WO2010000767A1

WO2010000767A1 - Elektrische schaltung und haushaltsgerät

Info

Publication number: WO2010000767A1
Application number: PCT/EP2009/058239
Authority: WO
Inventors: Armin Kiefer
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2010-01-07
Also published as: DE102008031244A1

Abstract

Die elektrische Schaltung ist mit einem Wechselstromkreis und einem Gleichstromkreis ausgerüstet, wobei der Gleichstromkreis einen Gleichrichter aufweist, der eingangsseitig zu seiner Speisung mit dem Wechselstromkreis galvanisch verbunden ist. Der Gleichstromkreis weist mindestens einen Sensor zur Messung eines Parameters des Wechselstromkreises auf, und der Gleichrichter ist ein Einweggleichrichter. Das Haushaltsgerät weist eine solche elektrische Schaltung auf. Die Kochstelle ist mit mindestens einem Kochfeld ausgerüstet, wobei die Kochstelle aufweist: eine induktiv Leistung übertragende Leistungsversorgung für ein auf dem Kochfeld angeordnetes Haushaltsgerät, einen Empfänger für die vom Haushaltsgerät induktiv ausgesandten Temperaturdaten und einen Regler zur Regelung der Leistungsversorgung auf der Grundlage der Temperaturdaten.

Description

Beschreibung

Elektrische Schaltung und Haushaltsgerät

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung mit einem Wechselstromkreis und einem Gleichstromkreis, der einen Gleichrichter aufweist, welcher eingangsseitig zu seiner Speisung mit dem Wechselstromkreis galvanisch verbunden ist, ein Haushaltsgerät, insbesondere Kochgeschirr, mit mindestens einer solchen Schaltung und eine Kochstelle für das Kochgeschirr .

Bei der gattungsgemäßen elektrischen Schaltung können durch Isolationsfehler Ströme vom Wechselstromkreis (auch Fremd- Stromkreis genannt) in den Gleichstromkreis fließen. Dies ist insbesondere nachteilig, falls der Gleichstromkreis ein Messstromkreis ist, da dann die Messung verfälscht oder gar die Messschaltung zerstört wird.

In der elektrischen Messtechnik werden heutzutage üblicherweise Spannungen unter 10 V verwendet. Am meisten verbreitet ist derzeit die Verwendung einer Spannungsversorgung von 5 V, da auch die verbreiteten Mikroprozessoren damit betrieben werden können. Die Tendenz geht zu immer niedrigeren Spannun- gen, so werden heute auch Systeme mit ca. 3 V oder weniger eingesetzt. Sensoren in solchen Mess-Systemen liefern einen typischen Mess-Spannungshub von 1 V, 100 mV oder weniger. Die elektronischen Mess-Schaltungen werden zudem auf immer geringeren Stromverbrauch ausgelegt, so dass typische Sensoren ei- nen geringen Stromverbrauch von unter 10 mA aufweisen. Weit verbreitet sind Sensoren mit noch geringeren Strömen im Bereich von 1 mA oder darunter.

Der durch einen endlichen Isolationswiderstand hervorgerufene Einfluss eines Wechselstromkreises auf einen benachbarten Gleichstromkreis ist umso größer, je höher die Wechselspannung und je geringer der Isolationswiderstand sind. Insbeson- dere die Netzwechselspannung von 230 V ist im Vergleich zu den Messspannungen im 1 V - oder 100 mV-Bereich schon in der Größenordnung 100- bis 1000-fach größer und kann dadurch leicht Fehlerströme hervorrufen, die die Messungen deutlich im Promille- oder Prozent-Bereich verfälschen. Ist die Höhe der Wechselspannung vorgegeben, z. B. bei einem Gerät das mit Netzspannung betrieben wird, so bestimmt die Güte des Isolationswiderstandes die Höhe des Fehlerstromes, der auf den Messkreis einwirkt. Bei der Isolationsprüfung von Netz- Verbrauchern nach VDE sind, je nach Isolationsklasse, Isolationswiderstände von 1 MΩ oder sogar darunter (bei Heizgeräten) zulässig. Hierbei treten Fehlerströme von 0,23 mA (bei 230 V Netzspannung) oder mehr gegenüber dem Gehäuse bzw. dem Schutzleiter auf.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, einen Störeinfluss des Wechselstromkreises auf den Gleichstromkreis einer solchen elektrischen Schaltung zu verhindern.

