DE3934157A1 - Hotplate with elements switched according to pan size - exploits effect on capacitance ratios among concentric sensing rings when large or small vessel is imposed - Google Patents
Hotplate with elements switched according to pan size - exploits effect on capacitance ratios among concentric sensing rings when large or small vessel is imposedInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Kochmulde für einen Elektroherd oder dgl., bei dem die in der Kochmulde gelegene, meist in Stufen schaltbare Heizung von einer Glaskeramikplatte abgedeckt ist. Auf der Glaskeramikplatte befinden sich zumeist Zonenmarkierungen; sie sind zentrisch zu den unter der Glaskeramikplatte liegenden Heizspiralen angeordnet. Beim Aufsetzen eines Kochgeschirrs zeigen die sichtbaren Kreise an, welche Heizstufen einzuschalten bzw. nicht einzuschalten sind. Das Ein schalten der als Mehrkreisheizung ausgelegten Kochmulde geschieht mittels mechani scher Schalter, welche im Rückteil des Muldenrahmens eingebaut sind. Die Handha bung zum Betätigen der Schalter sind meist in einer Bedienungsblende an der Front seite des Geräts angeordnet.The invention relates to the hob for an electric stove or the like, at which is the heating in the hob, which can usually be switched in stages, by one Glass ceramic plate is covered. There are usually on the glass ceramic plate Zone markings; they are centered on those under the glass ceramic plate Heating coils arranged. When putting on a cookware, the visible ones show Circle which heating levels to switch on or not to switch on. The one switching the hob, which is designed as a multi-circuit heater, is done by means of mechani shear switches, which are installed in the back of the trough frame. The handha Exercise for operating the switches are usually in a control panel on the front side of the device.
Aufgabe und Zweck der Erfindung ist es, die Mehrkreis-Kochstelle in ihren verschie denen Heizzonen so "intelligent" auszubilden, daß das Vorhandensein eines Topfes erkannt bzw. auch ein kleiner oder ein großer auf die Glaskeramik-Platte gestellter Behälter erkannt werden kann. Dadurch wird es ermöglicht, die Kochstelle oder Heizzone automatisch zu- oder abzuschalten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht auch darin, Fühler (Sensoren) zu finden, welche es ermöglichen, bei unter schiedlichen Materialien des Kochgefäßes, z. B. aus Eisen, Stahl, Keramik, Glas usw., durch die Glaskeramikplatte hindurch die Größe des Kochgefäßes festzustellen und ein Signal zum Schalten der Heizzonen zu geben. The object and purpose of the invention is to differentiate the multi-circuit hob to train those heating zones so "intelligently" that the presence of a pot recognized or a small or a large one placed on the glass ceramic plate Container can be recognized. This enables the hotplate or Switching the heating zone on and off automatically. Another object of the invention is also to find sensors (sensors) that make it possible to find under different materials of the cooking vessel, e.g. B. of iron, steel, ceramics, glass, etc., determine the size of the cooking vessel through the glass ceramic plate and give a signal to switch the heating zones.
Ausgehend von einer Kochmulde für einen Elektroherd mit in der Kochmulde ange ordneten Heizspiralen oder dgl., wobei die Heizspiralen in Heizzonen aufgeteilt und letztere schaltbar sind, wobei die Kochmulde von einer Glaskeramikplatte abge deckt ist und auf ihrer Stellfläche die Heizzonen gekennnzeichnet sind, besteht die Erfindung darin, daß in der Kochmulde Fühler angeordnet sind, welche in Abhängig keit von der Stellflächen-Größe einer auf die Kochfläche der Glaskeramikplatte ge stellten Kochgefäßes ein Schaltsignal liefern. Besonders vorteilhaft ist es, wenn man unter der Glaskeramikplatte kapazitive Fühler anordnet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, unter der Glaskeramikplatte den Wärmefluß messende Fühler zu ver wenden. Es kann auch dienlich sein, anstelle der letzteren Fühler solche zu verwen den, welche die Wärmestrahlung ermitteln, z. B. derart, daß man einerseits die von der Heizung ausgehende Wärmestrahlung und andererseits die von der Unterseite der Glaskeramikplatte ausgehende Wärmestrahlung ermittelt und das Differenzsignal zum Betätigen der Heizung nutzt. Auch aus einem Ultraschallsender und einem Empfän ger dienende Fühler sind für den Zweck geeignet.Starting from a hob for an electric stove with in the hob arranged heating coils or the like, the heating coils being divided into heating zones and the latter are switchable, the hob being removed from a glass ceramic plate is covered and the heating zones are marked on their footprint, there is Invention in that sensors are arranged in the hob, which are dependent on the cooking surface of the glass ceramic plate provide a switching signal. It is particularly advantageous if you arranges capacitive sensors under the glass ceramic plate. But there is also Possibility of verifying the heat flow sensors under the glass ceramic plate turn. It may also be useful to use sensors instead of the latter those that determine the heat radiation, e.g. B. such that on the one hand the heat radiation emanating from the heating and, on the other hand, that from the underside of the Glass ceramic plate determines outgoing heat radiation and the difference signal to Actuation of the heating uses. Also from an ultrasonic transmitter and a receiver ger serving sensors are suitable for the purpose.
