven Kopplung zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule 214 ist die Energieübertragung jedoch nur in einem Nahfeld der Primärspule 211 zum Betrieb des Topfs 201 möglich. Typische maximale senkrechte Abstände (entlang der z-Erstreckung) zwischen Betriebsgerät 206 und Topf 201 betragen hier zwischen 0,3 mm und 3 mm. Ein maximaler Versatz in r-Erstreckung aus einer zentrierten Position beträgt hier bis zu 3 cm. Wird der Topf 201 weiter von der Primärspule 211 entfernt, reicht die übertragene Leistung nicht mehr zum Betrieb des Topfs 201 aus. Dann reicht die übertragene Energie auch nicht mehr zum Betrieb der Topfelektronik 223 aus, welche sodann ihren Betrieb einstellt. Die auf den Topf 201 zur Datenübertragung, einschließlich zum Betrieb der Topfelektronik 223, benötigte Leistung beträgt weniger als 5W, vorteilhafterweise nicht mehr als 3 Watt. Eine Unterbrechung der Datenübertragung wird als Entfernen des Topfs 201 vom Betriebsgerät 206 gedeutet.
Bei einer Annäherung des Topfs 201 an ein Betriebsgerät 206 kann dieses wieder in das Nahfeld der Primärspule 211 eintreten und somit wieder mit Energie versorgt werden. In diesem Fall sendet die Topfelektronik 223 wieder Signale über den Sender 226, 228 aus, welche vom Betriebsgerät 206 erkannt werden. Eine Datenübertragung wird als Aufsetzen des Topfs 201 auf dem Betriebsgerät 206 gedeutet.
Fig. 3 zeigt in einer Schnittdarstellung das Betriebsgerät 306, welches die Stromerzeugungseinheit 312, die Steuereinheit 310 und die Primärspule 311 aufweist, und zeigt auch den intelligenten Topf 301 mit der Sekundärspule 314 und der Heizbahn 322. Zur übersichtlicheren Darstellung ist der Niedervoltbereich des intelligenten Topfs 301 mit Topfelektronik, Sensoren usw. als Last nicht eingezeichnet. Die Primärspule 311 ist in einer kreisförmigen Ausnehmung 332 eines Eisenkerns (insbesondere Ferritkerns) 333 des Betriebsgerät 306 angeordnet, welcher dazu dient, eine von der Primärspule 311 erzeugte Feldstärke zu verstärken. In dem Topf 301 ist ein weiterer Eisenkern (insbesondere Ferritkern) 334 zu sehen, der ebenfalls eine kreisförmige Ausnehmung 335 aufweist, in welcher die Sekundärspule 314 angeordnet ist. Der Eisenkern 334 mit der Sekundärspule 314 (sekundäre Transformatorhälfte) ist vom Eisenkern 333 mit der Primärspule 331 (primäre Transformatorhälfte) trennbar, wie durch einen Pfeil P schematisch angedeutet wird. Die Arbeitsfläche der Arbeitsplatte 305 ist durch eine gestrichelte Linie schematisch dargestellt. Die Primärspule 311 ist in Form einer Spiralspule (siehe auch Fig. 1) in einer Leistungswicklungsebene 336 gewickelt. Die Sekundärspule 314 ist ebenfalls in Form einer Spiralspule in einer Leistungswicklungsebene 337 gewickelt. Die Sekundärspule 314 und die Primärspule 311 weisen die gleiche Anzahl von Wicklungen auf, nämlich hier fünf.
