DE60308704T2

DE60308704T2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Position von Kochgefässen auf einer Kochplatte

Info

Publication number: DE60308704T2
Application number: DE2003608704
Authority: DE
Inventors: Cristiano Pastore; Davide Parachini
Original assignee: Whirlpool Europe SRL
Current assignee: Whirlpool EMEA SpA
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2023-12-09
Also published as: EP1542508B1; DE60308704D1; EP1542508A1; EP1542508B2; ES2272879T3; ES2272879T5

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position von Kochutensilien auf einem Kochfeld, umfassend eine Vielzahl von Heizelementen, die in einem Matrixmuster unterhalb einer hitzeresistenten Oberfläche verteilt sind, auf der das Kochutensil in zufälliger Weise platziert werden kann, wobei jedes Heizelement in der Lage ist, ebenso als Transmitter für ein magnetisches Feld zu arbeiten, wobei die Vorrichtung Schleifen umfasst, die im Wesentlichen um Abschnitte der Matrix von Heizelementen herum platziert sind und als Magnetfeld-Empfänger arbeiten.
Eine Vorrichtung dieser Art ist in der EP-A-1206164 offenbart. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbesserung der empfangenden Spulenantennen oder Schleifen, die dazu verwendet werden, dass durch die Heizelemente erzeugte elektromagnetische Feld aufzunehmen.
Die Erfindung betrifft ebenso einige weiterführende und Kosten reduzierende Techniken des Pfannen-Detektionssystems für Kochfelder mit diskret verteilten Heizelementen, wie sie in der EP-A-1303168 offenbart sind.
Die Grundform dieser empfangenden Aufnahmespulen oder Schleifen, wie sie in der EP-A-1206164 beschrieben sind, ist die einer oder mehrerer Spulen, die aus leitenden Metalldrähten oder dergleichen gefertigt sind und die zwischen der Glas-Keramik-Scheibe und den Heizelementen liegen. Diese Grundausführung hat, auch wenn sie zufriedenstellend arbeitet, dennoch einige praktische und technologische Probleme, die in dieser Erfindung angesprochen werden. Insbesondere stellt die bekannte Grundlösung die folgenden Probleme dar:

– die Aufnahme-Schleifen sind aufgrund der Raum- und Temperatur-Bedingungen nur sehr schwer mit mehr als einer Wicklung zu realisieren;
– um eine gute räumliche Genauigkeit zu gewährleisten, können die Aufnahme-Schleifen verglichen mit der Größe der Heizelemente nicht zu groß sein, was bedeutet, dass die Anzahl von Schleifen im Bereich von 1 pro 10 Zellen sein wird;
– die Anwendung der Aufnahme-Schleifen, wie sie in der EP-A-1206164 beschrieben ist, wirft Probleme hinsichtlich der Kosten und der gegenseitigen mechanischen Beeinflussung der Aufnahme-Schleifen auf.

Eine mögliche Anordnung der Aufnahme-Schleifen, wie sie in der EP-A-1206164 beschrieben sind, könnte ähnlich der sein, wie sie in der beiliegenden 1 offenbart ist. In diesem Beispiel wird ein Kochfeld, das aus einer Matrix mit 72 Zellen erzeugt ist, die in 8 Zeilen und 9 Spalten angeordnet sind, mit drei Aufnahmeschleifen bereitgestellt, von denen jede das elektrische Feld empfängt, das von den Zellen von den drei Spalten, die sie umgibt, emittiert wird. Diese Lösung weist die nachfolgenden Nachteile auf:

– die Verbindung des elektrischen Empfängers erfordert zwei Leitungen und zwei Drähte je Aufnahmespule,
– benachbarte Schleifen müssen einen gewissen mechanischen Stand zwischen einander aufweisen, um eine gegenseitige Berührung zu vermeiden und eine adäquate Isolierung zu gewährleisten,
– die empfangene Signalstärke ist zwischen den Zellen nahe der Spulenschleife (1. und 3. Spalte jeder Gruppe von Spalten) und denjenigen entfernt von diesen (2. Spalte) stark unterschiedlich. Dies erfordert einige Elemente der Amplituden-Kompensation.