Diese Aufgabe wird mittels einer elektrischen Schaltung, eines Haushaltsgeräts und einer Kochstelle nach dem jeweiligen unabhängigen Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Die elektrische Schaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Gleichstromkreis mindestens einen Sensor zur Messung eines Parameters des Wechselstromkreises aufweist und der Gleichrichter als Einweggleichrichter ausgestaltet ist. Dadurch kann eine Veränderung des im Gleichstromkreis fließenden Stroms aufgrund eines Isolationsfehlers zum Wechselstromkreis verringert oder sogar eliminiert werden. Der Gleichstromkreis stellt also einen Messkreis für den Wechselstromkreis dar. Da der Sensor meist nahe an den Wechselstromkreises herangeführt werden muss, ist ein Störeffekt durch einen endlichen Isolationswiderstand besonders groß. Durch den Einweggleichrichter lässt sich dennoch der Einfluss durch den daraus resultieren- den Fehlerstrom auf die Messgenauigkeit verringern oder sogar eliminieren .

Zur einfachen und effektiven Gleichrichtung umfasst der Ein- weggleichrichter eine einzelne Diode, alternativ z. B. einen Triac.

Vorzugsweise umfasst der Einweggleichrichter einen Glättungs- kondensator .

Es kann eine elektrische Schaltung bevorzugt sein, bei welcher der mindestens eine Sensor einen temperaturabhängigen Widerstand, z. B. einen Kaltleiter oder Heißleiter, umfasst, alternativ beispielsweise ein Thermoelement.

Dann wird es bevorzugt, wenn der Wechselstromkreis ein abzu- fühlendes Heizelement umfasst, insbesondere eine Widerstandsheizung. Der Einweggleichrichter ist dann besonders vorteilhaft einsetzbar, da Heizelemente üblicherweise hohe Spannun- gen des Wechselstromkreises zur Leistungsversorgung nutzen, was bisher einen besonders hohen Messfehler bedingt hat, der durch den Einweggleichrichter im Wesentlichen entfällt.

Zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit wird es bevorzugt, wenn der Gleichstromkreis einen Tiefpassfilter umfasst, um eine durch den Fehlerstrom eingebrachte Welligkeit aus dem Gleichstromkreis herauszufiltern .

Das Haushaltsgerät weist mindestens eine solche elektrische Schaltung auf.

Es wird insbesondere ein Haushaltsgerät bevorzugt, das mindestens ein Heizelement aufweist, welches zur Leistungsversorgung in den Wechselstromkreis eingekoppelt ist, und einen Temperatursensor, der zur Messung einer Temperatur des Heizelements eingerichtet ist. Die hohe Messgenauigkeit kommt im Vergleich zum Stand der Technik insbesondere zu tragen, wenn der Sensor nahe am Wechselstromkreis angeordnet ist.

Die Messmethode ist besonders vorteilhaft einsetzbar unter schwierigen Messbedingungen, beispielsweise, wenn der Temperatursensor nicht mehr als 5 mm von einem Heizelement entfernt ist, insbesondere nicht mehr als 3 mm, und / oder eine maximale Temperatur des Heizelements mehr als 90 ⁰C, insbe- sondere mehr als 200 ⁰C, beträgt.

Es kann ferner bevorzugt sein, wenn der Sensor, insbesondere Temperatursensor, als ein Element eines Regelkreises, insbesondere zur Regelung der dem Heizelement zugeführten Leis- tung, eingerichtet ist.

Die Messmethode ist nicht auf eine Temperaturmessung beschränkt. Sie kann jedoch besonders vorteilhaft bei Haushaltsgeräten angewandt werden, die eine Temperaturmessung be- nötigen oder benötigen könnten, wie ein Backofen, eine Kochstelle, ein Herd, ein Wasserkocher, eine Kaffeemaschine, eine Waschmaschine, eine Spülmaschine und so weiter. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Haushaltsgerät als Kochgeschirr ausgestaltet und induktiv mit Leistung versorgbar ist.

Dann ist es besonders vorteilhaft, wenn das Kochgeschirr dazu eingerichtet ist, vom Temperatursensor abgefühlte Temperaturdaten induktiv zu übertragen, insbesondere zu einem Kochfeld. Dies kann beispielsweise über eine Modulation, insbesondere über Amplitudenmodulation, zusätzlich zum Leistungssignal, geschehen, z. B. über eine sog. Powerline-Kommunikation ("PLC")- Alternativ kann beispielsweise auch ein separater Funkkanal verwendet werden.

Die Kochstelle weist mindestens ein Kochfeld auf, wobei die Kochstelle aufweist: eine induktiv Leistung übertragende Leistungsversorgung für ein auf dem Kochfeld angeordnetes Haushaltsgerät, z. B. einen induktiv arbeitenden Sender, einen Empfänger für von dem Haushaltsgerät induktiv ausgesandte Temperaturdaten und einen Regler zur Regelung der Leistungsversorgung auf der Grundlage der Temperaturdaten.

