DE3736005A1

DE3736005A1 - Steuereinheit fuer elektronische kochstellen-temperaturregelung mit temperatursensor

Info

Publication number: DE3736005A1
Application number: DE19873736005
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Beifuss; Walter Ing Grad Bredel; Ralf Ing Grad Schneider
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-23
Filing date: 1987-10-23
Publication date: 1989-05-03

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinheit für elektronische Kochstellen- Temperaturregelung mit Temperatursensor, die für Einzelkochstellen und Glaskera mik-Kochfelder anwendbar ist, da die Steuereinheit so gestaltet ist, daß die in der Steuereinheit angeordneten Auswerteschaltungen je nach Verwendungszweck aufrüst bar sind.

Eine derartige Steuereinheit für Elektrokochplatten in Verbindung mit einem lei stungsfähigen und kostengünstigen Temperatursensor ist bislang in der Haushalttech nik nicht angewendet worden. Es sind Schaltungsanordnungen zur Leistungssteuerung für Kochplatten bekanntgeworden, z. B. durch die DE-OS 27 34 003, die jedoch die erfindungsgemäße Lösung nicht berühren und auch keine elektronische Kochstellen- Temperaturregelung vorwegnehmen. Beispielsweise behandelt die DE-PS 27 31 782 C2 die Problematik eines Steuergerätes für Elektrokochplatten aus der Sicht der An kochphase, wofür entsprechende Lösungen angegeben werden, ohne daß eine elektro nische Kochstellen-Temperaturregelung erfolgt.

Zum Stand der Technik gehören die mit Ausdehnungssensoren ausgerüsteten Automa tik-Kochplatten für Gußkochstellen. Glaskeramik-Kochfelder können mit den Ausdeh nungssensoren der Automatik-Kochplatten jedoch nicht bestückt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Steuereinheit für elektronische Kochstellen-Temperaturregelung, die sich eines besonders kostengünstigen, langzeit stabilen und für Temperaturen bis 700°C geeigneten Temperatursensors bedient, zu schaffen und mit dieser Steuereinheit eine Kochstellen-Temperaturregelung, verbun den mit Übertemperatursicherung, Restwärmeanzeige und Wärmekapazitätserkennung, zu realisieren.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit zur Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekenn zeichnet, daß in der vom Temperatursensor geregelten Steuereinheit Auswerteschal tungen für eine Kochstellen-Temperaturregelung eine Wärmekapazitätserkennung, ei ne Übertemperatursicherung und eine Restwärme-Mengenanzeige angeordnet sind.

Eine weitere vorteilhafte Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturreg ler, ausgerüstet mit dem Temperatursensor und einem Sollwertgeber, mit einer Aus werteelektronik, bestehend aus einer Anzeige- und Leistungsschaltereinheit, verbun den ist, wobei die zweipunktregelnde, durch den Temperaturregler auf Sollwert eingestellte Auswerteelektronik durch ihr Ausgangssignal mit der Kochstellenheizung verknüpft ist und eine vorgewählte Kochtemperatur konstant gehalten wird.

Als Temperatursensor wird ein Platinsensor verwendet, dessen Einsatz besonders vor teilhaft ist, da Platinsensoren sehr gute Langzeitstabilität, Genauigkeiten um 1%, und den geforderten Temperaturbereich aufweisen. Zudem sind sie kostengünstig.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor mit einem A-D-Wandler eingangsseitig verbunden ist, daß der Ausgang des AD-Wandlers gemeinsam mit dem Ausgang eines Dateneingabegerä tes auf den Datenbus eines Mikroprozessors geführt ist und daß der Mikroprozessor ausgangsseitig über eine Leistungsschaltstufe mit einer Kochstellenleitung und paral lel dazu mit einer Datenanzeigeeinheit verbunden ist.

