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Die
Erfindung geht aus von einer Energieversorgungseinheit nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
ist eine Energieversorgungseinheit bekannt, die zur schnurlosen
Versorgung von Elektrogeräten
mit elektrischer Energie dient. Diese kann beispielsweise im Küchenbereich
unterhalb einer Arbeitsplatte integriert werden und mittels eines
induktiven Übertragens
ein auf der Arbeitsplatte aufgelegtes Elektrogerät versorgen. Hierzu weist die
Energieversorgungseinheit eine Primärwicklung auf, mittels der
eine Spannung in einer geräteseitigen
Sekundärwicklung
induziert wird. Diese Spannung wird als Betriebsspannung des Geräts genutzt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, die gattungsgemäßen Energieversorgungseinheiten
weiterzuentwickeln, und zwar insbesondere hinsichtlich einer hohen
Bediensicherheit.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Die
Erfindung geht aus von einer Energieversorgungseinheit umfassend
eine Primärenergieübertragungseinheit
mit einem Übertragungsbereich,
welche in drahtlosem Zusammenwirken mit einer im Übertragungsbereich
angeordneten und vom Übertragungsbereich
trennbaren Sekundärenergieempfangseinheit
zur Versorgung eines Energieverbrauchers mit Energie vorgesehen
ist.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinheit eine Erkennungseinheit
aufweist, die dazu vorgesehen ist, ein Vorhandensein eines von der
Sekundärenergieempfangseinheit
unterschiedlichen Gegenstands im Übertragungsbereich zu erkennen.
Dadurch kann eine hohe Sicherheit erreicht werden. Wird ein Gegenstand
in den Übertragungsbereich
während
eines Betriebs der Primärenergieübertragungseinheit
eingeführt und
ist dieser Gegenstand zu einem Abführen der übertragenen Energie zu einem
Energieverbraucher ungeeignet, kann durch die Erkennungseinheit
eine gefährliche Erhitzung
des Gegenstands vermieden werden, indem z.B. der Betrieb der Primärenergieübertragungseinheit
gestoppt wird. Insbesondere sind metallische Gegenstände betroffen,
z.B. Metallteile wie Metallbesteck, die keine Energieabfuhr zu einem weiteren
Energieverbraucher aufweisen und einen überwiegenden Teil der empfangenen
Energie in Wärme
umwandeln. Unter einem "Übertragungsbereich" der Primärenergieübertragungseinheit
kann eine Reichweite der von der Primärenergieübertragungseinheit getriebenen
Energieübertragung
verstanden werden. Insbesondere kann darunter ein Bereich verstanden
werden, innerhalb dessen die Sekundärenergieempfangseinheit vorzugsweise
mindestens 70%, vorteilhaft wenigstens 90% und besonders vorteilhaft
zumindest 95% der durch die Primärenergieübertragungseinheit
zur Verfügung
gestellten Energie empfangen kann.
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Vorzugsweise
ist die Energieversorgungseinheit zur Versorgung eines als elektrischer
Verbraucher ausgebildeten Energieverbrauchers vorgesehen. Beispielsweise
ist der Energieverbraucher als Elektrogerät, insbesondere im Haushaltsbereich, ausgeführt. Die
Sekundärenergieempfangseinheit kann
im Energieverbraucher integriert oder von diesem getrennt ausgeführt sein.
Die Energieversorgungseinheit kann vorzugsweise unterhalb einer
Fläche
montiert werden, wie z.B. unterhalb einer Arbeitsplatte im Küchenbereich
oder einer Arbeitsfläche
in einem Werk, wobei die Sekundärenergieübertragungseinheit
zu einem Betrieb mit der Primärenergieübertragungseinheit
an die Fläche
angeordnet werden kann. Der elektrische Verbraucher kann außerdem als
Ladegerät
ausgebildet sein. Ferner kann die Energieversorgungseinheit z.B.
zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein.