Die Benutzung der einzelnen Fühlerarten sind jedoch unterschiedlich. Im nachfolgen den soll anhand von Zeichnungen erklärt werden, welche Fühlerarten für den ge nannten Zweck am ehesten geeignet sind.However, the use of the individual sensor types is different. Im follow This is to be explained on the basis of drawings, which sensor types for the ge mentioned purpose are most suitable.
In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und zum Teil schematisch darge stellt. Es zeigenIn the drawings, the invention is, for example and partly schematically Darge poses. Show it
Fig. 1 und Fig. 2 eine Kochmulde mit darin gelegener Heizung und kapazitiven Fühlern, welche von einer Glaskeramikplatte abgedeckt ist, Fig. 1 and Fig. 2 is a hob with heating situated therein and capacitive sensors, which is covered by a glass ceramic plate,
Fig. 3 und Fig. 4 jeweils einen Ausschnitt aus der Kochmulde mit den den Wärmefluß ermittelnden Fühlern, Fig. 3 and Fig. 4 are each a detail of the cooking hob with the heat flow investigating sensors,
Fig. 5 den Ausschnitt einer Kochmulde, wobei die Fühler hier aus einem Ul traschallsender und einem Ultraschall-Empfänger bestehen, Fig. 5 shows the detail of a cooking hob, where the sensor here traschallsender from a Ul and an ultrasonic receiver are made,
Fig. 6 und Fig. 7 ebenfalls einen Ausschnitt aus der Kochmulde mit einem die Wärme strahlung messenden Fühler, Fig. 6 and Fig. 7 also shows a detail of the cooking hob with a thermal radiation-measuring sensor,
Fig. 8 die Ausbildung der Glaskeramikplatte mit kapazitivem Fühler, Fig. 8, the formation of the glass-ceramic plate with a capacitive sensor,
Fig. 9 eine Ansicht von oben mit einem ringförmigen, zur Messung der Wär mestrahlung ausgebildeten Fühler. Fig. 9 is a view from above with an annular sensor designed for measuring the heat radiation.
Fig. 1 zeigt in der Ansicht von oben eine Kochmulde 1, in welcher die beispielswei se aus Heizspiralen 2 gebildete Heizung gelegen ist. Die Heizung ist hier in Zonen 3 und 4 schaltbar. In der Kochmulde (Fig. 2) ist in einem metallischen Einsatz 5 ein weiterer aus Isolationsmaterial gebildeter Einsatz 6 eingesetzt. Die Kochmulde ist von einer Glaskeramikplatte 7 abgedeckt. In bekannter Weise sind auf der Glaskera mikplatte in Form von Kreisen Zonen 3 und 4 aufgetragen. Von einem elektronisch gesteuerten Schalter 8 werden über Leitungen 9 die in der Kochmulde 1 gelegenen Heizkörper bzw. Heizspiralen 2 zonenweise geschaltet. Die Zuleitungen 9 für die Heizspiralen 2 sind hier mittels eines Hochfrequenz-Generators 10 überbrückt. Der Hochfrequenz-Generator erzeugt innerhalb der Kochmulde ein schwaches, z. B. einige mW betragendes elektrisches Feld. Durch das elektrische Feld werden die kapaziti von Ringe A, B und C aufgeladen. Der Ring A besitzt beispielsweise eine Kapazität Ca, der Ring B eine Kapazität Cb und der Ring C eine Kapazität Cc. Befindet sich auf der Glaskeramikplatte kein Topf, so haben die Kapazitäten Ca und Cb eine vor gegebene Größe. Auch der Quotient Cb durch Ca ist somit vorgegeben. Gleiches gilt auch für die Kapazität des Ringes C mit dem Wert Cc. Befindet sich auf der Glas keramikplatte ein Topf mit vergleichsweise kleiner Bodenfläche, so wird das Ver hältnis Cb/Ca größer; besitzt der auf die Glaskeramikplatte gestellte Topf eine noch größere Fläche, so wird das Verhältnis Cb/Ca kleiner als im vorhergehenden Falle. Daraus folgt, daß sich die Kapazitätsverhältnisse der Ringe in Abhängigkeit von der Bodenflächengröße des Topfes zur Schaltung der Heizzonen der Kochmulde nutzen lassen. Diese kapazitive Erfassung ist wirtschaftlich, konstruktiv und fertigungstech nisch leicht lösbar; sie ist auch unter den vier möglichen Fühlerarten die sicherste. Fig. 1 shows a top view of a hob 1 , in which the example formed from heating coils 2 heater is located. The heating can be switched in zones 3 and 4 . In the hob ( FIG. 2), a further insert 6 made of insulation material is inserted in a metallic insert 5 . The hob is covered by a glass ceramic plate 7 . In a known manner, zones 3 and 4 are applied to the glass plate in the form of circles. From an electronically