Es ist besonders vorteilhaft, mikroprozessorgesteuerte Auswerteschaltungen einzuset zen, weil dadurch über die in der Aufgabenstellung angeführten Problemstellungen hinaus weitere servicefreundliche Kochstelleneinrichtungen, wie beispielsweise die Eingabe von Daten einer spezifizierten Kochbuchsoftware über das Dateneingabege rät, geschaffen werden. Das führt zur Entlastung der Hausfrau und bedeutet Ener gieeinsparung durch kochgutgerechte Heizvarianten.

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

Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1a eine Temperatur-Sensoranordnung für Einzelkochstellen,

Fig. 1b eine Temperatur-Sensoranordnung für ein Glaskeramik-Kochfeld,

Fig. 1c eine Anordnung für ein Platinelement mit Kontaktierung und Vierlei tertechnik,

Fig. 1d ein Glaskeramik-Kochfeld mit vier sensorbestückten Kochstellen,

Fig. 2a eine Kochstelle mit Längensensor,

Fig. 2b eine Kochstelle mit Flächensensor,

Fig. 2c eine Kochstelle mit 3-Sensor-Serienschaltung,

Fig. 3a einen brückengespeisten Differenzverstärker,

Fig. 3b das Schaltverhalten der Anordnungen 3a,

Fig. 4 einen Platinsensor in Vierleitertechnik mit einer Auswerteschaltung,

Fig. 5 einen Temperaturregler mit Auswerteeinheit,

Fig. 6 eine mit Platinsensor ausgerüstete, mikroprozessorgespeiste Auswerte schaltung,

Fig. 7 eine Temperatur-Zeit-Charakteristik für verschiedene Kochstellen lasten.

Ein Temperatursensor 1 mit Zuleitungen 2, angeordnet als Kompaktsensor im Koch plattenzentrum oder mit Keramikkleber 4 befestigt und geschützt unterhalb der Glaskeramik 5, umgeben von der Heizung 6, ist als Platinelement ausgeführt und mit einer entsprechenden Kontaktierung 7 versehen, wobei der Platintemperatursensor 8 als Platinwiderstand aufgebracht ist, entweder diskret als Siebdruck oder als laser bearbeitetes Flächenelement. Ein Präzisionsabgleich auf einen Sollwert ist notwendig. In der Gesamtdarstellung eines Glaskeramik-Kochfeldes 10 sind vier Kochstellen mit Kompaktsensoren 1 dargestellt, die im Kochstellenmittelpunkt radialsymmetrisch zur Kochzone 11 angeordnet sind.

Die Verwendung von Platinelementen als Temperatursensoren ist aus Gründen der Langzeitstabilität, der Genauigkeit, der Temperaturverträglichkeit und einer genügend hohen Signalspannungsabgabe besonders vorteilhaft.

In den Fig. 2a b, c sind weitere Sensoranordnungen dargestellt.

Es wird dabei davon ausgegangen, daß flächenhaft angeordnete Temperatursensoren eine bessere Mittelung der Temperatur garantieren und Meßfehler eingeschränkt sind.

Fig. 2a zeigt den Sensoranschlußpunkt 21 eines Platin-Elements 22 als Längensensor, umgeben von der Kochzone 23, ausgeführt für eine Kochstelle mit Längentempera tursensor 24.

Fig. 2b zeigt einen in mehreren konzentrischen Ringen flächenhaft angeordneten Pla tin-Sensor 25 für eine Kochstelle mit Flächensensor 26 und Fig. 2c zeigt eine von der Kochzone 23 umschlossene Kompakt-Sensoranordnung von mehreren Platin-Ele menten 27, beispielsweise drei um ²/₃ π versetzt angeordnete Platin-Elemente 27, ausgeführt für eine Kochstelle mit Drei-Sensor-Serienschaltung 28. Zur Förderung der Langzeitkonstanz und zum Schutz vor Korrosion sind die Zuleitungen und wenn nötig, auch die Sensoren mit einer Glasur überzogen.

Gemäß der Schaltungsanordnung nach Fig. 3a ist eine Brückenschaltung, bestehend aus Brückenelementen 31, 32, 33 und 34, wobei der Temperatursensor das Brücken element 33 darstellt, eingangsseitig auf einen durch einen ohmschen Widerstand 35 rückgekoppelten Differenzverstärker 36 geführt.