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Vorteilhafterweise
ist die Primärenergieübertragungseinheit
zum induktiven Übertragen
der Energie an die Sekundärenergieempfangseinheit
vorgesehen. Dadurch kann ein bestehendes, gängiges induktives Übertragungsmittel,
z.B. eine Spule, zur Energieübertragung
eingesetzt werden. Dieses Übertragungsmittel
kann im Betrieb eine Spannung in einem induktiven Empfangsmittel
der Sekundärenergieempfangseinheit
induzieren. Diese Spannung kann als Betriebsspannung für einen
elektrischen Antrieb des Energieverbrauchers, z.B. eines Elektromotors,
eines Heizwiderstands usw., genutzt werden. Das Übertragungsmittel der Primärenergieübertragungseinheit
und das Empfangsmittel der Sekundärenergieempfangseinheit bilden
dabei vorteilhafterweise einen trennbaren Transforma tor. Es kann
bei der Übertragung
eine Spannung der Primärenergieübertragungseinheit
in eine Spannung der Sekundärenergieempfangseinheit
unterschiedlichen Werts transformiert werden, wodurch ein zusätzlicher Transformator
für den
elektrischen Verbraucher eingespart werden kann. Alternativ kann
eine Spannung der Primärenergieübertragungseinheit
ohne Transformation in der Sekundärenergieempfangseinheit induziert
werden. Dabei kann diese Spannung eine Netzspannung (z.B. 220 V
oder 230 V) sein.
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Es
wird außerdem
vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit zumindest einen Schaltkreisabschnitt
aufweist, der ein umgebungskoppelndes Funktionsbauteil umfasst.
Es kann dadurch eine vorteilhafte Empfindlichkeit der Erkennungseinheit
auf eine Änderung
in ihrer Umgebung, wie z.B. durch Einführen eines Gegenstands, erreicht
werden. Unter einem "umgebungskoppelnden
Funktionsbauteil" eines
Schaltkreisabschnitts soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein
Funktionsbauteil verstanden werden, dessen Funktion im Schaltkreisabschnitt
durch einen Wert eines Funktionsparameters, z.B. einer Induktivität, einer
Kapazität,
eines Widerstands, einer Frequenz usw., charakterisiert ist, welcher
von einer Kopplung des Funktionsbauteils mit einem in seiner Umgebung
angeordneten Körper
abhängt.
Dabei kann unter "Umgebung" eine Reichweite
der Kopplung verstanden werden. Durch die Kopplung weicht der Funktionsparameter
vorzugsweise von einem intrinsischen Wert ab, welcher das Funktionsbauteil
in Abwesenheit des Körpers
charakterisiert. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang unter "Umgebung" ein Bereich um das
Funktionsbauteil verstanden werden, wobei ein Einführen des
Körpers
in den Bereich eine Abweichung des Funktionsparameters von mindestens
5%, vorteilhaft zumindest von 10% und bevorzugt von wenigstens 30% des
intrinsischen Werts induziert. Vorteilhafterweise ist die Umgebung
des Funktionsbauteils zumindest vom Übertragungsbereich der Primärenergieübertragungseinheit
gebildet. Die Kopplung kann z.B. induktiver oder kapazitiver Art
sein. Ist das Funktionsbauteil z.B. als Spule ausgebildet, kann
sich die von anderen Funktionsbauteilen des Schaltkreisabschnitts wahrgenommene
Induktivität
der Spule durch eine Kopplung mit einem metallischen, insbesondere
ferromagnetischen Körper
ergeben, der in der Umgebung der Spule angeordnet ist. Eine Änderung
eines Funktionsparameters des umgebungskoppelnden Funktionsbauteils
durch ein Einführen
eines Körpers in
seine Umgebung kann z.B. einfach durch eine Erfassung einer elektrischen
Größe, wie
eines Stroms, eines Spannungsabfalls, einer Frequenz usw. des Schaltkreisabschnitts
erfasst werden.
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Vorteilhafterweise
ist die Erkennungseinheit in der Primärenergieübertragungseinheit angeordnet,
wodurch eine kompakte Energieversorgungseinheit erreicht werden
kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Primärenergieübertragungseinheit
ein Übertragungsmittel
zum Übertragen
der Energie auf, welches Bestandteil des Schaltkreisabschnitts ist. Dadurch
kann eine besonders hohe Empfindlichkeit der Erkennungseinheit einfach
erreicht werden.