Das mit der Kochstelle betriebene Haushaltsgerät weist vorzugsweise mindestens ein Heizelement auf, welches zur Leistungsversorgung in den Wechselstromkreis eingekoppelt ist, und einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur des Heizelements eingerichtet, wobei der Temperatursensor als ein Element eines Regelkreises zur Regelung der dem Heizelement zugeführten Leistung eingerichtet ist, z. B. durch Verbindung mit einer Datenübertragungseinheit. Dieses bevorzugte Haushaltsgerät ist ferner als Kochgeschirr ausgestaltet und in- duktiv mit Leistung versorgbar, wobei das Kochgeschirr dazu eingerichtet ist, vom Temperatursensor abgefühlte Temperaturdaten induktiv zu übertragen, insbesondere an eine Kochstelle.

Die Kochstelle und das Kochgeschirr weisen zur induktiven Leistungsübertragung vorzugsweise jeweils eine Spule eines Primär- bzw. Sekundärteils eines trennbaren Transformators auf. Die Spule des Kochgeschirrs dient dann als gemeinsame Wechselspannungsquelle für den Wechselstromkreises und den Gleichstromkreis.

In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur besseren Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirken- de Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.

FIG 1 zeigt eine elektrische Schaltung mit einem Wechselstromkreis und einem damit galvanisch zusammenhängenden Gleichstromkreis nach dem Stand der Technik;

FIG 2 zeigt in drei Teilbildern FIG 2A bis FIG 2C jeweils eine Auftragung einer zwischen dem Wechselstrom- kreis und dem Gleichstromkreis auftretenden Fehlerspannung in Volt, gekennzeichnet durch Quadrate, und der gemittelten Fehlerspannung, gekennzeichnet durch Rauten, jeweils aufgetragen über die Zeit in Sekunden für die Schaltung gemäß FIG 1 unter jeweils unterschiedlichen Randbedingungen;

FIG 3 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Schaltung mit einem Wechselstromkreis und einem damit galva- nisch zusammenhängenden Gleichstromkreis;

FIG 4 zeigt analog zu FIG 2 in drei Teilbildern FIG 4A bis FIG 4C jeweils die Fehlerspannung, gekennzeichnet durch Quadrate, und deren Mittelwert, gekenn- zeichnet durch Rauten, in Volt gegen die Zeit in s für die Schaltung gemäß FIG 3 unter jeweils unterschiedlichen Randbedingungen;

FIG 5 zeigt in zwei Teilbildern eine Auftragung einer Messspannung, gekennzeichnet durch Quadrate, und ihres Mittelwerts, gekennzeichnet durch Rauten, in mV gegen die Zeit in s für die Schaltung nach FIG 1

(FIG 5A) und für die Schaltung nach FIG 3 (FIG 5B) ;

FIG 6 zeigt als Schnittdarstellung in Querschnittansicht ein Haushaltssystem mit einem Kochgeschirr, das eine Schaltung nach FIG 3 aufweist.

FIG 1 zeigt eine typische elektrische Schaltung 1 mit galva- nisch zusammenhängendem Wechselstromkreis 2 und Gleichstromkreis 3 nach dem Stand der Technik.

An eine Wechselspannungsquelle 4, welche eine Wechselspannung Ue ausgibt, ist ein Verbraucher in Form einer Widerstandshei- zung 5 mit einem Widerstandwert RL angeschlossen, wobei es für die weitere Betrachtung zweckmäßig ist, die Heizung 5 als in Teilwiderstände 6 und 7 mit entsprechenden Teilwider- standswerten Rl bzw. R2 aufgeteilt zu betrachten. Diese Elemente 4 bis 7 stellen den einfachen Wechselstromkreis 2 dar, welcher im Folgenden auch als Fremdwechselstromkreis bezeichnet wird.