In der primärseitigen Ausnehmung 332 des primärseitigen Eisenkerns 333 ist außenseitig bezüglich der Primärspule 311 eine einzige Signalwindung 338 einer primärseitigen Signalspule 329 angeordnet. Diese umläuft somit außenseitig die ebene primärseitige Leistungsspule 311. Die Signalwindung 338 ist an einer äußeren Seitenwand 339 der Ausnehmung 332 befestigt. Die Leistungswicklungsebene 336 und die Signalwicklungsebene fallen somit zusammen. Analog ist in der Ausnehmung 335 des sekundärseitigen Eisenkerns 334 außenseitig bezüglich der sekundärseitigen Leistungsspule 314 eine einzige Signalwindung 341 einer sekundärseitigen Signalspule 328 angeordnet. Diese umläuft somit außenseitig die ebene sekundärseitige Leistungsspule 314. Auch die Signalwindung 341 ist an einer äußeren Seitenwand 342 der sekundärseitigen Ausnehmung 335 befestigt. Die Leistungswicklungsebene 337 und die Signalwicklungsebene fallen somit ebenfalls zusammen. Die Signalwindungen 338, 341 werden beide mit einer Frequenz von 4 MHz oder darüber betrieben, während die Leistungsspulen 311, 314 mit einer Frequenz von nicht mehr als 400 KHz laufen. Die Leiter der Signalwindungen 338, 341 sind aus HF-Litze 30 x 0,05 gewunden, die Leiter der Leistungsspulen 311, 314 sind aus HF-Litze 840 x 0,07 gewunden. Die primärseitigen Windungen 311 und 338 sind in der primärseitigen Ausnehmung 332 mit Harz oder Kunststoff vergossen; ebenso sind die sekundärseitigen Windungen 314 und 341 in der sekundärseitigen Ausnehmung 335 mit Harz oder Kunststoff vergossen.
Durch den Einbau der Transformatorhälften (Primärspule 311 und primärseitiger Spulenkern 333 bzw. Sekundärspule 311 und sekundärseitiger Spulenkern 334) in waagerechter Anordnung ist die Feldrichtung dazwischen senkrecht ausgeprägt, was nur minimale Störaussendungen (EMV) bewirkt.
Fig. 4 zeigt in Aufsicht eine Anordnung von Elementen einer Transformatorhälfte aus Fig. 3. Dabei wird hier nur die Transformatorhälfte für das Aufsatzgerät beschrieben; die Transformatorhälfte für das Betriebsgerät ist analog aufgebaut. In der ringförmigen Ausnehmung 435 des schalenförmigen Eisenkerns 434 befinden sich die spiralförmig ausgestaltete sekundärseitige Leistungsspule 414 mit hier acht Windungen und diese außenseitig umgebend eine sekundärseitigen Signalspule 428 mit einer einzigen Signalwindung 441. Die sekundärseitige Signalwindung 441 ist mittels eines doppelseitigen Klebebands an der äußeren Seitenwand 442 der sekundärseitigen Ausnehmung 435 angebracht. Der Durchmesser der Signalwindung 441 beträgt ca. 9 cm.
Einige der Vorteile der beschriebenen Ausführungsform sind, dass eine kostengünstige und platzsparend Anordnung, eine minimierte Störaussendung (EMV), ein robuster Aufbau, keine Gefährdung eines Bedieners aufgrund der galvanischen Trennung der Transformatorhälften und damit auch eine Berührungssicherheit, eine hohe Gestaltungsfreiheit beim Gerätedesign, eine kabelfreie Leistungs-/Datenübertragung, insbesondere für eine kabelfreie Küche, gegeben sind. Zudem ist keine eigenen Stromversorgung (Batterie usw.) im Aufsatzgerät erforderlich.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So kann auch eine bidirektionale Kommunikation zwischen Topf und Betriebsvorrichtung vorliegen. Topf und Betriebsvorrichtung sind dann jeweils mit einer Datenübermittlungseinheit mit Sende- und Empfangsfunktion ausgerüstet, z. B. einem Transceiver mit einem Modem und einer Sende/Empfangs-Signalspule. Ein von der Betriebsvorrichtung betreibbares Gerät ist nicht auf einen Topf eingeschränkt, sondern kann jedes andere elektrisch betreibbare Aufsatzgerät umfassen, wie ein anderes Gargeschirr (Pfanne usw.) oder ein Haushaltskleingerät.