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Diese
Empfindlichkeit kann weiter erhöht werden
und es können
Bauteile eingespart werden, wenn das umgebungskoppelnde Funktionsbauteil vom Übertragungsmittel
gebildet ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Primärenergieübertragungseinheit
zur induktiven Energieübertragung
vorgesehen ist und das Übertragungsmittel
als Induktivität
ausgebildet ist. Dabei kann eine durch ein Vorhandensein eines metallischen
Gegenstands in der Umgebung des Übertragungsmittels
induzierte Streuinduktivität
besonders effektiv zur Erkennung ausgewertet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Schaltkreisabschnitt als Resonanzkreis ausgebildet.
Dadurch kann eine besonders einfache Ausgestaltung des Schaltkreisabschnitts
erreicht werden. Ein Vorhandensein eines Objekts in der Umgebung
des Resonanzkreises kann ein Verstellen einer Resonanzfrequenz induzieren,
wodurch Spannungs- und/oder Stromerhöhungen im Resonanzkreis zur
Erkennung des Vorhandenseins des Objekts im Übertragungsbereich vorteilhaft
ausgewertet werden können.
Weist die Primärenergieübertragungseinheit
ein induktives Übertragungsmittel auf,
ist das Übertragungsmittel
vorzugsweise Bestandteil des Resonanzkreises, wodurch Bauteile eingespart
werden können.
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Eine
besonders einfache Ausbildung des Resonanzkreises kann erreicht
werden, wenn der Resonanzkreis als Parallelschwingkreis ausgebildet ist.
Es kann beim Eintritt einer Resonanz ein hoher Strom im Schwingkreis
erzeugt werden, wodurch eine effektive Erkennung erreicht werden
kann.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit ein Erfassungsmittel
zur Erfassung einer elektrischen Größe aufweist, das im Schaltkreisabschnitt
geschaltet ist. Es kann eine Änderung
einer elektrischen Größe des Schaltkreisabschnitts
direkt erfasst werden, wodurch ein Vorhandensein eines Gegenstands
im Übertragungsbereich
schnell und effektiv erkannt werden kann.
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Vorteilhafterweise
ist das Erfassungsmittel mit einer Steuereinheit verbunden, die
anhand eines Erfassungssignals des Erfassungsmittels zum Steuern
eines Betriebs der Primärenergieübertragungseinheit
vorgesehen ist. Dadurch kann eine Sicherheitsmaßnahme, z.B. ein Halten des
Betriebs der Energieversorgungseinheit, schnell und einfach getroffen
werden.
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Ist
das Erfassungsmittel als Strommesser ausgebildet, können kostengünstige und
gängige
Erfassungsmittel eingesetzt werden. Beispielsweise ist der Strommesser
als Stromwandler ausgebildet.
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Vorteilhafterweise
weist die Energieversorgungseinheit ein zweites Erfassungsmittel
zur Erfassung einer elektrischen Größe auf, das in einer Zufuhrleitung
zum Versorgen des Schaltkreisabschnitts mit elektrischem Strom angeordnet
ist. Dadurch kann eine hohe Flexibilität erreicht werden. Es kann
z.B. durch das zweite Übertragungsmittel
eine vorteilhafte Leistungsregelung der Energieversorgungseinheit erreicht
werden, insbesondere wenn ein Übertragungsmittel
der Primärenergieübertragungseinheit im
Schaltkreisabschnitt geschaltet ist. Das zweite Erfassungsmittel
ist vorzugsweise als Strommesser, z.B. als Stromwandler, ausgebildet.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Primärenergieübertragungseinheit zur Übertragung
der Energie mittels einer Übertragungsschwingung
vorgesehen ist und eine Schwingungserzeugungseinheit zur Erzeugung
der Übertragungsschwingung
aufweist, wobei der Schaltkreisabschnitt in der Schwingungserzeugungseinheit
geschaltet ist. Dadurch kann eine besonders kompakte Bauform der
Energieversorgungseinheit erreicht werden. Vorzugsweise ist die
Schwingungserzeugungseinheit zum Erzeugen eines Wechselstroms vorgesehen.
Dabei kann die Schwingungserzeugungseinheit z.B. als Wechselrichter
ausgebildet sein.