controlled switch 8 , the radiators or heating spirals 2 located in the hob 1 are switched in zones via lines 9 . The feed lines 9 for the heating spirals 2 are bridged here by means of a high-frequency generator 10 . The high-frequency generator generates a weak, z. B. some mW electric field. The capacitance of rings A, B and C is charged by the electric field. Ring A has, for example, a capacitance Ca, ring B a capacitance Cb and ring C a capacitance Cc. If there is no pot on the glass ceramic plate, the capacities Ca and Cb have a given size. The quotient Cb by Ca is thus also specified. The same applies to the capacity of the ring C with the value Cc. If there is a pot on the glass ceramic plate with a comparatively small floor area, the ratio Cb / Ca will be larger; If the pot placed on the glass ceramic plate has an even larger area, the ratio Cb / Ca becomes smaller than in the previous case. It follows that the capacity ratios of the rings can be used depending on the size of the bottom of the pot for switching the heating zones of the hob. This capacitive detection is economically, constructively and technically easy to solve; it is also the safest of the four possible sensor types.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Kochzonen-Schaltung dargestellt, wobei die Fühler hier den Wärmefluß ermitteln. Die konstruktive Lösung ist ähnlich wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, jedoch sind hier die als Fühler dienenden Ringe A1, B1 und C1 offen und besitzen an ihren Enden Meßanschlüsse 11 und 12 bzw. 11′, 12′ zum Anlegen einer Meßspannung. Bei dieser Ausführungsform ist ein Hochfrequenz-Generator nicht er forderlich. Gemessen wird hier der elektrische Widerstand, der sich bei Erwärmung der Fühlerringe ergibt. Wird beispielsweise auf die Glaskeramikplatte 7 ein Topf mit vergleichsweise kleiner Bodenfläche gestellt, so ist in diesem Bereich der Wärme übergang von der Glaskeramikplatte zum Topf größer als in der benachbarten Heiz zone, so daß sich auch diese gemessenen elektrischen Leitwerte zur Schaltung der Heizzonen nutzen lassen. Bei dieser Ausführungsform wird bei nur geringer Wider standsänderung über eine nachgeschaltete Elektronik das Zuschalten der Außenzonen heizung bewerkstelligt. Nachteilig bei dieser Ausbildungsform der Fühler ist, daß die Erfassung der elektrischen Werte vergleichsweise träger ist als bei der vorhergehen den kapazitiven Ausbildung der Fühler. Der Vorteil besteht indessen darin, daß diese Fühlerart vergleichsweise einfach ist und keine zusätzliche Elektronik, z. B. einen Hochfrequenz-Generator erforderlich macht. Nachteilig ist fernerhin aber auch, daß bei dieser Art der Erfassung man auf die Restwärme der Kochstelle achten muß.In FIGS. 3 and 4, a cooking zone circuit is illustrated, wherein the sensor to determine the heat flux here. The constructive solution is similar to that shown in FIGS. 1 and 2, but here the rings A 1 , B 1 and C 1 serving as sensors are open and have measuring connections 11 and 12 or 11 ', 12' at their ends for application a measuring voltage. In this embodiment, a high frequency generator is not required. The electrical resistance measured when the sensor rings are heated is measured here. If, for example, a pot with a comparatively small floor area is placed on the glass ceramic plate 7 , the heat transfer from the glass ceramic plate to the pot is greater in this area than in the adjacent heating zone, so that these measured electrical conductivities can also be used to switch the heating zones. In this embodiment, the switching on of the outer zone heating is accomplished with only slight resistance change via a downstream electronics. A disadvantage of this type of sensor design is that the detection of the electrical values is comparatively slower than in the previous case, the capacitive design of the sensors. The advantage is, however, that this type of sensor is relatively simple and no additional electronics, for. B. requires a high frequency generator. Another disadvantage is, however, that with this type of detection you have to pay attention to the residual heat of the hotplate.