So kann der Eigentemperatursensor auch an einer anderen Stelle als einem Messeingang positioniert sein, z. B. an einer anderen Stelle auf der die Topfelektronik tragenden Platine, da auch die dort abgefühlten Temperaturen repräsentativ für eine Temperatur an der Topfelektronik sein könne. Auch kann der Eigentemperatursensor in einen Chip integriert sein, z. B. der Messelektronik oder einer digitalen Schaltung.

Bezugszeichenliste

101	Intelligenter Topf	228	Sendesignalspule
102	Grundkörper	229	Empfangssignalspule
104	Bedienfeld	230	Demodulator
105	Arbeitsplatte	231	D/A-Wandler
106	Betriebsgerät	301	Intelligenter Topf
107	Energieübertragungseinheit	305	Arbeitsplatte
108	Gehäuse	306	Betriebsgerät
109	Betätigungselement	310	Regelungseinheit
110	Steuereinheit	311	Primärspule
111	Primärspule	312	Stromerzeugungseinheit
112	Stromerzeugungseinheit	314	Sekundärspule
113	Arbeitszone	322	Heizbahn
114	Sekundärspule	328	Sekundärseitige Signalspule
115	Linie	329	Primärseitige Signalspule
116	integrierte Schaltung	332	Primärseitige Ausnehmung
117	Eigentemperatursensor	333	Primärseitiger Eisenkern
201	Intelligenter Topf	334	Sekundärseitiger Eisenkern
202	Grundkörper	335	Sekundärseitige Ausnehmung
206	Betriebsgerät	336	Wicklungsebene
210	Steuereinheit	337	Wicklungsebene
211	Primärspule	338	Signalwindung
212	Stromerzeugungseinheit	339	äußere Seitenwand
214	Sekundärspule	341	Signalwindung
216	integrierte Schaltung	342	äußere Seitenwand
217	Eigentemperatursensor	414	Sekundärspule
220	Topfboden	428	sekundärseitige Signalspule
221	Gargut	434	Eisenkern
222	Heizbahn	435	Ausnehmung
223	Topfelektronik	441	Signalwindung
224	Schaltregler	442	äußere Seitenwand
225	analoge Messelektronik	P	Pfeil
226	Modulator	V_B	Sekundärspannung
227	Temperatursensor	V_R	Sekundärspannungskenngröße

Claims

Elektrisch betriebenes Haushalts-Aufsatzgerät (101; 201; 301), aufweisend
- mindestens eine Leistungsspule (114; 214; 314; 414) mit jeweils mindestens einer Leistungswindung zum induktiven Abgriff von Energie aus einem elektromagnetischen Anregungsfeld, insbesondere magnetischen Wechselfeld, zum Betrieb des Haushalts-Aufsatzgeräts (101;201;301), mindestens eine Signalspule (228; 328; 428) mit jeweils mindestens einer Signalwindung (341; 441) und eine Datenübertragungseinheit (226, 228),
wobei
- die mindestens eine Leistungsspule (114; 214; 314; 414) mit der Datenübertragungseinheit (226, 228) zu deren elektrischer Versorgung verbunden ist,

- die mindestens eine Signalwindung (341; 441) in einer Signalwindungsebene (337) liegt,

- die Signalspule (228; 328; 428) eine Signalspule der Datenübertragungseinheit (226, 228) zur Datenübertragung zwischen dem Aufsatzgerät (101; 201; 301) und einem Betriebsgerät (106; 206; 306) ist und

- die Leistungswindungsebene (337) im Wesentlichen parallel zu der Signalwindungsebene (337) liegt,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die mindestens eine Leistungswindung in einer Ausnehmung (332; 335; 435) eines Spulenkerns (333, 334; 434) angeordnet ist und dort in einer Leistungswindungsebene (337) liegt,

- die Leistungsspule (114; 214; 314; 414) und die mindestens eine Signalwindung (341; 441) der Signalspule (228; 328; 428) in der gleichen Ausnehmung (335; 435) des Spulenkerns (334; 434) angeordnet sind und

- die mindestens eine Leistungsspule (114; 214; 314; 414) mit einem Widerstandsheizleiter (222) zu dessen elektrischer Versorgung verbunden ist.
Haushalts-Betriebsgerät (106; 206; 306), aufweisend
- mindestens eine Arbeitszone (113a,113b) zum Betreiben eines Aufsatzgeräts (101; 201; 301), wobei das Betriebsgerät (106; 206; 306) pro Arbeitszone (113a,113b) mindestens eine Leistungsspule (111; 211; 311) mit jeweils mindestens einer Leistungswindung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Anregungsfelds, insbesondere magnetischen Wechselfelds, an der Arbeitszone (113a,113b) und mindestens eine Signalspule (229; 329) pro Arbeitszone (113a, 113b) mit jeweils mindestens einer Signalwindung (338) aufweist,
wobei
- die mindestens eine Leistungswindung in einer Leistungswindungsebene (336) liegt, die mindestens eine Signalwindung (338) in einer Signalwindungsebene (336) liegt,

