DE10021234A1 - Kochfeld mit einer Einrichtung zur Erkennung eines Kochgefäßes - Google Patents

Abstract

Ein Kochfeld (2) enthält eine Einrichtung (8) zur Erkennung eines Kochgefäßes (12), die einen Lichtsender (80) und zumindest einen Lichtempfänger (82) zum Empfangen eines vom Lichtsender (80) emittierten und vom auf einer Kochzone (3, 4) abgestellten Kochgefäß (12) reflektierten Lichtsignals (LS) umfasst. Da die Messung optisch erfolgt, können auch nichtmetallische Kochgefäße (12) erkannt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kochfeld mit einer Ein­ richtung zur Erkennung eines Kochgefäßes.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit eines Kochfeldes ist es wünschenswert, dass der in einer Kochzone befindliche Heiz­ körper nur dann mit elektrischer Leistung versorgt wird, wenn diese tatsächlich benötigt wird, d. h. wenn sich ein Kochge­ fäß, beispielsweise ein Topf, eine Pfanne oder ein Wasserkes­ sel, auf der Kochzone befindet. Darüber hinaus ist es bei so­ genannten Mehrkreis-Kochzonen zur Vermeidung einer unnötigen Energieverschwendung bekannt, außerdem die Größe des auf der Kochzone abgestellten Kochgefäßes zu erfassen, und äußere Kochkreise der Mehrkreis-Kochzone nur dann zuzuschalten, wenn die von diesen abgegebene Wärme auch tatsächlich an das Koch­ gefäß abgegeben und somit zur Erwärmung des Kochguts genutzt werden kann.

Aus HEA Bilderdienst, Informationen über Elektrizität und ih­ re Anwendung, Elektroherde, VWEW-Verlag, Frankfurt, 5. Aufl. 1996, S. 17-18, sind Glaskeramik-Kochfelder mit sogenannter Topferkennung und Topfgrößenerkennung bekannt, bei denen mit Hilfe von Topferkennungs-Sensoren das Vorhandensein bzw. die Größe eines auf der Kochzone abgestellten Kochgefäßes festge­ stellt werden kann. Die bekannten Topferkennungs-Sensoren ar­ beiten dabei entweder auf kapazitiver oder auf induktiver Ba­ sis und sind somit für nichtmetallische Kochgefäße, bei­ spielsweise Gefäße aus Glas oder Porzellan, nicht geeignet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kochfeld mit einer Einrichtung zur Erkennung eines Kochgefäßes anzuge­ ben, bei dem auch das Vorhandensein oder die Größe eines Kochgefäßes auf der Kochzone detektiert werden kann, wenn dieses aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht.

Die genannte Aufgabe wird gelöst mit einem Kochfeld, das eine Einrichtung zur Erkennung eines Kochgefäßes mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 umfasst. Gemäß Patentanspruch 1 ent­ hält die Einrichtung zur Erkennung eines Kochgefäßes einen Lichtsender und zumindest einen Lichtempfänger zum Empfangen eines vom Lichtsender emittierten und vom auf einer Kochzone abgestellten Kochgefäß reflektierten Lichtsignals. Durch die Verwendung einer auf optischer Basis arbeitenden Messanord­ nung können auch Kochgefäße erfasst werden, die aus nichtme­ tallischen Werkstoffen, beispielsweise aus Glas oder Porzel­ lan, bestehen.

Insbesondere breiten sich die Lichtsignale im Wesentlichen oberhalb der Oberfläche des Kochfeldes aus. Durch diese Maß­ nahme können Lichtsender und Lichtempfänger neben der Kochzo­ ne, beispielsweise in Eck- oder Randbereichen, entfernt von den Heizkörpern angeordnet werden, so dass Lichtsender, Lichtempfänger und die zu ihrem Betreiben erforderliche Elek­ tronik mit geringem Aufwand vor thermischer Überlastung ge­ schützt werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Lichtsender und der Lichtempfänger voneinander derart beab­ standet angeordnet, dass diese mit einem Punkt am Rand eines Kochkreises der Kochzone ein Dreieck bilden, so dass die zu diesem Punkt gehörende winkelhalbierende Gerade durch den Mittelpunkt des Kochkreises verläuft. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Lichtempfänger nur dann ein reflektiertes Lichtsignal empfängt, wenn auf der Kochzone ein annähernd zy­ lindrisches Kochgefäß steht, dessen Mantelfläche das Kochfeld in einer Kreislinie schneidet, die annähernd mit dem Rand des Kochkreises zusammenfällt.