Die Fig. 5 zeigt eine Kochmulde 1, bei der hier die Fühler A2 und A3 im Scha motteinsatz 13 der Kochmulde 1 eingelassen sind. Die Fühler A2 und A3 bestehen hier aus einem Ultraschallsender A3 und einem Ultraschallempfänger A2. Auf der Glaskeramikplatte 7 befindet sich beispielsweise ein Topf 14. Die vom Sender ausge hende Ultraschallwelle wird unter anderem stark durch den Topfboden 14′ reflek tiert und auf den Empfänger A2 zurückgeworfen. Das Empfangssignal zeigt an, ob sich beispielsweise im Bereich der Heizzone 3 über der Glaskeramikplatte ein Topf 14 befindet oder nicht. Die dargestellte Anordnung - der aus Ultraschallsender und -empfänger bestehenden Fühler im Heizungsbereich unterzubringen und thermisch gut zu isolieren - ist schwer lösbar. Eine konstruktive Lösung bietet sich an, wenn man Sender und Empfänger im unteren Teil der Kochmulde anordnet und Kanäle 15 schafft, durch welche die Ultraschallwellen ungehindert hindurchtreten können, der art, daß der Ultraschallsender und -empfänger durch von der Heizung ausgehenden Wärme nur gering beeinflußt werden. Das empfangene Ultraschallsignal wird auch hier einer Elektronik zur Auswertung und Schaltung der Heizung zugeleitet. Besitzt die Kochmulde mehrere Heizzonen oder Heizsektoren, so ist es möglich, in den ein zelnen Zonen, bzw. Sektoren jeweils aus einem Ultraschallsender und Ultraschallemp fänger bestehende Fühler einzubauen. FIG. 5 shows a cooking hob 1, wherein here the sensor A 2 and A 3 in the saddle motteinsatz 13 of the cooking hob 1 are inserted. The sensors A 2 and A 3 here consist of an ultrasonic transmitter A 3 and an ultrasonic receiver A 2 . For example, there is a pot 14 on the glass ceramic plate 7 . The ultrasound wave emanating from the transmitter is, among other things, strongly reflected by the pot bottom 14 'and thrown back onto the receiver A 2 . The received signal indicates whether or not there is a pot 14 in the area of the heating zone 3 above the glass ceramic plate. The arrangement shown - to accommodate the sensor consisting of ultrasonic transmitter and receiver in the heating area and to insulate it well thermally - is difficult to solve. A constructive solution offers itself if one arranges transmitter and receiver in the lower part of the cooktop and creates channels 15 , through which the ultrasonic waves can pass unhindered, in such a way that the ultrasonic transmitter and receiver are only slightly influenced by heat coming from the heating . The received ultrasound signal is also fed to electronics for evaluating and switching the heating. If the hob has several heating zones or heating sectors, it is possible to install sensors consisting of an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver in each of the individual zones or sectors.
In den Fig. 6 und 7 sind Fühler dargestellt, welche auf die Wärmestrahlung anspre chen. In der Kochmulde 1 befindet sich hier ein Trägerelement 16, welches die Fühler E, F trägt. Diese Fühler werden durch Wärmestrahlung auf ein elektrisches Potential gebracht. Die Potentiale sind jeweils bei E1 und F1 abgreifbar. Ist bei spielsweise in den Zonen 3 und 4 die Heizung eingeschaltet, so wird der Fühler F unmittelbar von der Strahlung der Heizspirale 2 beaufschlagt, während der Fühler E von der Heizung abgewandt ist und seine Energie durch Rückstrahlung der Wärme strahlung von der Glaskeramikplatte 7 erhält. Befindet sich, wie dargestellt, auf der Glaskeramikplatte ein Topf 14, so entzieht der Boden 14′ der Glaskeramikplatte Wärme. Ist kein Topf vorhanden und die Heizung eingeschaltet, so ist die von der Glaskeramikplatte 7 ausgehende Wärmestrahlung höher bzw. das Potentialverhältnis E1/F1 kleiner. In diesem Falle würde die zunächst eingeschaltete Heizung in Zone 3 ausgeschaltet. Hier ist es also erforderlich, zunächst alle Heizzonen einzuschalten und sodann in den Zonen, in denen kein Topfboden erkannt wird, die Heizung sofort wieder abzuschalten. Der Vorteil derartiger Fühler E und F besteht darin, daß die Erfassung bzw. Erkennung, ob ein Topf sich auf der Keramikplatte innerhalb der Heizzone befindet, schnell zu erfassen ist, indessen besteht der Nachteil darin, daß die Fühler vergleichsweise kostspielig sind, da das Aufbringen der Fühlersubstanzen E und F auf das Trägerelement 16 zeitraubend ist.In Figs. 6 and 7 sensors are shown, which attrac on the