An der Wechselspannungsquelle 4 hängt auch der Gleichstromkreis 3. Hier ist, beispielsweise aus Kostengründen oder bei veränderlicher Eingangsspannung, keine galvanische Trennung des Gleichstromkreises 3 von der Wechselspannungsquelle 4 vorgenommen worden, was z. B. mittels eines Transformators geschehen könnte, sondern der Gleichstromkreis 3 ist galvanisch mit der Eingangsspannung Ue verbunden. Um eine gleichgerichtete Spannung zu erzeugen, wird üblicherweise eine Brü- ckengleichrichterschaltung 8, bestehend aus vier Dioden 9, verwendet. Zwischen die Ausgänge der Brückengleichrichter- schaltung 8 ist ein Glättungskondensator 10 eingeschaltet, wobei die über ihn abfallende geglättete Spannung UgI bei geringer Belastung bis auf den Spitzenwert der Wechselspannung Ue aufgeladen wird. Falls die Wechselspannung Ue eine sinus- förmige Netzspannung von 230 V ist, beträgt die geglättete Gleichspannung UgI bei geringer Belastung ca. 325 V. Es ist bisher üblich, einen Brückengleichrichter 8 zu verwenden, da an jeder Diode 9 dann nur der Spitzenwert der Eingangswechselspannung Ue als maximale Sperrspannung auftritt. Ein wei- terer Vorteil ist, dass beide Halbwellen der Eingangswechselspannung Ue zur Aufladung des Glättungskondensators 10 genutzt werden. Dadurch ist die Restwelligkeit auf der gleichgerichteten Spannung UgI gering. Am Glättungskondensator 10 kann zudem ein hoher Strom entnommen werden, da er bei jeder Halbwelle der Eingangsspannung Ue nachgeladen wird. An den Glättungskondensator 10 angeschlossen ist eine Spannungsversorgung 11, die aus der geglätteten Spannung UgI eine für einen Gleichstromverbraucher passende Versorgungsspannung Ucc erzeugt. Die Gleichspannung Ucc liegt typischerweise im Be- reich von 3 bis 15 V. Um einen guten Wirkungsgrad bei einer hohen Eingangsspannung zu erreichen, wird hierzu meist ein Schaltregler verwendet. Der Verbraucher umfasst hier eine Messschaltung 12, die einen temperaturabhängigen Widerstand 13 mit einem Widerstandswert Rs(T) als Temperatursensor aufweist. Durch die Messschaltung 12 wird dem temperaturabhängigen Widerstand 13 ein im Wesentlichen konstanter Messstrom Imess aufgeprägt; die Messschaltung 12 dient somit bezüglich des Widerstands 13 als Konstantstromquelle. Am thermischen Widerstand 13 fällt dadurch eine ebenfalls temperaturabhängige Messspannung Umess (T) ab, welche beispielsweise durch die Messschaltung 12 abfühlbar ist. Die Messschaltung 12 wird grundsätzlich ebenfalls aus der Wechselspannung Ue gespeist.

Da der temperaturabhängige Widerstand 13 in der gezeigten An- Ordnung die Temperatur in der Widerstandsheizung 5 des Wechselstromkreises 2 messen soll, wird er so nahe wie möglich an dieser angebracht, wodurch nur eine geringe Isolationsstrecke zwischen Heizung 5 und Widerstand 13 vorhanden ist.

Durch Fertigungsfehler im Isoliermaterial, z. B. Luftblasen bei einer Klebeverbindung, durch Veränderung der Isolationseigenschaften bei höherer Temperatur, durch Alterung oder durch Einwirkung chemischer Art, u. v. m., kann die Isolation verschlechtert werden oder gar ganz ausfallen. In FIG 1 ist dies durch einen gestrichelt eingezeichneten endlichen Isolationswiderstand 14 mit einem Widerstandswert Riso dargestellt. Da die Heizung 5 in der Regel größere Abmessungen als der temperaturabhängige Widerstand 13 aufweist, z. B. in Form einer langen Widerstandsschicht vorliegt, kann diejenige Stelle, an welcher der Isolationsfehler auftritt, als Abgriff ähnlich wie bei einem Potentiometer angesehen werden. Somit lässt sich der Gesamtwiderstand RL der Heizung 5 in einen Teilwiderstand 6 vor und einen Teilwiderstand 7 nach der fehlerhaften Stelle mit den entsprechenden Widerstandswerten Rl bzw. R2 aufteilen. Durch den Isolationswiderstand 14 fließt ein Fehlerstrom Ix vom Fremdwechselstromkreis 2 in den Gleichstromkreis (Mess-Stromkreis) 3 entlang der wirkenden Fehlerspannung Ux.

Je geringer der Isolationswiderstandswert Riso ist, desto größer ist der Fehlerstrom Ix, der zusätzlich in den Mess- Stromkreis fließt. Da der Sensor dann vom Messstrom Imess und zusätzlich vom Fehlerstrom Ix durchflössen wird, erhält die Messspannung Umess einen zusätzlichen additiven Anteil aus dem Fehlerstrom Ix. Dieser Anteil kann als Zusammensetzung einer Gleichstromkomponente und eines entsprechenden Spektrums von harmonischen Schwingungen aufgefasst werden. Die harmonischen Schwingungen können durch einen Tiefpass-Filter (ohne Abb.) eliminiert werden, wenn die Messschaltung mit Gleichstrom arbeitet. Der durch den Fehlerstrom Ix verursach- te zusätzliche Gleichspannungsanteil führt jedoch zu einem nicht herausfilterbaren Messfehler.