Insbesondere ist bei einer Kochzone, die eine Mehrzahl von Kochkreisen enthält, jedem Kochkreis dieser Kochzone ein Lichtempfänger zugeordnet. Dies ermöglicht neben der bloßen Erkennung des Vorhandenseins eines Kochgefäßes auch die Er­ kennung seiner Größe, so dass durch eine geeignete Steuerung der Heizkörper der Kochzone sichergestellt werden kann, dass nur die tatsächlich erforderlichen Heizkörper eingeschaltet werden.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung ist eine Steuereinrichtung zum Steuern der Heizkörper der Kochzone in Abhängigkeit des von dem Lichtempfänger bzw. des von den Lichtempfängern empfangenen Lichtsignals. Dies ermöglicht ein bedienerfreundliches, automatisches Zu- oder Abschalten der für den Kochvorgang tatsächlich erforderlichen Heizkörper.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Auswerteeinrichtung zur Messung der Laufzeit des vom Lichtsender emittierten und vom Lichtempfänger empfangenen Lichtsignals vorgesehen. In dieser Ausgestaltung können Lichtempfänger und Lichtsender unmittelbar nebeneinander an­ geordnet werden, und es ist mit nur einem einzigen Lichtemp­ fänger eine nahezu kontinuierliche Topfgrößenbestimmung mög­ lich.

Die Messung der Laufzeit erfolgt insbesondere durch Messung der Zeitdifferenz zwischen dem Senden eines kurzen Lichtpul­ ses und dem Empfangen des reflektierten Lichtpulses.

Alternativ zur Messung der Laufzeit von Lichtpulsen ist es auch möglich, die Phasenverschiebung des vom Lichtsender emittierten und vom Lichtempfänger empfangenen Lichtsignals zu bestimmen, und aus dieser den Abstand des Kochgefäßes zur optischen Sende-/Empfangseinrichtung und damit indirekt die Größe des Kochgefäßes zu bestimmen. In dieser Ausführungsform kann der Lichtsender, vorzugsweise eine Laserdiode, kontinu­ ierlich betrieben werden.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung sind Lichtsender und Lichtempfänger in einem Kochfel­ drahmen angeordnet. Durch diese Maßnahme sind störende und reinigungsunfreundliche Erhebungen im Kochfeld vermieden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausfüh­ rungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen

Fig. 1 ein Kochfeld mit einer Einrichtung zur Erkennung eines Kochgefäßes gemäß der Erfindung in einer schematischen Draufsicht,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Kochfeldes,

Fig. 3 einen Teilschnitt des Kochfeldes,

Fig. 4 und 5 eine alternative Ausgestaltung des Kochfeldes in einer Draufsicht bzw. in einer Schnittdarstel­ lung,

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Erkennen der Kochgefäßgröße anhand einer Mehr­ kreis-Kochzone,

Fig. 7-12 jeweils den Fig. 1-6 entsprechende Abwandlungen, bei denen Lichtempfänger und Lichtsender einander unmittelbar benachbart sind und bei denen die Ein­ richtung zum Erkennen eines Kochgefäßes auf der Grundlage einer optischen Abstandsmessung arbeitet.

Gemäß Fig. 1 umfasst ein Kochfeld 2 eine Mehrzahl von Kochzo­ nen 3, 4. Bei den Kochzonen 3 handelt es sich um sogenannte Einkreis-Kochzonen. Die Kochzone 4 ist eine Zweikreis- Kochzone mit zwei Kochkreisen 4a, b.

In den Eckbereichen eines Montage- oder Halterahmens 6 ist jeweils eine Einrichtung 8 angeordnet, die ein Lichtsignals emittiert, das von der Wand 10 eines auf der Kochzone 3, 4 je­ weils befindlichen Kochgefäßes 12 in die Einrichtung 8 zu­ rückreflektiert wird.

Die Einrichtung 8 enthält gemäß Fig. 2 einen Lichtsender 80 und einen Lichtempfänger 82, die im Ausführungsbeispiel rela­ tiv zur Kochzone 4 derart voneinander beabstandet angeordnet sind, dass nur dann ein Teil des vom Lichtsender 80 emittier­ ten Lichtsignales LS zurück in den Lichtempfänger 82 gelangt, wenn sich auf der Kochzone 4 ein Kochgefäß 12b befindet, des­ sen von seiner Mantelfläche gebildete Wand 10b mit einem Rand eines Kochkreises der Kochzone 4, im Ausführungsbeispiel der Rand 40b des äußeren Kochkreises 4b, zusammenfällt.

Dies ist in Fig. 3 näher veranschaulicht. Das vom Lichtsender 80 emittierte Lichtsignal LS breitet sich oberhalb der Glas­ keramikplatte 20 des Kochfeldes 2 im Wesentlichen parallel hierzu oder mit nur einer geringen Neigung aus, die eine Wöl­ bung des Kochgefäßes im Bodenbereich ausgleicht. In der Figur sind nun zwei Kochgefäße 12a, b mit unterschiedlichen Größen eingezeichnet, deren Durchmesser mit den Durchmessern der je­ weiligen Kochkreise 4a, b zusammenfallen.