Zusätzlich zu den genannten Nachteilen haben die Anmelder erkannt, dass die räumliche Auflösung des Systems, d.h. die Eignung, nur metallische Objekte zu detektieren, die direkt oberhalb der Heizelemente liegen und nicht in deren Umgebung, generell schlecht ist, wenn die Aufnahme-Schleifen deutlich größer als die Emitterspulen sind, die ebenso die Heizelemente darstellen.
Die vorliegende Erfindung löst sämtliche oben genannten Probleme und stellt eine Lösung zur Verfügung, die ökonomisch ist, leicht produziert werden kann, robust ist und ein hohes und zuverlässiges Detektions-Verhalten gewährleistet. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die mit den konventionellen Aufnahme-Schleifen verbundenen Probleme zu überwinden oder zu minimieren und eine billigere, zuverlässigere und mit einem besseren Verhalten ausgestattete Lösung zur Verfügung zu stellen.
Um das Problem einer schwachen räumlichen Auflösung zu überwinden, wurden vom Anmelder eine Reihe von Forschungsaktivitäten durchgeführt. Der Anmelder hat herausgefunden, dass die Verwendung von Aufnahmespulen, die so groß sind wie eine Spalte der Heizelemente (oder eine Zeile), die räumliche Auflösung (oder den Fokus) deutlich erhöht. Bedauerlicherweise ist die physische Realisierung einer Anzahl von einer Spule pro Zeile oder Spalte der Heizelemente aufgrund des mechanischen Problems der Installation einer solch hohen Anzahl von metallischen Drähten oder Leiterschienen, die parallel zueinander verlaufen und voneinander isoliert sind und Temperaturen von bis zu 1000°C unterworfen sind, kaum darstellbar.
Die Lösung gemäß der Erfindung löst sämtliche Probleme durch Verwendung eines Leiters (d.h. Draht, Schiene oder dergleichen), der zwischen jedem Paar von benachbarten Zeilen oder Spalten der Matrix von Heizelementen eingesetzt ist und Verbindungselementen, die zum Vernetzen jeder Schleife eines Detektions-Schaltkreises vorgesehen sind.
Ein Topf-Detektionssystem gemäß der Erfindung basiert auf den Kreuzinduktions-Prinzip (oder Transformer-Prinzip), bei dem jeder Aufnahmeleiter sich wesentlich von einer Spule oder Schleife unterscheidet, jedoch die Funktion einer Spule durch Einsetzen beispielsweise von elektronischen Multiplexern, eines leitfähigen Wegs, der das Magnetfeld, das durch die Emitterspule des Heizelements erzeugt wurde, im Wesentlichen umgibt, annehmen kann. Mehr als eine Aufnahmeschleife wird vorzugsweise dazu verwendet, um eine magnetisch induzierte Spannung zu detektieren, wobei die Spulen miteinander an einem oder mehreren Punkten miteinander verbunden sind und sich einen oder mehrere lineare Leiter teilen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der ein einzelner Verstärkungs- und Detektions-Schaltkreis verwendet wird, wird ein elektronischer Multiplexer-Schaltkreis bereitgestellt, der dazu verwendet werden kann, – zu unterschiedlichen Zeiten – die von der magnetischen Induktion in zwei von zumindest drei Punkten eines elektrisch leitfähigen Materials erzeugten Spannungen zu detektieren, wobei diese zwei Punkte im Wesentlichen äquivalent zu dem Anschluss einer Spule mit einzelner Wicklung, die das durch die Emitterspule erzeugte magnetische Feld, das abgetastet werden soll, umgibt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, in der der elektrische Leiter-Detektionskörper die Form einer Wabe mit drei oder mehr Schenkeln aufweist, ist die Differenzialspannung, die an den freien Enden jedes Paars von Schenkel erzeugt wird, im Wesentlichen äquivalent mit der Differenzialspannung, die an den Enden einer Spule erzeugt worden wäre, die den gleichen Bereich umgibt und der von zwei angegebenen Schenkeln und dem gemeinsamen Leiter begrenzt wird.