In der Anordnung gemäß FIG 1 wird der komplette Sensor 13 vom Fehlerstrom Ix durchflössen, da der Isolationsfehler am lin- ken Sensoranschluss auftritt. Würde der Fehlerstrom Ix entlang der Widerstandsbahn des Widerstands 13 eintreten, so wäre der Fehlereinfluss entsprechend geringer. Im anderen Extremfall, wenn Ix am anderen Sensoranschluss eintreten würde, so hätte dies in der dargestellten Messschaltung keinen Mess- fehler zur Folge. Zur Vereinfachung wird angenommen, dass die Mess-Schaltung 12 den Messstrom Imess über eine Strommessung in der Zuleitung misst und regelt. Oft wird aber auch die schaltungstechnisch einfachere Version der Strommessung mit einem Messwiderstand gegen Masse verwendet. In diesem Fall würde der Fehlerstrom Ix auch durch diesen Messwiderstand fließen und in jedem Fall einen Messfehler verursachen.

In FIG 2A bis FIG 2C sind Simulationsergebnisse der Schaltung aus FIG 1 für die Größe der Fehlerspannung Ux und der gemit- telten Fehlerspannung Ux jeweils in [V] dargestellt bei Rl = 20 Ω, R2 = 0 Ω (FIG 2A) ; Rl = 15 Ω, R2 = 5 Ω (FIG 2B) und Rl = R2 = 10 Ω (FIG 2C), jeweils als Auftragung über die Zeit in [s] . Die Wechselspannung Ue wird als Netzspannung mit 230 VAC und 50 Hz angenommen. Die Form der Fehlerspannung Ux entspricht der Form der harmonischen Anteile zur Messspannung; und der gemittelte Wert dem Gleichstromanteil zur Messspan- nung.

FIG 2A entspricht der Situation, bei welcher der temperaturabhängige Widerstand bzw. Sensor an einem Ende der Widerstandsbahn sitzt. Ux tritt hierbei nur bei einer Halbwelle in Erscheinung. Wäre Rl = 0 Ohm und R2 = 20 Ohm (Sensor am anderen Ende der Widerstandsbahn 5), so würde sich entsprechend die andere Halbwelle auswirken. In FIG 2B ist der temperaturabhängige Widerstand bei einem Viertel der Länge der Widerstandsbahn positioniert. Entsprechend der Widerstandverhält- nisse von Rl und R2 treten nun Anteile beider Halbwellen bei Ux auf. In FIG 2C entspricht die Position des temperaturabhängigen Widerstands etwa der Mitte der Widerstandsbahn. Hierbei treten beide Halbwellen gleichermaßen in Erscheinung. Alle anderen Zwischenwerte sind selbstverständlich auch mög- lieh. Falls mehrere temperaturabhängige Widerstände an verschiedenen Positionen der Widerstandsheizung angebracht sind, tritt bei jedem temperaturabhängigen Widerstand ein typischer Spannungsverlauf für Ux auf, welcher der Position des temperaturabhängigen Widerstands entspricht.

Trotz unterschiedlicher Verlaufsformen erscheint die Fehlerspannung Ux in der hier gezeigten Anordnung durchgängig als positiver Wert. Der Gleichspannungsanteil zur Messspannung, der zum Mittelwert der Fehlerspannung Ux korrespondiert, ist folglich ebenfalls größer als Null und ist unabhängig von der Aufteilung der Widerstände Rl und R2.

Durch den Einsatz einer Einfachgleichrichter (Einweggleichrichter) -Schaltung anstelle der Brückengleichrichterschaltung können die Gleichstromeinflüsse, die von der Wechselspannungsquelle 4 über den Isolationswiderstand Riso auf die Messschaltung 12 einwirken, weitgehend eliminiert werden. FIG 3 zeigt dazu eine Ausführungsform einer Schaltung 15 mit einem Gleichstromkreis 16, der am Eingang einen Einfachgleichrichter in Form einer einzelnen Diode 17 aufweist. Die übrigen Elemente gleichen denen aus FIG 1. Auch hier wird der Kondensator 10 bei geringer Last bis auf den Spitzenwert der Eingangswechselspannung Ue aufgeladen. Jedoch erfolgt die Nachladung nun nur noch bei einer Halbwelle. Dadurch ist im Vergleich zur Brückengleichrichter-Schaltung 8 aus FIG 1 die Welligkeit auf dem Kondensator UgI größer, und unter Belas- tung sinkt die geglättete Spannung UgI stärker ab. Auch tritt an der Diode 17 hier die doppelte Spitzenspannung als maximale Sperrspannung auf, so dass eine Diode 17 mit einer im Vergleich zu einer der Dioden 9 des Brückengleichrichters 8 aus FIG 1 höheren Sperrspannung eingesetzt werden muss. Aller- dings benötigt man nun nur noch eine Diode 17 statt vier Dioden wie bei dem Brückengleichrichter 8 aus FIG 1. Der wesentliche Vorteil beim Einsatz eines Einfachgleichrichters 17 ist es jedoch, dass bei einem Isolationsfehler der Einfluss der Wechselspannung Ue symmetrisch zur Masse erfolgt, so dass sich der Einfluss im Mittel aufhebt, der Gleichspannungsanteil aufgrund des Isolationsfehlers also somit Null ist. Die weiterhin auftretende Welligkeit in der Messspannung Umess bzw. im Messstrom Imess kann durch ein Tiefpassfilter (ohne Abb.) herausgefiltert werden, so dass die Spannungsmessung nicht beeinflusst wird.