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In
diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die Schwingungsübertragungseinheit
eine Schaltung mit einer Brückentopologie
aufweist und der Schaltkreisabschnitt in einem Brückenzweig
geschaltet ist. Dadurch kann die Erkennungseinheit mit geringem Aufwand
durch eine Anpassung einer bestehenden, gängigen Topologie der Schwingungserzeugungseinheit
besonders einfach hergestellt werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 einen
als elektrischen Topf ausgebildeten Energieverbraucher auf einer
Arbeitsplatte im Übertragungsbereich
einer in der Arbeitsplatte integrierten Energieversorgungseinheit
und ein Messer,
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2 eine
interne Schaltung der Energieversorgungseinheit mit einem trennbaren
Transformator und einer Erkennungseinheit,
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3 einen
Zeitverlauf eines durch die Primärhälfte des
trennbaren Transformators fließenden Stroms,
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4 ein
Ersatzschaltbild der Erkennungseinheit und
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5 u. 6 Zeitverläufe eines
durch die Primärhälfte des
Transformators fließenden
Stroms bei einem im Übertragungsbereich
liegenden Messer.
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1 zeigt
einen als elektrischen Topf ausgebildeten Energieverbraucher 10.
Dieser weist einen Grundkörper 12 mit
einem Deckel und Griffen sowie eine Antriebseinheit 14 mit
einem Bedienelement 16 zur Einstellung einer Heiztemperatur
auf. Der Energieverbraucher 10 ist auf einer Arbeitsfläche 18 einer
Arbeitsplatte 20 angeordnet. Unterhalb der Arbeitsfläche 18 ist
eine Energieversorgungseinheit 22 in der Arbeitsplatte 20 montiert.
Diese weist ein Gehäuse 24 mit
einem Betätigungselement 26 zum
Ein- und Ausschalten der Energieversorgungseinheit 22 auf.
Ferner umfasst die Energieversorgungseinheit 22 eine Primärenergieübertragungseinheit 28,
welche ein als Primärspule
ausgebildetes Übertragungsmittel 30 und
weitere, in 2 dargestellte Komponenten aufweist.
Im Betrieb der Energieversorgungseinheit 22 überträgt das Übertragungsmittel 30 mittels
Induktion Energie an eine in einem auf der Arbeitsfläche 18 gezeichneten Übertragungs bereich 32 angeordnete
Sekundärenergieempfangseinheit 34. Der Übertragungsbereich 32 ist
mittels einer Linie 33 auf der Arbeitsfläche 18 gezeichnet.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Sekundärenergieempfangseinheit 34 von
einer Sekundärspule
ausgebildet, welche in der Antriebseinheit 14 des als elektrischer
Topf ausgebildeten Energieverbrauchers 10 angeordnet ist.
In der als Sekundärspule
ausgebildeten Sekundärenergieempfangseinheit 34 wird
eine Spannung induziert, die als Betriebsspannung für einen
Betrieb des Energieverbrauchers 10 genutzt wird. Der Energieverbraucher 10 kann
nach einer Anwendung vom Übertragungsbereich 32 entfernt
und abgestellt werden, wodurch die Sekundärenergieempfangseinheit 34 vom Übertragungsbereich 32 getrennt
wird. In den Übertragungsbereich 32 können dann
weitere als elektrische Verbraucher ausgebildete Energieverbraucher
gebracht werden, wie z.B. eine Kaffeemaschine, ein Mixer, ein Ladegerät, eine
Friteuse, ein Toaster, ein Wasserkocher usw., die jeweils mit einer Sekundärenergieempfangseinheit
versehen sind, welche in drahtlosem Zusammenwirken mit der Primärenergieübertragungseinheit 28 zum
Versorgen des jeweiligen Energieverbrauchers geeignet ist.
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Neben
dem Energieverbraucher 10 ist in der Figur ein als Messer
ausgebildeter Gegenstand 36 dargestellt. Wenn der Gegenstand 36 beim
Betrieb des Energieverbrauchers 10 oder nach Entfernung des
Energieverbrauchers 10 in den Übertragungsbereich 32 gelangt,
könnte
ohne Sicherheitsmaßnahmen
der Gegenstand 36 erhitzt werden, was eine Verbrennungsgefahr
für einen
Bediener darstellen würde.