Die Verbindung jeder Schleife mit dem Detektions-Schaltkreis kann durch eine elektronische Multiplexer-Technik durchgeführt werden, um Leitungswege zu realisieren, die äquivalent einer Schleife sind, startend von nicht spulenförmigen Leiterwegen, in einer Weise, die in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unterschiedlicher Ausführungsformen, die in der Art eines nicht beschränkenden Beispiels angegeben und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, erläutert wird. In den Zeichnungen ist:
1 eine schematische Ansicht eines bekannten Detektionssystems mit diskreten Aufnahme-Schleifen;
2 eine schematische Ansicht ähnlich 1, bei der eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist;
3 ein Detail einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der eine Vielzahl von Differenzialempfängern verwendet wird;
4 eine schematische Ansicht ähnlich zu 1, in der eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, in der ein Paar von Multiplexern verwendet wird;
5 eine schematische Ansicht ähnlich zu 4, in der eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt wird.
Unter Bezugnahme auf 2 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung durch Erzeugen einer Aufnahme-Schleife oder Spule mit einer Wicklung über die gesamte Spalte von Heizelementen durch Teilen eines gemeinsamen „Schenkels" 10 zwischen zwei benachbarten Spalten realisiert, wobei der geteilte Schenkel mit der Masse-Referenz 5 des Detektions-Schaltkreises 3 verbunden ist. Eine solche Anordnung weist den Vorteil auf, dass die Anzahl vertikaler Leiter von 2n auf 1,5n reduziert wird, wobei n die Anzahl von abzutastenden Schleifen ist.
Der Fachmann kann dabei leicht verstehen, dass eine im Wesentlichen äquivalente Lösung zu der in 2 dargestellten durch die in 3 gezeigte realisiert werden kann, wobei der gemeinsame Schenkel 10 mit einer Eingabeseite von 2 benachbarten Differenzial-Empfängern 3' und der linke 11a und rechte Schenkel 11b (zwischen denen der gemeinsame Schenkel 10 eingesetzt ist) mit anderen Eingabeseiten benachbarter Empfänger verbunden ist. Um ein korrektes Auslesen des Vorliegens eines Topfes zu gewährleisten, müssen geeignete Elemente (wie sie in der EP-A-1206164 beschrieben sind) bereitgestellt werden, um die simultane Injizierung eines elektromagnetischen Felds in zwei Schleifen, die sich den gemeinsamen Schenkel 10 teilen, zu verhindern.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl vertikaler Leiter, die dazu notwendig ist, n Abtastschleifen einzusetzen, weiter von 1,5n auf n + 1 reduzieren. Eine solche Ausführungsform ist in 4 gezeigt, bei der das Schenkel-Teilungskonzept auf sämtliche Schenkel außer den äußeren erstreckt ist. Unter Bezugnahme auf 4 werden die Empfänger-Schleifen mittels des elektronischen Multiplexens der Schenkel auf einer wabenförmigen Leiterstruktur, die die regulären Spulen der vorherigen Lösungen ersetzt, realisiert. Eine solche wabenähnliche Struktur wird aus einer gemeinsamen Kante 12 und einer Anzahl von Schenkeln 2a, ..., 2l gestellt, die im Wesentlichen parallel zu den Zeilen oder Spalten der Heizelemente, die für das Vorliegen eines Topfs abgetastet werden, verlaufen.