FIG 4 zeigt in drei Teilbildern FIG 4A bis FIG 4C Simulationsergebnisse der Schaltung aus FIG 3 für die Größe der Fehlerspannung Ux und der gemittelten Fehlerspannung Ux jeweils in [V] dargestellt bei Rl = 20 Ω, R2 = 0 Ω (FIG 4A) ; Rl = 10 Ω, R2 = 10 Ω (FIG 4B) und Rl = 5 Ω, R2 = 15 Ω (FIG 4C), jeweils als Auftragung über die Zeit in [s] . Die Wechselspannung Ue wird als Netzspannung mit 230 VAC und 50 Hz angenommen. Die Form der Fehlerspannung Ux entspricht der Form der harmonischen Anteile zur Messspannung; und der gemittelte Wert dem Gleichstromanteil zur Messspannung. Je nach Position des Thermowiderstands an der Heizungsbahn und entsprechender Aufteilung der Teilwiderstände fällt Ux entsprechend größer oder kleiner aus. Der Mittelwert (¹AVG') ist jedoch immer Null, so dass nun kein Messfehler mehr durch den zusätzlichen Gleichspannungsanteil hervorgerufen wird. Bei abnehmendem Widerstandswert Riso fließt noch ein Teil des Messstromes Imess über Riso ab und nicht durch den Thermowi- derstand. Dadurch wird Umess kleiner, so dass dadurch ein geringer Messfehler entsteht. Dieser wird jedoch nicht wie bei der Brückengleichrichterschaltung aus FIG 1 durch den Ein- fluss der Wechselspannungsquelle 4 hervorgerufen und ist sehr gering.

FIG 5 zeigt in zwei Teilbildern eine Auftragung einer Mess- Spannung Umess in [mV] und der gemittelten Messspannung (¹AVG') Umess in [mV] als Repräsentanten des Gleichspannungsanteils jeweils gegen die Zeit t in [s] für den Brückengleichrichter 5 aus FIG 1 (FIG 5A) und für den Einfachgleichrichter 17 aus FIG 3 (FIG 5B) . Dabei wird als Ue die Netz- wechselspannung von 230 Volt angenommen. Als Temperatursensor 13 wird ein Dünnschicht-Pt 100-Thermowiderstand mit einem Widerstandswert von 100 Ω bei 0⁰C angenommen, auf den ein Messstrom Imess von 1 mA aufgeprägt wird, was ein üblicher Wert ist, um eine Selbsterwärmung zu vermeiden. Der theoretisch korrekte Wert für Umess beträgt dann nach dem Ohmschen Gesetz 100 mV.

FIG 5A zeigt eine Simulation von Umess aus der Schaltung mit Brückengleichrichter 5 aus FIG 1 mit Rl = 20 Ω und R2 = 0 Ω. Der Isolationswiderstandswert Riso wird im gerechneten Beispiel zu 10 MΩ angenommen der im Vergleich zur VDE- Sicherheitsgrenze zehnmal besser ist, aber trotzdem zu erheblichen Messfehlern führen kann. Umess steigt durch den Gleichstromanteil des Fehlerstromes Ix um ca. 1 mV auf 101 mV. Dies entspricht einem scheinbaren Widerstand des Temperatursensors von 101 Ohm, was einer Temperatur von ca. + 3 ⁰C entspricht, statt 0 ⁰C. Es entsteht somit ein Messfehler von ca. 3 K. Selbst bei einem erfahrungsgemäß als "gut" zu bezeichnenden Isolationswiderstand 14 von 100 bis 1000 MΩ beträgt der Messfehler somit noch ca. 0,3 bis 0,03 K und ist bei genauen Messungen nicht vernachlässigbar.

