DE3733108C1 - Circuit arrangement for a pot (saucepan) recognition system with a pot recognition sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für ein Topferkennungssy­ stem bezüglich Kochstellen, wobei die Topferkennung mit Hochfrequenz-Schaltungs­ technik erfolgt und infolgedessen eine Soforterkennung möglich ist, wobei ein Hoch­ frequenz-Generator mit einem durch einen Hochfrequenz-Modul beschalteten Topfer­ kennungssensor verbunden ist und der Hochfrequenz-Modul ausgangsseitig mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, welche die Energiezufuhr zur Kochstelle bewirkt.

Der Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung geht über die Haushalttechnik hinaus und liegt Anwendungen zugrunde, wo es notwendig ist, schnelle Zu- oder Abschaltungen erkannter neuer Betriebszustände vorzunehmen. Für die Haushalttechnik stellt sich die Aufgabe mit der Anwendung fortschreitender technischer Neuerungen im Küchenbereich, hier speziell der Mikrowellentechnik, wo­ durch es aus energietechnischen- und sicherheitstechnischen Gründen erforderlich wird, mit geeigneter Sensortechnik und genügend schneller Schaltelektronik Unter­ stützung zu geben. In der DE-OS 28 31 858 A1 ist eine Schaltungsanordnung ange­ geben, die für eine Topferkennung anwendbar ist. Die Topferkennung erfolgt mit Hochfrequenz-Schaltungstechnik, wobei ein Hochfrequenz-Generator mit einem Sensor verbunden ist, der mit einem Modul beschaltet ist. Der Modul ist ausgangsseitig mit einer Auswerteeinheit verbunden, welche die Energiezufuhr zur Kochstelle bewirkt. Mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung wird vornehmlich die Aufgabe gelöst, die Kochplatte erst nach Aufsetzen eines Kochgeschirrs zu beheizen. Es können keine unterschiedlichen Materialien, Kochbehälter betreffend, erkannt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zu entwickeln, mit Hilfe derer es möglich ist, auf einer Kochstelle eine Topferkennung zu realisie­ ren. Diese Schaltungsanordnung soll Kochbehälter unterschiedlicher Materialien, bei­ spielsweise Metall, Glas oder Porzellan, sicher erkennen und sie soll nur dann eine Leistungsabgabe zulassen, wenn ein Kochtopf auf der angewählten Kochstelle vorhan­ den ist, wobei Besonderheiten von Mikrowellen-Kochstellen zu beachten sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine mit dem Hochfre­ quenz-Generator verbundene Ablaufsteuerung die Auswerteeinheit akti­ viert und daß die mit einer Steuereinheit verbundene Auswerteeinheit die Betriebsübertragungsfunktion des als passiven Vierpol ausgebildeten ein- und aus­ gangsseitig angepaßten Topferkennungssensors analysiert, wobei die Steuereinheit ausgangsseitig mit einem Netzspannungsmodul verknüpft ist.

Die Schaltungsanordnung bietet die Vorteile, daß ungenutzte Leistungsabgabe bei freier Kochstelle, Fehlbedienung oder spielerisches Einschalten durch Kinder unter­ bleibt und keine Heizenergie ungenutzt abgegeben wird. Im Falle einer Mikrowel­ len-Kochstelle wird dieser erkannt und dadurch, daß die Schaltungsanordnung mit Hochfrequenz-Technik arbeitet und daher sehr schnelle Topferkennung die Folge ist, das Abstrahlen von ungenutzter Mikrowellenenergie verhindert. Die Sicherheitstechnik für Mikrowellen-Kochstellen kann durch den Mikroprozessor realisiert werden, indem notwendige Redundanzen in Warteschleifen ablaufen, die im Bedarfsfalle über die lo­ gische Auswerteeinheit abgerufen werden und durch die Steuereinheit ausgegeben werden. Der Topferkennungssensor basiert auf einer Elektronik-Leiterstruktur, die in Dickschicht- oder Dünnfilmtechnik (Siebdruck) auf die Ober- oder Unterseite von Glaskeramik-Kochfeldern aufgebracht wird. Der Topferkennungssensor wird mit einer Glasierschicht oder anderen hitzefesten Materialien schützend überzogen.

Elektronisch stellt der Topferkennungssensor einen passiven Vierpol dar mit einem frequenzabhängigen Übertragungsmaß, seiner Betriebsübertragungsfunktion. Die Be­ triebsübertragungsfunktion wird neben der Arbeitsfrequenz durch die konstruktive geometrische Anordnung des Topferkennungssensors bestimmt.