Der Lichtempfänger 82 empfängt nur dann ein reflektiertes Lichtsignal, wenn sich auf der Kochzone ein Kochgefäß 12b be­ findet, dessen Wand 10b etwa bündig mit dem Rand 40b des Kochkreises 4b angeordnet ist. Wird das Vorhandensein eines Kochgefäßes 12b registriert, so wird beim Einschalten der Kochzone 4 zusätzlich zum Heizkörper 42a des inneren Koch­ kreises 4a automatisch der Heizkörper 42b des äußeren Koch­ kreises 4b aktiviert. Befindet sich ein Kochgefäß 12b mit ge­ ringerem Durchmesser auf der Kochzone 4, so wird vom Licht­ empfänger 82 kein oder nur ein unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegendes Lichtsignal, empfangen (siehe Fig. 2) und ein automatisches Zuschalten des Heizkörpers 42b unter­ bleibt.

Gemäß Fig. 4 und 5 ist anstelle einer Anordnung des Lichtsen­ ders 80 bzw. des Lichtempfängers 82 im Rahmen des Kochfel­ des 2 ein Aufbau vorgesehen, bei dem die Glaskeramikplatte 20 jeweils mit dachgaubenartigen Erhebungen 22 versehen sind, unterhalb derer der Lichtsender 80 bzw. der Lichtempfänger 82 angeordnet sind.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 sind bei einer aus mehr als zwei Kochkreisen bestehenden Mehrkreis-Kochzone mehr als ein Lichtempfänger 82 vorgesehen, wobei bei jedem Koch­ kreis 4a, b, c ein Lichtempfänger 82a, b, c zugeordnet ist. Je nachdem, welcher der Lichtempfänger 82a, b, c ein reflektiertes Lichtsignal empfängt, kann nun in einer Auswerteeinrich­ tung 30 ein Steuersignal S generiert und an eine Steuerein­ richtung 32 weitergeleitet werden, die dann die jeweils er­ forderlichen Kochkreise 4a, b, c ansteuert. In einer verein­ fachten Ausführungsform kann dabei auch der gestrichelt ein­ gezeichnete Lichtempfänger 82a entfallen. Wird nämlich weder vom Lichtempfänger 82b noch vom Lichtempfänger 82c ein re­ flektierendes Lichtsignal empfangen, so wird durch die Steu­ ereinrichtung 32 zwangsläufig nur der innenliegende Koch­ kreis 4a aktiviert. Allerdings ist bei dieser vereinfachten Ausführungsform ein Einschalten des innersten Kochkreises 4a auch dann möglich, wenn sich kein Kochgefäß auf der Kochzone befindet.

Lichtempfänger 80 und Lichtsender 82a, b, c müssen dabei so an­ geordnet werden, dass für den jeweiligen Rand 40a, b, c der Kochkreise 4a, b, c die Reflexionsbedingung erfüllt ist, d. h. Lichtsender 80 und Lichtempfänger 82a, b, c müssen mit einem jeweils diesem zugeordneten Punkt Pa, Pb, Pc jeweils ein Drei­ eck bilden, wobei der Mittelpunkt M der Kochzone 4 auf der zur winkelhalbierenden Wa, Wb, Wc durch den jeweiligen Punkt Pa, Pb, Pc gehörenden Geraden liegen muss.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ist anstelle eines vor­ stehend beschriebenen Triangulationsverfahrens eine Anordnung vorgesehen, bei der die Entfernung eines Kochgefäßes durch eine Laufzeitmessung bestimmt wird.

Hierzu ist in den Eckbereichen des Kochfeldes 8 und 2 eine optische Abstandsmesseinrichtung 84 vorgesehen, in der Licht­ sender 80 und Lichtempfänger 82 eng benachbart zueinander an­ geordnet sind.

Der Lichtsender 80 erzeugt ein Lichtsignal LS, das von der Wand 10 des auf der Kochzone 3, 4 jeweils abgestellten Kochge­ fäßes 12 zurück in den unmittelbar benachbarten Lichtempfän­ ger 82 reflektiert wird. Der Abstand des Kochgefäßes 12 und damit indirekt seine Größe wird durch die Laufzeit des Licht­ signals vom Lichtsender 80 zum Lichtempfänger 82 bestimmt, die entweder unmittelbar durch Messung einer Zeitdifferenz bei Verwendung gepulster Lichtsignale oder mittelbar durch Messung einer Phasenverschiebung bei Verwendung kontinuierli­ cher monochromatischer Lichtsignale ermittelt wird.

Die in Fig. 2 räumlich voneinander getrennt dargestellten Lichtsender 80 und Lichtempfänger 82 sind somit in einem Bau­ teil zusammengefasst, wie dies auch in Fig. 8 veranschaulicht und durch eingeklammerte Bezugszeichen verdeutlicht ist.