- die Leistungswindungsebene (336) im Wesentlichen parallel zu der Signalwindungsebene (336) liegt und

- die mindestens eine Signalspule (229; 329) zur Datenübertragung zwischen dem Betriebsgerät (106; 206; 306) und einem Aufsatzgerät (101; 201; 301) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die mindestens eine Leistungswindung in einer Ausnehmung (332) eines Spulenkerns (333) angeordnet ist und

- die Leistungsspule (111; 211; 311) und die mindestens eine Signalwindung (338) der Signalspule (229; 329) in der gleichen Ausnehmung (332) des Spulenkerns (333) angeordnet sind.
Haushaltsgerät (101,106; 201,206; 301,306) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Leistungsspule (111,114; 211,214; 311,314; 414) als Spiralspule ausgebildet ist.
Haushaltsgerät (101,106; 201,206; 301,306) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Signalwindung (338,341; 441) der Signalspule (228,229; 328,329; 428) die mindestens eine Leistungsspule (111, 114; 211, 214; 311, 314; 414) außen umläuft.
Haushaltsgerät (101,106; 201,206; 301,306) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leistungswindungsebene (337) und die Signalwindungsebene (337) übereinstimmen.
Haushaltsgerät (101,106; 201,206; 301,306) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Signalwindung (338,341; 441) an einer Seitenwand (339; 342; 442) der Ausnehmung (332,335; 435) entlang geführt ist.
Haushaltsgerät (101,106; 201,206; 301,306) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Signalwindung (338,341; 441) mit einer Frequenz von 4 MHz oder darüber betrieben wird.
Haushaltsgerät (101,106; 201,206; 301,306) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Datenkommunikation nicht mehr als 10 Watt verbraucht werden, speziell nicht mehr als 5 Watt, insbesondere nicht mehr als 3 Watt.
Haushaltsgerät (101,106; 201,206; 301,306) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leistungsspule (111,114; 211,214; 311,314; 414) mit einer Frequenz von nicht mehr als 400 KHz betrieben wird.
Haushaltsgerät (101,106; 201,206; 301,306) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Durchmesser der Signalwindung (338,341; 441) zwischen 8 cm und 10 cm beträgt.
Haushaltsgerät (101,106; 201,206; 301,306) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Signalwindung (338,341; 441) zum Betrieb in einem Bereich ab einer Frequenz von 4 MHz vorgesehen ist.
Haushaltsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leistungsspule (111,114; 211,214; 311,314; 414) zum Betrieb im Bereich mit einer Frequenz von nicht mehr als 400 KHz vorgesehen ist.
Haushaltsgerät (101,106; 201,206; 301,306) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Datenkommunikation eine Leistung von nicht mehr als 10 Watt vorgesehen ist, speziell nicht mehr als 5 Watt, insbesondere nicht mehr als 3 Watt.
System aus einem Haushalts-Betriebsgerät (106; 206; 306) nach Anspruch 2 mit mindestens einem Haushalts-Aufsatzgerät (101; 201; 301) nach Anspruch 1, bei dem eine minimale Frequenz eines zwischen den Leistungsspulen (111,114; 211, 214; 311, 314; 414) übertragenen Leistungssignals oder eines zwischen den Signalspulen (228,229; 328,329; 428) übertragenen Datensignals die mindestens zehnmal höher ist als eine maximale Frequenz jeweils anderen Signals.
System nach Anspruch 14, bei dem die Leistungsspulen (111, 114; 211, 214; 311, 314; 414) und/oder die Signalspulen (228, 229; 328, 329; 428) von Haushalts-Betriebsgerät (106; 206; 306) und Haushalts-Aufsatzgerät (101; 201; 301) gleich ausgestaltet sind.