heat radiation surfaces. In the hob 1 there is a carrier element 16 which carries the sensors E, F. These sensors are brought to an electrical potential by heat radiation. The potentials can be tapped at E 1 and F 1 . If, for example, the heating is switched on in zones 3 and 4 , the sensor F is immediately exposed to the radiation from the heating coil 2 , while the sensor E is turned away from the heating and receives its energy from the glass ceramic plate 7 by reflection of the heat. Is, as shown, on the glass ceramic plate 14 , the bottom 14 'of the glass ceramic plate removes heat. If there is no pot and the heating is switched on, the heat radiation emanating from the glass ceramic plate 7 is higher or the potential ratio E 1 / F 1 is smaller. In this case, the heating that was initially switched on in zone 3 would be switched off. It is therefore necessary here to switch on all heating zones first and then to switch off the heating again immediately in the zones in which no pan bottom is recognized. The advantage of such sensors E and F is that the detection or detection of whether a pot is on the ceramic plate within the heating zone can be detected quickly, but the disadvantage is that the sensors are comparatively expensive because the application the sensor substances E and F on the carrier element 16 is time-consuming.
Nach den bisherigen Erkenntnissen eignet sich also für den genannten Zweck am ehesten die Verwendung von kapazitiven Fühlern, wie in den Fig. 1 und 2 darge stellt. Ergänzend zu den genannten Figuren ist Fig. 8 zu betrachten. Es besteht nämlich auch die Möglichkeit, anstelle der Ringe A, B und C, wie in Fig. 2 gezeigt, die Unterseite der Keramikplatte 7 mit einer Metallschicht 17 zu versehen, z. B. derart, daß man die Metallschicht in Zonen 3 und 4 aufdampft. Die aufgedampften Zonen werden dann, wie in der Halbleitertechnik üblich, mit Kontaktanschlüssen ver sehen und ihre unterschiedlichen Kapazitäten abgegriffen. Indessen entspricht dieses Prinzip jenem der Fig. 1 und 2. According to the previous knowledge, the use of capacitive sensors, as shown in FIGS . 1 and 2, is most suitable for the purpose mentioned. In addition to these figures, FIG. To consider. 8 There is also the possibility, instead of the rings A, B and C, as shown in Fig. 2, to provide the underside of the ceramic plate 7 with a metal layer 17 , for. B. such that one evaporates the metal layer in zones 3 and 4 . The vapor-deposited zones are then, as is customary in semiconductor technology, seen with contact connections and their different capacities tapped. However, this principle corresponds to that of FIGS. 1 and 2.
Entsprechend läßt sich auch anstelle des Trägerelementes 16 in Fig. 7 ein Träger ring 18 verwenden, auf den die Strahlungsfühler E und F aufgedampft sind. Der Ring selbst besteht vorzugsweise aus Keramik. Die Wirkungsweise der Fühler E und F entspricht jener in den Fig. 6 und 7 genannten. Doch auch hier ist festzustel len, daß der Trägerring mit den Sensoren vergleichsweise zeitaufwendig herzustellen und somit teuer wird. Auch ist, wie schon genannt nachteilig, daß zum Erkennen der Topfbodengröße zunächst alle Heizzonen einzuschalten sind und erst nach einer, wenn auch kurzen Dauer die einzelnen, nicht benötigten Zonen abgeschaltet werden. Zu sammenfassend läßt sich sagen, daß von den genannten Fühlerarten die kapazitiven Fühler, wie in den Fig. 1, 2 und 8 dargestellt, in der Praxis zu bevorzugen sind.Correspondingly, a carrier ring 18 can also be used instead of the carrier element 16 in FIG. 7, onto which the radiation sensors E and F are vapor-deposited. The ring itself is preferably made of ceramic. The operation of the sensors E and F corresponds to that mentioned in FIGS. 6 and 7. However, it should also be noted here that the carrier ring with the sensors is comparatively time-consuming to manufacture and is therefore expensive. It is also disadvantageous, as already mentioned, that all heating zones must first be switched on in order to recognize the size of the pot base, and the individual zones that are not required are only switched off after a short period of time. To summarize, it can be said that of the sensor types mentioned, the capacitive sensors, as shown in FIGS . 1, 2 and 8, are to be preferred in practice.
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