Auch bei der Verwendung einer optischen Abstandsmesseinrich­ tung 84 sind in Bezug auf deren Anordnung im Kochfeld 2 zwei Ausführungsformen möglich, von denen die eine in Analogie zu Fig. 2 und 3 anhand der Fig. 8 und 9 und die andere entspre­ chend Fig. 5 und 6 anhand der Fig. 10 und 11 veranschaulicht sind, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Gemäß Fig. 12 wird in einer Auswerteeinrichtung 34 der Ab­ stand der Wand eines Kochgefäßes von der Sender-/Empfänger- Kombination 84 ermittelt und daraus das Steuersignal S für die Steuereinrichtung 32 generiert. Jedem Kochkreis 4a, b, c ist ein Abstand A, B, C zugeordnet, dessen Unterschreiten ein Aktivieren der weiter entfernt liegenden Kochkreise 40a, b, c durch die Steuereinrichtung 33 bewirkt. In dieser Ausfüh­ rungsform ist eine kontinuierliche Bestimmung der Kochge­ fäßgröße möglich, wobei auch Zwischengrößen erfasst werden können und Fehlsteuerungen weitgehend vermieden werden kön­ nen.

Bezugszeichenliste

2

Kochfeld

3

Kochzone

4

Kochzone
4a, b, c Kochkreis

6

Montagerahmen

8

Einrichtung

10

Wand

10

b Wand
12, 12a, b Kochgefäß

20

Glaskeramikplatte

22

Erhebung

30

Auswerteeinrichtung

32

Steuereinrichtung

34

Auswerteeinrichtung

40

b Rand
42a, b Heizkörper

80

Lichtsender

82

Lichtempfänger

84

Abstandsmesseinrichtung
LS Lichtsignal
M Mittelpunkt
Pa, Pb, Pc Punkt
Wa, Wb, Wc Winkelhalbierende

Claims (11)

1. Kochfeld mit einer Einrichtung (8, 84) zur Erkennung eines Kochgefäßes (12, 12a, b), das einen Lichtsender (80) und zu­ mindest einen Lichtempfänger (82, 82a, b, c) zum Empfangen eines vom Lichtsender, (80) emittierten und vom auf einer Kochzone (3, 4) abgestellten Kochgefäß (12, 12a, b) reflek­ tierten Lichtsignals (LS) enthält.

2. Kochfeld nach Anspruch 1, bei dem sich das Lichtsi­ gnal (LS) im Wesentlichen oberhalb der Oberfläche des Kochfelds (2) ausbreitet.

3. Kochfeld nach Anspruch 2, bei dem der Lichtsender (80) und der Lichtempfänger (82, 82a, b, c) voneinander derart beab­ standet angeordnet sind, dass diese mit einem Punkt (Pa, Pb, Pc) am Rand (40a, b, c) eines Kochkreises (4a, b, c) der Kochzone (4) ein Dreieck derart bilden, dass die zu diesem Punkt (Pa, Pb, Pc) gehörende winkelhalbierende Geta­ de (Wa, Wb, Wc) durch den Mittelpunkt (M) der Kochzone (4) verläuft.

4. Kochfeld nach Anspruch 3, bei dem die Kochzone (4) eine Mehrzahl von Kochkreisen (4a, b, c) enthält und jedem Koch­ kreis (4a, b, c) ein Lichtempfänger zugeordnet ist.

5. Kochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit ei­ ner Steuereinrichtung (32) zum Steuern der Heizkör­ per (42a, b) der Kochzone (4) in Abhängigkeit des von dem Lichtempfänger (82) bzw. den Lichtempfängern (82a, b, c) je­ weils empfangenen Lichtsignals (LS).

6. Kochfeld nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Auswerteein­ richtung (34) zur Messung der Laufzeit des vom Lichtsen­ der (80) emittierten und vom Lichtempfänger (82) empfange­ nen Lichtsignals (LS).

7. Kochfeld nach Anspruch 6, mit einer Steuereinrichtung (36) zum Steuern der Heizkörper (42a, b) der Kochzone (4) in Ab­ hängigkeit von der gemessenen Laufzeit.

8. Kochfeld nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Laufzeit durch Messung der Zeitdifferenz zwischen dem Senden und dem Empfangen eines Lichtimpulses ermittelt wird.

9. Kochfeld nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Laufzeit durch Messung der Phasenverschiebung zwischen dem vom Lichtsender (80) emittierten und dem vom Lichtempfän­ ger (82) empfangenen Lichtsignals (LS) ermittelt wird.

10. Kochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Lichtsender (80) und Lichtempfänger (82) in einem Rahmen (6) des Kochfelds (2) angeordnet sind.

11. Kochfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der als Lichtsender (80) eine Laserdiode vorgesehen ist.