Um zu verstehen, wie diese Lösung arbeitet, setzen wir voraus, dass für das Abtasten des Vorliegens eines Topfs das Heizelement 6 verwendet wird. Wie im Stand der Technik beschrieben, strömt ein alternierender Strom in die Spule des Heizelements 6 und erzeugt somit ein magnetisches Feld, das wie eine Fontaine aus der Zelle austritt. Zur gleichen Zeit werden die zwei elektronischen Multiplexer 7a und 7b von einer geeigneten elektronischen Steuerung angesprochen, um die zwei Wabenschenkel 2h und 2i in der Nachbarschaft der Zelle 6 in die Differenzial-Verstärker 8 umzuschalten. Dies ist elektrisch äquivalent zu einer realen Schleife, die um die Spalte gewickelt ist, in der die Zelle 6 liegt. Um die Beeinträchtigung bei gemeinsamen Modus und die Kapazitäts-Kopplung zu reduzieren ist es zweckmäßig, die gemeinsame Seite der Wabenschenkel mit der Masse zu verknüpfen, wie dies in 5 gezeigt wird, wobei auf diese Weise die Spannung über die zwei angesprochenen Schenkel nahezu die reine Differenzialspannung sein wird. Eine im Wesentlichen äquivalente Lösung ist in 5 gezeigt, bei der die Wabenstruktur elektrisch schwebend ist und mittels des elektronischen Multiplexer 7b' geerdet ist, während der andere Multiplexer 7a' den anderen Schenkel mit dem mit der Masse verbundenen Verstärker 8', der mit dem Detektions-Schaltkreis 9 verbunden ist, verbindet.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung des Orts von Kochutensilien auf einem Kochfeld, umfassend eine Vielzahl von Heizelementen, die in einem Matrixmuster unterhalb einer hitzebeständigen Oberfläche, auf der das Kochutensil in einer zufälligen Weise platziert werden kann, verteilt sind, wobei jedes Heizelement in der Lage ist, ebenso als Transmitter oder Empfänger zu arbeiten, wobei die Vorrichtung Schleifen umfasst, die im Wesentlichen um Abschnitte der Matrix von Heizelementen platziert sind und als Empfänger bzw. Transmitter arbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifen Leiter (10, 11a, 11b, 2a, ... 2l) umfassen, die zwischen jedem Paar von benachbarten Spalten oder Zeilen der Heizelemente eingesetzt sind, und dass Verbindungselemente zum Verbinden jeder Schleife mit einem Detektions-Schaltkreis (3, 9) vorgesehen sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement eine Vielzahl von Massereferenzen (5) umfasst, wobei jede Massereferenz zwischen zwei benachbarten Leitern, die mit dem Detektions-Schaltkreis (3) verbunden sind, eingesetzt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement eine Vielzahl von Differenzial-Empfängern (3'), Paaren von ersten Leitern (11a, 11b), die mit der Eingabeseite von zwei benachbarten Differenzial-Empfängern (3') verbunden sind, zweite Leiter (10), die zwischen dem Paar von ersten Leitern (11a, 11b), die jeweils mit zwei Eingabeseiten der benachbarten Differenzial-Empfänger (3') verbunden sind, eingesetzt ist, umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement ein Paar von Multiplexern (7a, 7b) umfasst, die dazu geeignet sind, nacheinander das erste Ende jedes Paars einzelner der aufeinander folgenden Leiter (2a, ... 2l) mit dem Detektions-Schaltkreis (8, 9) zu vernetzen, um die gesamte Matrix zu scannen, wobei die zweiten Enden (12) derartiger Leiter sämtlich miteinander verbunden sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement ein Paar von Multiplexern (7b', 7a') umfasst, die dazu geeignet sind, nacheinander das erste Ende jedes Paars einzelner der aufeinander folgenden Leiter mit der Masse (5) bzw. dem Detektions-Schaltkreis (8', 9) zu vernetzen, um die gesamte Matrix zu scannen, wobei die zweiten Enden (12) derartiger Leiter sämtlich miteinander verbunden sind.