Das Vorhandensein des Gegenstands 36 kann durch die Energieversorgungseinheit 22 erkannt
werden, so dass ein Betrieb der Primärenergieübertragungseinheit 28 gehalten
werden kann. Hierzu weist die Energieversorgungseinheit 22 eine
in 2 dargestellte Erkennungseinheit 38 auf,
die dazu vorgesehen ist, ein Vorhandensein eines von der Sekundärenergieempfangseinheit 34 oder
eines von einer Sekundärenergieempfangseinheit
eines weiteren Energieverbrauchers unterschiedlichen Gegenstands
im Übertragungsbereich 32 zu
erkennen.
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In 2 ist
eine interne Schaltung der Primärenergieübertragungseinheit 28 und
eine schematische Darstellung des Energieverbrauchers 10 dargestellt.
Es ist das als Primärspule
ausgebildete Übertragungsmittel 30 zu
erkennen, welches im Betrieb eine Spannung in der als Sekundärspule ausgebildeten
Sekundärenergieempfangseinheit 34 induziert.
Der Übertragungsbereich 32 des Übertragungsmittels 30 ist
durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Das Übertragungsmittel 30 der
Primärenergieübertragungseinheit 28 und
die Sekundärenergieempfangseinheit 34 bilden
jeweils eine Transformatorhälfte
eines schematisch dargestellten trennbaren Transformators 40.
Die in der Sekundärenergieempfangseinheit 34 induzierte
Spannung wird zum Antreiben einer Last 42 genutzt, welche
in diesem Ausführungsbeispiel
als Heizkörper
zum Heizen einer im elektrischen Topf angeordneten Speise ausgebildet ist.
Der Energieverbraucher 10 ist von der Primärenergieübertragungseinheit 28 trennbar,
was durch einen Pfeil 43 angedeutet ist. Zur Übertragung
der Energie an die Sekundärenergieempfangseinheit 34 wird
im Betrieb das Übertragungsmittel 30 mit
einem Wechselstrom 44 (3) eingespeist.
Der Wechselstrom 44 schwingt mit einer Frequenz, die als Übertragungsschwingung
f bezeichnet wird. Zur Erzeugung des Wechselstroms 44 mit
der Übertragungsschwingung
f ist die Primärenergieübertragungseinheit 28 mit
einer Schwingungserzeugungseinheit 46 versehen, die in
diesem Ausführungsbeispiel
als Wechselrichter ausgebildet ist. Die Schwingungserzeugungseinheit 46 weist
zwei Leitungen 48 auf, zwischen welchen eine Gleichspannung
V angelegt ist. Diese Gleichspannung V kann z.B. mittels eines an eine
Netzstromversorgung angeschlossenen Gleichrichters (in der Figur
nicht gezeigt) erzeugt werden. Ferner ist die Schwingungserzeugungseinheit 46 in Form
einer Brückenschaltung
mit zwei Brückenseiten 50, 52 und
einem Brückenzweig 54 geschaltet.
In diesem Beispiel weist die Brückenschaltung
eine Halbbrückentopologie
auf. In der Brückenseite 50 sind zwei
Schaltmittel 56 angeordnet. Diese weisen jeweils einen
FET-Transistor (Feldeffekttransistor) 58 und eine Freilaufdiode 60 auf.
Alternativ können IGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistor) eingesetzt werden. Parallel
zu den FET-Transistoren 58 ist jeweils eine der Freilaufdioden 60 geschaltet.
In der zweiten Brückenseite 52 sind
Kondensatoren 62 angeordnet, die als Stabilisierungskondensatoren
zur Stabilisierung der Gleichspannung V dienen. Eine Ausführung der
Brückenschaltung
mit einer Vollbrückentopologie,
bei der die Brückenseite 52 ebenfalls mit
Schaltmitteln versehen ist, ist denkbar. Die Übertragungsschwingung f wird
durch Schaltvorgänge
der Schaltmittel 56 erzeugt, welche mittels einer Steuereinheit 63 gesteuert
werden. Das Funktionsprinzip eines Wechselrichters zum Erzeugen
eines Wechselstroms ist bekannt und wird im Rahmen dieser Beschreibung
nicht näher
beschrieben. Im Brückenzweig 54 ist
ein Schaltkreisabschnitt 64 geschaltet, welcher einen Kondensator 66,
das Übertragungsmittel 30 und
ein als Stromwandler ausgebildetes Erfassungsmittel 68 aufweist.