Die Zuführungen der Hochfrequenz-Energie zum Topferkennungssensor werden als ab­ geschirmte Streifenleitungen oder Koaxialleitungen ausgeführt. Es werden vorzugs­ weise freie ISM-Frequenzen zwischen 13 MHz und 6 GHz benutzt; die zugeführten und abgegebenen Leistungen liegen maximal im mW-Bereich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ent­ halten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine prinzipielle Blockschaltbild-Darstellung der Schaltungsanordnung für ein Topferkennungssystem,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Kochstelle,

Fig. 3a eine kapazitive Anordnung des Topferkennungssensors,

Fig. 3b eine induktive Anordnung des Topferkennungssensors,

Fig. 4a ein Vierpolnetzwerk des kapazitiven Topferkennungssensors,

Fig. 4b ein Vierpolnetzwerk des induktiven Topferkennungssensors,

Fig. 5a eine Betriebsübertragungsfunktion für einen Metalltopf,

Fig. 5b eine Betriebsübertragungsfunktion für einen Glastopf,

Fig. 5c eine Betriebsübertragungsfunktion für ein aufgelegtes trockenes Tuch.

Eine Ablaufsteuerung 1, die in einem Mikroprozessor enthalten ist, steuert einen Hochfrequenz-Generator 2, der eine oder mehrere unterschiedliche ISM-Frequenzen erzeugt. Ausgangsseitig arbeitet der Hochfrequenz-Generator 2 auf eine Anpaßstufe 3 und gibt über diese Anpaßstufe 3 die Hochfrequenz-Energie an einen Topferken­ nungssensor 4 ab. Der Ausgang des als passiven Vierpol ausgebildeten Topferken­ nungssensors 4 ist auf eine zweite Anpaßstufe 5 geführt, die eine Anpassung des Topferkennungssensors 4 an einem Hochfrequenz-Modul 6 bewirkt. Das Hochfre­ quenz-Modul 6 besteht aus einem Hochfrequenz-Verstärker, einem Hochfrequenz-De­ tektor und einer Gleichrichterschaltung und ist mit Eingang einer logischen Auswer­ teeinheit 7 verknüpft. Hier wird u. a. die reale Betriebsübertragungsfunktion mit dem gespeicherten Normal, Betriebsübertragungsfunktion ohne Topf verglichen (Frequenz- Phase, Leistung). Die logische Auswerteeinheit ist Bestandteil des Mikroprozessors. Bei Ungleichheit muß eine Schwellwertstufe in der logischen Auswerteeinheit 7 end­ gültig über die Topferkennung entscheiden. Liegt ein Topferkennungssignal vor, wird es an eine Steuereinheit 8 ausgegeben. Die Steuereinheit 8 ist ebenfalls Bestandteil des Mikroprozessors und steuert einen Netzspannungsmodul 9.

Das Netzspannungsmodul 9 übernimmt das durch sie Steuereinheit 8 ausgegebene Topferkennungssignal, kontaktiert die Schutzerde, führt die Netzspannung zu und wertet die Zusatzinformation, Mikrowellen-Kochstelle erkannt, dahingehend aus, daß die vorgewählte Mikrowellenleistung nur bei mikrowellendichtem System zugeschaltet wird.

Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt eine mit Topferkennungssensor 4 ausgerüstete Kochstelle im Schnitt. Dabei sind Topferkennungssensor-Eingang 4 a, Topferkennungs­ sensor-Ausgang 4 b und die Topferkennungssensor-Abschirmung 4c unterhalb der den Kochtopf 10 tragenden Glaskeramikfläche angeordnet. Die Heizung 12 und Sensor­ schutzschicht 13 sind angedeutet.

Die Fig. 3a, 3b zeigen Ausführungsformen des Topferkennungssensors 4. In Fig. 3a ist die kapazitive, in Fig. 3b die induktive Sensorvariante dargestellt. Die Sen­ soreingänge 4 a, die Sensorausgänge 4 b und die Sensorabschirmungen 4 c sind varian­ tengemäß dargestellt.

Die Fig. 4a, 4b zeigen Vierpolersatzschaltungen, die für Hochfrequenz- und Ul­ tra-Hochfrequenzen prinzipielle Gültigkeit besitzen. Fig. 4a stellt das Vierpoler­ satzschaltbild für einen kapazitiven Topferkennungssensor 4 mit den vom aufgesetzten Topf eingestreuten topfspezifischen frequenzabhängigen Induktivitäten und Kapazitä­ ten dar. Fig. 4b zeigt das entsprechende Vierpolersatzschaltbild für einen indukti­ ven Topferkennungssensor 4. Eingangsseitig werden die Vierpole vom Hochfrequenz- Generator 2 über eine Anpaßstufe 3 gespeist, ausgangsseitig sind sie über eine An­ paßstufe 5 auf das Hochfrequenz-Modul 6 geführt. Dem Vierpolersatzschaltbild ist zu entnehmen, daß dem Topferkennungssensor (L _s , C _{s 0} . . . C _{s 2}) als Streukapazitäten und Streuinduktivitäten die Topfkenngrößen (L _T , C _{T 1} . . . C _{T 2}) überlagert sind.

Die Änderung der Betriebsübertragungsfunktion wird also durch die Topfkenngrößen L _T , C _{T 1}, C _{T 2}, C _{T 3} stark beeinflußt und es ist über die Betriebsübertragungsfunktion auch unterscheidbar, ob ein metallischer Kochtopf oder ein solcher als Glas (Porzel­ lan) sich auf der Kochstelle befindet.