Ausgangsseitig ist der Differenzverstärker 36 mit einer Anzeigeeinheit 37 verbunden. Die Anzeigeeinheit 37 zeigt nach Erreichen der Grenztemperatur, gesteuert vom Differenzverstärker 36, eine der verwendeten Heizleistung entsprechende Restwärme an. Wie diese Wärme, falls der Kochvorgang abgeschlossen war, noch genutzt werden kann, wird durch Kochbuch-Software angegeben. Bei erreichter Grenztemperatur wird, gesteuert vom Ausgangssignal Ua des Differenzverstärkers 36, die Heizleistung abgeschaltet.

Fig. 3b zeigt den zugehörigen Temperaturverlauf als Funktion der Zeit und die dar aus resultierenden Funktionen U ₂ (t) und U _a (t).

Ist die Grenztemperatur T ₁ erreicht, entspricht ihr eine Spannung U ₁ der Funktion U ₂ (t) und der Differenzverstärker liefert das Ausgangssignal U _a (t). Diese Span nungsverhältnisse sind durch den Temperatursensor aufgeprägt, da mit steigender Sensortemperatur die Spannung, der Sensorcharakteristik entsprechend, über dem Temperatursensor-Brückenzweig 33 ansteigt. Für U ₂ (t) = U ₁ (t ₁) schaltet der Ope rationsverstärker 36 und liefert am Ausgang +U bis zum neuen Einschaltpunkt U ₁ (t ₂).

Darüber hinaus ist eine Unterscheidung verschiedener Wärmekapazitäten durch den Anstieg der Temperaturkurven in einer festgelegten Zeit, beispielsweise zwei Minu ten, kochstellenspezifisch möglich. Somit kann eine nichtbesetzte, jedoch eingeschal tete Kochstelle erkannt und abgeschaltet werden. Andererseits ist es möglich, für verschiedene erkannte Wärmekapazitäten unterschiedliche wärmekapazitätsgerechte Heizstufen zuzuschalten.

Das Schaltbild nach Fig. 4 zeigt einen Temperatursensor 41 mit den Kontaktierungs punkten 42 und 43, der in Vierleitertechnik mit einer Auswerteelektronik 44 verbun den ist. Die Vierleitertechnik verringert den Einfluß der Zuleitungen auf den tem peraturabhängigen Sensorwiderstand, z. B. Platinelement.

Das Schaltbild nach Fig. 5 zeigt den Netzspannungseingang 51 des Spannungsversor gungsmoduls 52, der mit dem Temperaturregler 53 verbunden ist. Der Temperatur regler 53 wird von einem Sollwertgeber 54 und einem Platinsensor 55 variabel beaufschlagt. Der eingestellte Sollwert wird mit dem Platinsensorwert ständig vergli chen und bei Gleichheit setzt die Regelung ein. Eine Anzeige- und Leistungsschalter einheit, die sich in der Auswerteelektronik 56 befindet, regelt damit die für eine Kochstelle 57 vorgegebene Solltemperatur und hält diese konstant.