Ferner sind im Brückenzweig 54 eine
Induktivität 70 und
ein als Stromwandler ausgeführtes
Erfassungsmittel 72 angeordnet. Das Erfassungsmittel 72 ist
mit der Steuereinheit 63 verbunden. Durch eine Stromerfassung
im Brückenzweig 54,
welcher als Zufuhrleitung zum Versorgen des Schaltkreisabschnitts 64 mit
Strom dient, kann die vom Übertragungsmittel 30 abgeleistete
Energie geregelt wer den. Das Erfassungsmittel 68 ist über einen
Schwellenwertdetektor 74 ebenfalls mit der Steuereinheit 63 verbunden.
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Der
im Brückenzweig 54 geschaltete
Schaltkreisabschnitt 64 der Primärenergieübertragungseinheit 28 bildet
in diesem Ausführungsbeispiel
die Erkennungseinheit 38. Der Schaltkreisabschnitt 64 ist in
Form eines Parallelschwingkreises mit dem Kondensator 66 und
dem Übertragungsmittel 30,
welche parallel geschaltet sind, als Resonanzkreis ausgebildet.
Die Resonanzfrequenz des Schaltkreisabschnitts 64 ist durch
die Kapazität
des Kondensators 66 und die Induktivität des Übertragungsmittels 30 gegeben.
Wenn die Sekundärenergieempfangseinheit 34 des
Energieverbrauchers 10 im Übertragungsbereich 32 angeordnet
ist, bildet die Sekundärenergieempfangseinheit 34 mit
dem Übertragungsmittel 30 den
Transformator 40. Im Betrieb des Energieverbrauchers 10 wird
das Übertragungsmittel 30 mit
dem von der Schwingungserzeugungseinheit 46 erzeugten Wechselstrom 44,
welcher die Übertragungsschwingung
f aufweist, gespeist. Dabei ist die Übertragungsschwingung f größer als
die Resonanzfrequenz des als Parallelschwingkreis ausgebildeten Schaltkreisabschnitts 64,
so dass der Schaltkreisabschnitt 64 außer Resonanz ist. In 3 ist
ein Verlauf dieses Wechselstroms 44 als Funktion der Zeit
t über eine
Zeitperiode dargestellt, wobei der Wechselstrom 44 vom
Erfassungsmittel 68 während
des Betriebs des Energieverbrauchers 10 erfasst wird. Auf
der y-Achse ist der Stromwert I in Ampere dargestellt. Bei diesem
Betrieb beträgt
in diesem Beispiel der Maximalwert des Wechselstroms 44 fünfzehn A.
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Es
wird jetzt angenommen, dass der als Messer ausgebildete Gegenstand 36 auf
die Arbeitsfläche 18 im Übertragungsbereich 32 gelegt
wird. Das Vorhandensein des Gegenstands 36 im Übertragungsbereich 32 kann
insbesondere dadurch erkannt werden, dass der als Resonanzkreis
ausgebildete Schaltkreisabschnitt 64 eine umgebungsempfindliche
Resonanzfrequenz aufweist. Dies kommt dadurch zustande, dass das Übertragungsmittel 30 ein
umgebungskoppelndes Funktionsbauteil ist. Durch eine Kopplung des Übertragungsmittels 30 mit dem
Gegenstand 36, wobei der Gegenstand 36 insbesondere
einen Verlauf der Magnetfeldlinien in der Umgebung des Übertragungsmittels 30 verändert, ergibt
sich eine Änderung
der Induktivität
des Übertragungsmittels 30,
die von den weiteren Funktionsbauteilen des Schaltkreisabschnitts 64 wahrgenommen
wird. Diese von den anderen Funktionsbauteilen wahrgenommene Induktivität wird als
Streuinduktivität
LS bezeichnet. Der Schaltkreisabschnitt 64 kann also
beim im Übertragungsbereich 32 angeordneten Gegenstand 36 durch
einen Ersatzschaltkreis 76 gedanklich ersetzt werden, welcher
in 4 gezeigt ist. In diesem Ersatzschaltkreis 76 sind
der Kondensator 66 und das Erfassungsmittel 68 zu
erkennen. Parallel zum Kondensator 66 sind die Streuinduktivität LS und ein Widerstand 78 geschaltet,
welcher den ohmschen Widerstand des Gegenstands 36 darstellt.