Bei der Simulation der Schaltung aus FIG 3 mit Einfachgleichrichter 17 wurden Rl und R2 zur Berechnung so gewählt, dass sich die stärkste Welligkeit auf Umess ergibt, nämlich Rl = 20 Ω und R2 = 0 Ω. Es tritt jedoch kein Messfehler durch ei- nen Gleichspannungsanteil der Eingangswechselspannung Ue mehr auf. Der Mittelwert von Umess beträgt weiterhin 100 mV. Der durch das Abfließen des Messstromes Imess über den Isolationswiderstand 14 entstehende Messfehler ist somit vernachlässigbar gering und bei dem gewählten Maßstab in der Simulation nicht mehr sichtbar, kann aber leicht berechnet werden: der Messstrom Imess teilt sich zwischen dem Thermowiderstand 13 und dem Isolationswiderstand 14 auf. Der Isolationswiderstand 14 liegt für Imess daher praktisch parallel zum Thermowiderstand 13. Der Widerstand der Heizung 5 wird bei der folgenden Berechnung vernachlässigt, da er in der Regel eher klein gegenüber dem Isolationswiderstand 14 ist. Der Isolationswiderstand 14 wird, wie auch in FIG 5A, wieder mit 10 MΩ angenommen. Der Messfehler beträgt nur noch 1 μV, entsprechend ca. 0,003 K. Die Verbesserung gegenüber der Schaltung mit Brü- ckengleichrichter, die einen Messfehler von ca. 3 K aufweist, liegt somit bei einem Faktor von ca. 1000.

FIG 6 zeigt ein Kochfeld 18 einer Kochstelle eines Herds, auf dem ein Topf 19 aufliegt. Die Leistungsübertragung zur Erwär- mung des Topfes 19 geschieht induktiv mittels eines trennbaren Transformators 20, dessen Primärspule 20a im Kochfeld integriert ist, und dessen Sekundärspule 20b im Topf 19 integriert ist. Die Sekundärspule 20b wirkt somit als Wechselstromquelle 4 für den Topf 19 und betreibt eine Widerstands- heizung 5. An der Wechselstromquelle 20b ist analog zu FIG 3 ein Messkreis 16 mit einem Einweggleichrichter (ohne Abb.) galvanisch angeschlossen, dessen Pt-100-Thermosensor 13 nahe an der Heizung 5 angebracht ist. Im Betrieb wird somit die Temperatur an der Heizung 5 und damit am Topfboden 21 abgefühlt. Die abgefühlten Messwerte werden an eine - hier nicht dargestellte - im Herd vorhandene Leistungssteuerung zur Steuerung einer Leistung zur Primärspule 20a übertragen. Dadurch ist beispielsweise eine Temperaturregelung am Topf 19 möglich. Die Signalübertragung kann beispielsweise mittels Powerline Communication über den Transformator 20 erfolgen oder über eine Funk-Datenübertragung mittels eigens dafür vorgesehener Antennen.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.

Grundsätzlich tritt der beschriebene Effekt bei einer Isolation zwischen einem Wechselspannungskreis gegenüber einem Gleichspannungskreis auf, wenn die Schaltung des Gleichspannungskreises aus dem Wechselspannungskreis versorgt wird und nicht galvanisch getrennt ist.

Die Isolationsbetrachtung gegenüber der Wechselspannung kann statt bezüglich einer Heizung gegenüber jedem anderen stromführenden Teil des Wechselstromkreises durchgeführt werden, z. B. gegenüber einer Stromleitung oder gegenüber einem ande- ren Verbraucher, wie beispielsweise einem Motor, einem Relais, und so weiter.

In Reihe zum Gleichrichter können auch andere Bauelemente geschaltet sein, beispielsweise ein Kondensator oder ein ohm- scher Widerstand zur Verringerung der gleichgerichteten Spannung oder zur Strombegrenzung.

Der Gleichrichter kann auch so geschaltet sein, dass die geglättete Spannung UgI eine negative Spannung gegenüber Masse ist. Auch die Versorgungsspannung Ucc kann negativ sein. Es können auch positive und negative Potentiale gegenüber Masse vorhanden sein. Der Gleichrichter kann anstelle einer Diode auch ein Transistor, Triac oder anderer Halbleiter sein, der passiv oder durch aktive Ansteuerung eine Gleichrichterfunktion ausführt.

Der Gleichstromkreis kann auch beliebigen anderen Zwecken außer als Messstromkreis dienen. Wenn der Gleichstromkreis als Messstromkreis ausgeführt ist, kann die Isolationsbetrachtung für die Leitungen allein oder für andere Schaltungsteile gel- ten, insbesondere aber für alle Arten von elektrischen Sensoren, wie z. B. Widerstandssensoren, Thermoelemente oder ström- oder spannungsgebende Sensoren, aber auch für Pyro- oder optische Sensoren usw. Die Polarität der Messströme oder -Spannungen kann beliebig variieren. Insbesondere ist es mög- lieh, dass Sensoren nicht einseitig an Masse liegen, sondern auf einem gewissen Potential gegen Masse; dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein zusätzlicher Strommesswiderstand gegen Masse in der Sensorzuleitung liegt. Es können auch positive und negative Potentiale gegenüber Masse vorhanden sein.