Durch Auswertung der Fig. 5a bis 5c, wo Betriebsübertragungsfunktionen für ver­ schiedene Gegenstände, die sich auf der Kochstelle befinden, aufgenommen wurden, erkennt man das unterschiedliche, gut auswertbare Maximum für einen engen Fre­ quenzbereich.

Fig. 5a zeigt die Betriebsübertragungsfunktion für einen Metallkochtopf, Fig. 5b das gleiche für einen Glastopf und Fig. 5c zeigt den Verlauf der Betriebsübertra­ gungsfunktion für einen aufgelegten Gegenstand, hier ein trockenes Tuch, der nicht als Topf erkannt werden darf.

Die Diagramme der Fig. 5a bis 5c unterstützen die Aussagen bezüglich der Un­ terscheidbarkeit von Metalltöpfen und Glastöpfen und schließen darüber hinaus eine Fehlerkennung für aufgelegtes Papier, Holz, Tuch noch aus. Mit Hilfe des Topfer­ kennungssensors 4 ist die Schaltungsanordnung demnach in der Lage, zwischen ver­ schiedenartigen Kochtöpfen (Metall, Glas, Porzellan) sicher zu unterscheiden und ei­ ne Vielzahl von aufgelegten Fremdkörpern von der Erkennung auszuschließen.

Claims (14)

1. Schaltungsanordnung für ein Topferkennungssystem bezüglich Kochstellen, wo­ bei die Topferkennung mit Hochfrequenz-Schaltungstechnik erfolgt und infolge­ dessen eine Soforterkennung möglich ist, wobei ein Hochfrequenz-Generator (2) mit einem durch einen Hochfrequenz-Modul (6) beschalteten Topferken­ nungssensor (4) verbunden ist und der Hochfrequenz-Modul (6) ausgangsseitig mit einer Auswerteeinheit (7) verbunden ist, welche die Energiezufuhr zur Kochstelle bewirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß eine mit dem Hochfrequenz-Generator (2) verbundene Ablaufsteuerung (1) die Auswerteein­ heit (7) aktiviert und
daß die mit einer Steuereinheit (8) verbundene Auswer­ teeinheit (7) die Betriebsübertragungsfunktion des als passiven Vierpol ausge­ bildeten ein- und ausgangsseitig angepaßten Topferkennungssensors (4) analy­ siert, wobei die Steuereinheit (8) ausgangsseitig mit einem Netzspannungsmodul (9) verknüpft ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteuerung (1), die logische Auswerteeinheit (7) und die Steuereinheit (8) durch einen Mikroprozessor realisiert sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpas­ sung des Hochfrequenz-Generators (2) an den Topferkennungssensor (4) mit einer Anpaßstufe (3) erfolgt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpas­ sung des Topferkennungssensors (4) an das Hochfrequenz-Modul (6) mit einer Anpaßstufe (5) erfolgt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hoch­ frequenzmodul (6) aus einem Hochfrequenz-Verstärker, einem Hochfrequenz- Detektor und einer Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung besteht, wobei der Hochfrequenz-Verstärker mit dem Hochfrequenz-Detektor verbunden ist und der Hochfrequenz-Detektor die Hochfrequenz-Gleichrichterschaltung speist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logi­ sche Auswerteeinheit (7) die vom Hochfrequenz-Modul (6) bereitgestellten Betriebsübertragungsfunktionen des Topferkennungssensors (4) übernimmt, mit einer normierten Betriebsübertragungsfunktion vergleicht, bei Ungleichheit Topferkennung entschlüsselt und ein Topferkennungssignal zur Steuereinheit (8) ausgibt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ einheit (8) aus dem von der logischen Auswerteeinheit (7) entschlüsselten Topferkennungssignal ein Steuersignal bildet und an das Netzspannungsmodul (9) überträgt.

8. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1, 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch das von der Steuereinheit (8) bereitgestellte Steuersignal das Netzspan­ nungsmodul (9) die Schutzerde kontaktiert und die Netzspannung zuführt.

9. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die logische Auswerteeinheit (7) Mikrowellen-Geschirr erkannt hat und über die Steuereinheit (8) für das Netzspannungsmodul (9) ein Steuersi­ gnal bereitstellt und das Netzspannungsmodul (9) die vorgewählte Mikrowellen­ leistung nur dann zuschaltet, wenn die Mikrowellenkochstelle Mikrowellendicht­ heit aufweist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Topferkennungssensor (4) als kapazitiver Sensor ausgebildet ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Topferkennungssensor (4) als induktiver Sensor ausgebildet ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Topfer­ kennungssensor (4) in Dickschichttechnik im Glaskeramikkochfeld aufgebracht ist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Topfer­ kennungssensor (4) in Dünnfilmtechnik im Glaskeramik-Kochfeld aufgebracht ist.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfre­ quenz-Energiezufuhr für den Topferkennungssensor (4) durch eine abgeschirmte Streifenleitung erfolgt.