Die Resonanzfrequenz des Schaltkreisabschnitts 64 wird durch
das Vorhandensein des Gegenstands 36 im Übertragungsbereich 32 verstellt.
Die Streuinduktivität
LS ist kleiner als die intrinsische Induktivität des Übertragungsmittels 30,
so dass die Resonanzfrequenz durch das Vorhandensein des Gegenstands zunimmt
und größer als
die Übertragungsschwingung
f wird. Folglich kann eine Oberschwingung der Übertragungsschwingung f eine
Resonanz des Schaltkreisabschnitts 64 anregen, wodurch
eine Erhöhung
eines im Übertragungsmittel 30 fließenden Wechselstroms 80 eintreten
kann. Dies kann durch das Erfassungsmittel 68 erfasst werden.
In den 5 und 6 ist jeweils ein Verlauf dieses
Wechselstroms 80 als Funktion der Zeit t dargestellt, wenn
der Gegenstand 36 im Übertragungsbereich 32 angeordnet
ist. In 5 ist der Wechselstrom 80 mit
einer Überlagerung
seiner 5. Harmonischen zu sehen, während 6 den Wechselstrom 80 mit
einer Überlagerung
seiner 3. Harmonischen zeigt. Wie den Figuren zu entnehmen ist,
treten Stromspitzen über
50 A auf, die aufgrund einer Anregung der Resonanz des Schaltkreisabschnitts 64 durch
die 3. und die 5. Harmonische der Übertragungsschwingung f erzeugt werden.
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Die
durch das Erfassungsmittel 68 erfasste Stromkenngröße wird
in den Schwellenwertdetektor 74 eingespeist und mit einem
Referenzwert verglichen. Wird dieser Referenzwert, z.B. 50 A, überschritten,
wird vom Schwellenwertdetektor 74 ein Steuersignal an die
Steuereinheit 63 gesendet, die den Betrieb der Primärenergieübertragungseinheit 28 dementsprechend
anpasst. In diesem Beispiel wird der Betrieb zur Verhinderung einer
Verbrennungsgefahr durch eine Erhitzung des Gegenstands 36 gestoppt.
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- 10
- Energieverbraucher
- 12
- Grundkörper
- 14
- Antriebseinheit
- 16
- Bedienelement
- 18
- Arbeitsfläche
- 20
- Arbeitsplatte
- 22
- Energieversorgungseinheit
- 24
- Gehäuse
- 26
- Betätigungselement
- 28
- Primärenergieübertragungseinheit
- 30
- Übertragungsmittel
- 32
- Übertragungsbereich
- 33
- Linie
- 34
- Sekundärenergieempfangseinheit
- 36
- Gegenstand
- 38
- Erkennungseinheit
- 40
- Transformator
- 42
- Last
- 43
- Pfeil
- 44
- Wechselstrom
- 46
- Schwingungserzeugungseinheit
- 48
- Leitung
- 50
- Brückenseite
- 52
- Brückenseite
- 54
- Brückenzweig
- 56
- Schaltmittel
- 58
- FET-Transistor
- 60
- Freilaufdiode
- 62
- Kondensator
- 63
- Steuereinheit
- 64
- Schaltkreisabschnitt
- 66
- Kondensator
- 68
- Erfassungsmittel
- 70
- Induktivität
- 72
- Erfassungsmittel
- 74
- Schwellenwertdetektor
- 76
- Ersatzschaltkreis
- 78
- Widerstand
- 80
- Wechselstrom
- f
- Übertragungsschwingung
- V
- Gleichspannung
- t
- Zeit
- LS
- Streuinduktivität
- I
- Stromwert