Statt eines Kochgeschirrs kann auch jedes andere mit Strom zu versorgende Gerät mit der elektrischen Schaltung versehen sein, z. B. eine Kaffeemaschine, ein Wasserkocher, ein Waffeleisen, und so weiter.

Bezugszeichenliste

1 elektrische Schaltung

2 Wechselstromkreis 3 Gleichstromkreis

4 Wechselspannungsquelle

5 Widerstandsheizung

6 Teilwiderstand

7 Teilwiderstand 8 Brückengleichrichterschaltung

9 Diode

10 Glättungskondensator

11 Gleichspannungsversorgung

12 Messschaltung 13 temperaturabhängiger Widerstand

14 Isolationswiderstand

15 Schaltung

16 Gleichstromkreis

17 Diode 18 Kochfeld

19 Topf

20 Transformator 20a Primärspule 20b Sekundärspule 21 Topfboden

Imess Messstrom

Ix Fehlerstrom

Rl Widerstandswert des Teilwiderstands 6

R2 Widerstandswert des Teilwiderstands 7 Riso Widerstandwert des Isolationswiderstandes 14

RL Widerstandswert der Widerstandsheizung 5

Rs Widerstandswert des Sensors 13

Ucc Versorgungsgleichspannung

Ue Eingangswechselspannung UgI geglättete Spannung

Umess Messspannung

Ux Fehlerspannung

Claims

Patentansprüche

1. Elektrische Schaltung (15) mit einem Wechselstromkreis (2) und einem Gleichstromkreis (16), wobei der Gleichstrom- kreis (16) einen Gleichrichter (17) aufweist, der eingangs- seitig zu seiner Speisung mit dem Wechselstromkreis (2) galvanisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromkreis (16) mindestens einen Sensor (14) zur Messung eines Parameters des Wechselstromkreises (2) aufweist und der Gleichrichter ein Einweggleichrichter (17) ist.

2. Elektrische Schaltung (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einweggleichrichter eine einzelne Diode (17) umfasst.

3. Elektrische Schaltung (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor einen Temperatursensor, insbesondere temperaturabhängigen Widerstand (14), umfasst.

4. Elektrische Schaltung (15) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstromkreis (2) ein Heizelement umfasst, insbesondere eine Widerstandsheizung (5) .

5. Elektrische Schaltung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromkreis (16) einen Tiefpassfilter umfasst.

6. Haushaltsgerät (19), dadurch gekennzeichnet, dass es ei- ne elektrische Schaltung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

7. Haushaltsgerät (19) nach Anspruch 6 mit einer elektrischen Schaltung (15) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens aufweist:

- ein Heizelement (5) , welches zur Leistungsversorgung in den Wechselstromkreis (2) eingekoppelt ist, und - einen Temperatursensor (14) zur Messung einer Temperatur des Heizelements (5) eingerichtet.

8. Haushaltsgerät (19) nach Anspruch 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Temperatursensor (14) nicht mehr als 5 mm vom Heizelement (5) entfernt ist, insbesondere nicht mehr als 3 mm.

9. Haushaltsgerät (19) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Temperatur des

Heizelements (5) mehr als 90 ⁰C beträgt, insbesondere mehr als 200 ⁰C.

10. Haushaltsgerät (19) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (14) als ein Element eines Regelkreises zur Regelung der dem Heizelement (5) zugeführten Leistung eingerichtet ist.

11. Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 10, da- durch gekennzeichnet, dass es als Kochgeschirr (19) ausgestaltet und induktiv mit Leistung versorgbar ist.

12. Haushaltsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochgeschirr (19) dazu eingerichtet ist, vom Tempe- ratursensor (14) abgefühlte Temperaturdaten induktiv zu übertragen, insbesondere zu einer Kochstelle.

13. Kochstelle mit mindestens einem Kochfeld (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Kochstelle aufweist: - eine induktiv Leistung übertragende Leistungsversorgung für ein auf dem Kochfeld (18) angeordnetes Haushaltsgerät

(19) nach den Ansprüchen 7 und 10 bis 12, einen Empfänger für die vom Haushaltsgerät (19) induktiv ausgesandten Temperaturdaten, - einen Regler zur Regelung der Leistungsversorgung auf der

Grundlage der Temperaturdaten.