Fig. 6 zeigt in schematisierter Darstellung eine elektronische mikroprozessorge steuerte Auswerteschaltung mit einem Platinsensor 61, der auf den Eingang eines A-D-Wandlers 62 geschaltet ist, dessen Ausgangssignale auf den Datenbus eines Mik roprozessors 63 geführt sind. Der Ausgang eines Dateneingabegerätes 64 liegt auf dem gleichen Datenbus. Ausgangsseitig steuert der Mikroprozessor 63 eine Lei stungsschaltstufe 65. Ein Spannungsversorgungsmodel 66 stellt die Versorgungsspan nungen bereit. Von der Leistungsschaltstufe 65 wird in Abhängigkeit von der Mikro prozessorsteuerung eine Kochstellenheizung 67 betrieben. Außerdem bedient der Mi kroprozessor 63 eine Datenausgabeeinheit 68. Diese mikroprozessorgesteuerte Aus werteschaltung realisiert eine elektronische Kochstellen-Temperaturregelung. Durch das Dateneingabegerät 64 sind verschiedene Sollwerte einstellbar, beispielsweise Gar temperatur, Garzeit, Kochstufe, Heizungsart, Kochfeldposition. Wird keine Gartempe ratur vorgegeben, wird über die Kochstellen-Temperaturregelung eine Übertempera tursicherung eingeschaltet. Über die Datenausgabeeinheit erhält die Hausfrau Infor mationen über eine noch nach Kochbuch-Software nutzbare Restwärme, wenn der Hauptkochvorgang beendet ist. Außerdem wird nach etwa zwei Minuten Ankochzeit eine Wärmekapazitätsanzeige realisiert. Bei Kombinationsherden oder zusätzlichen Mikrowellen-Kochstellen werden mikrowellenspezifische Daten kontrolliert und ange zeigt.

Die Temperatur als Funktion der Zeit, wobei die Parameter verschiedene Wärmeka pazitäten bei konstanter Kochstellenleistung sind, zeigt Fig. 7. Die Kurvenschar zeigt für T = f(t) 71 das Diagramm für Nullast, d. h. es steht kein Topf auf der Koch stelle und nur die Wärmekapazität der Kochstelle wirkt. T = f(t) 72 zeigt das Dia gramm für einen leeren Topf, T = f(t) 73 das Diagramm für einen Topf mit ¹/₂ Liter Wasser, T = f(t) 74 das Diagramm für einen Topf mit 1 Liter Wasser. Die Kochstellenleistung beträgt 1200 W. Nach einer Anheizzeit von zwei Minuten sind auswertbare Temperaturunterschiede, die den Wärmekapazitäten 71, 72, 73, 74 ent sprechen, vorhanden. Auf dieser Basis sind, beispielsweise für die mikroprozessorge steuerte Auswerteschaltung, kochstellenspezifische Wärmekapazitätswerte auswertbar und die verschiedenen Regelabläufe ableitbar.

Claims

1. Steuereinheit für elektronische Kochstellen-Temperaturregelung mit Tempera tursensor für Einzelkochstellen und Glaskeramik-Kochfelder anwendbar, da durch gekennzeichnet, daß in der vom Temperatursensor gere gelten Steuereinheit Auswerteschaltungen für eine Kochstellentemperaturrege lung, eine Wärmekapazitätserkennung, eine Übertemperatursicherung und eine Restwärmemengenanzeige angeordnet sind.

2. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brücken schaltung, bestehend aus Brückenwiderständen (31, 32, 34) und dem Tempera tursensor (33), mit einem Differenzverstärker (36) verschaltet ist und daß der Differenzverstärker (36) ausgangsseitig mit der Kochstellenheizung, die er mit Erreichen einer Grenztemperatur vom Netz trennt, verbunden ist.

3. Steuereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzver stärker (36) ausgangsseitig mit einer Anzeigeeinheit (37) verbunden ist, die die verbleibende Restwärme, nachdem die Kochstellenheizung vom Netz ge trennt ist, anzeigt.

4. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (37) für die angeschlossenen Kochstellen den Tempera turverlauf als Funktion der Heizdauer mit gespeicherten Kennwerten vergleicht und drei verschiedene Wärmekapazitäten unterscheidet, denen drei Heizstufen zugeordnet sind, wobei gleichzeitig erkannt wird, ob auf der Kochstelle ein Kochtopf abgestellt ist und bei nichtbesetzter Kochstelle die Heizleistung ab geschaltet wird.

5. Steuereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatur regler (53), ausgerüstet mit dem Temperatursensor (55) und einem Sollwert geber (54), mit einer Auswerteelektronik (56), bestehend aus einer Anzeige- und Leistungsschaltereinheit, verbunden ist, wobei die zweipunktregelnde, durch den Temperaturregler (53) auf Sollwert eingestellte Auswerteelektronik (56) durch ihr Ausgangssignal (57) mit der Kochstellenheizung verknüpft ist und eine vorgewählte Kochtemperatur konstant gehalten wird.

6. Steuereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur sensor (41, 55) mit der Auswerteelektronik (44, 56) in Vierleitertechnik ver knüpft ist.

7. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur sensor (61) mit einem A-D-Wandler (62) eingangsseitig verbunden ist, daß der Ausgang des AD-Wandlers (62) gemeinsam mit dem Ausgang eines Dateneinga begerätes (64) auf den Datenbus eines Mikroprozessors (63) geführt ist und daß der Mikroprozessor ausgangsseitig über eine Leistungsschaltstufe (65) mit einer Kochstellenheizung (67) und parallel dazu mit einer Datenanzeigeeinheit (69) verbunden ist.

8. Steuereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (63) in Abhängigkeit von den Sensordaten als Funktion der Heizdauer über die Datenanzeigeeinheit (68) eine Wärmekapazität, die sich auf der Kochstellen heizung (67) befindet, anzeigt und die dafür erforderliche Heizstufe über die Leistungsschaltstufe (65) einschaltet und bei nichtbesetzter Kochstelle die Heiz leistung abschaltet.

9. Steuereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsschalt stufe (65), die vom Mikroprozessor (63) Steuersignale zur Kochstellen-Tempera turregelung und zur Übertemperatursicherung empfängt, mit der Kochstellenhei zung (67) ausgangsseitig verbunden ist und mikroprozessorgesteuert die Leistung für die Kochstellenheizung (67) zuführt und bei erreichter Grenztemperatur die Heizleistung abschaltet.

10. Steuereinheit nach Anspruch 7, 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikropro zessor (63) über die Datenausgabeeinheit (68) eine verfügbare, über Koch buchsoftware nutzbare, Restwärme anzeigt.

11. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur sensor (1) ein Platinsensor ist.

12. Steuereinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Platinsensor (1) kochstellenmittig als Kompaktsensor angeordnet ist.

13. Steuereinheit nach Anspruch 1, 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Platinsen sor (1) für ein Glaskeramik-Kochfeld (5) verwendet wird und unterhalb der Glaskeramik mittig zum Heizsystem (6), durch Hochtemperatur-Keramikkleber oder Glasur befestigt, angeordnet ist.

14. Steuereinheit nach den Ansprüchen 1, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Platinsensor (1) an der Unterseite des Glaskeramik-Kochfeldes (5) als Län gensensor aufgebracht ist.

15. Steuereinheit nach den Ansprüchen 1, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Platinsensor (1) an der Unterseite des Glaskeramik-Kochfeldes (5) als Flä chensensor aufgebracht ist.

16. Steuereinheit nach den Ansprüchen 1, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Platinsensor (1) an der Unterseite des Glaskeramik-Kochfeldes (5) als Drei-Sensor-Serienschaltung angeordnet ist.

17. Steuereinheit nach den Ansprüchen 1, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Platinsensor (1) als Siebdruck direkt auf die Unterseite des Glaskeramik- Kochfeldes (5) aufgebracht ist.

18. Steuereinheit nach den Ansprüchen 1, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Platinsensor (1) als Flächenelement direkt auf die Unterseite des Glaskera mik-Kochfeldes (5) aufgebracht ist.

19. Steuereinheit nach den Ansprüchen 1, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitungen (2) des Platinsensors (1) als metallische Leitungen in Zwei- oder Vierleitertechnik ausgeführt sind.

20. Steuereinheit nach den Ansprüchen 1, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitungen (2) des Platinsensors (1) auf die Unterseite des Glas keramik-Kochfeldes (5) als Siebdruck aufgebracht sind.

21. Steuereinheit nach den Ansprüchen 1, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitungen (2) des Platinsensors (1), die nach einer in den vor hergehenden Ansprüchen beschriebenen Weise auf die Unterseite des Glaske ramikkochfeldes (5) aufgebracht wurden, zum Schutz vor Korrosion mit einer Glasur überzogen sind.