DE9012820U1

DE9012820U1 - Vorrichtung und Schaltung für eine Topferkennung bei Glaskeramik-Kochstellen

Info

Publication number: DE9012820U1
Application number: DE9012820U
Authority: DE
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1990-11-29
Anticipated expiration: 2000-09-08

Description

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BOSCH-SIEMENS HAUSGERXffe*GMBH··* ··' ··' feodO München 80, 21.02.1990

Hochstraße 17

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Vorrichtung und Schaltung für eine Topferkennung bei Glaskeramik-Kochstellen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und Schaltung zur Erkennung von Töpfen oder dgl. für Glaskeramik-Kochstellen. Solche Vorrichtungen und Schaltungen sind an sich bekannt, z.B. aus der DE-PS 37 33 108, in der eine Schaltungsanordnung für ein Topferkennungssystem mit Topferkennungssensor beschrieben und dargestellt ist. In der genannten Patentschrift ist ein Topferkennungssystem unter Anwendung einer Hochfrequenzschaltung beschrieben und dargestellt, mit welchem eine Soforterkennung möglich ist. Diese Hochfrequenzschaltung beinhaltet eine Ablaufsteuerung mit einem Hochfrequenzgenerator, der mit einem als passiven Vierpol ausgebildeten Topferkennungssensor angepaßt und verbünden ist. Der Topferkennungssensor ist hieraus ausgangsseitig angepaßt mit einem Hochfrequenzmodul, wobei das Hochfrequenz modul ausgangsseitig mit einer logischen Auswerteeinheit verbunden ist. Die Auswerteeinheit ist auf eine Steuereinheit geführt, wobei letztere ausgangsseitig mit einem Netzspannungsmodul verknüpft ist. Die Topferkennungssensoren arbeiten vornehmlich" kapazitiv.

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In einer alteren Anmeldung wurde schon vorgeschlagen, in der Kochmulde Fühler anzuordnr-, welche in Abhängigkeit von der StelKächengröße eines auf der Stellfläche der Giaskeiäfflikplatre gestsLken, xur Eiivä ,; ..air Ies Topfgehäuses dienenden Topfes viin Schaksignai liefern. Auch hier sind in einer Ausführungsform unter der Glaske- trt "platte kapazitive Fühler angeordnet. Diese Fühler sind als offene metallische Ringe gebildet, die auf den Isolationsstegen der Heizung befestigt sind. Boifn Aufsetzen eines Topfes auf die Glaskeramikplatte der Kochstelle wird die Kapazität des darunterliegenden Fühlers geändert. Diese Änderung wird dazu benutzt, ein Schältsignal zum Schalten der Heizung auszulösen.

Die Vorrichtung und Schaltung der erstgenannten Anmeldung ist recht aufwendig, so daß sie für den Haushaltsgebrauch nicht in Frage kommt. Bei der letztgenannten Ausfuhrungsform besteht der Nachteil, daß die elektrischen Eigenschaften der Glaskeramikplatte, besonders der elektrische Widerstand, stark temperaturabhängig ist; das aus der Kapazitätsänderung ermittelte Signal läßt sich nicht immer mit ausreichender Genauigkeit zur Topferkennung nutzen. Die Signaländerung durch die Temperatur liegt etwa in der gleichen Größenordnung wie die Signaländerung beim Aufsetzen eines Topfes auf die Glaskeramikplatte gestellten. Bai nichtmetallischen Töpfen bei steigender Temperatur der Glaskeramikplatte ist die Signalgabe sehr gering.

Es ist somit Aufgabe (Hr Erfindung, eine vergleichsweise einfache, mit wenig Zeitaufwand zu erstellende Auswerteschaltung zu finden, die ein sicheres Erkennen eines auf die Glaskeramikplatte gestellten Topfes, unterschiedlicher Materialzusammensetzung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird'<>gemäß;ider Erfindung dadurch gelöst, daß die kapazitiven Sensoren vorzugsweise in Form von Halbkreissegmenten gestaltet und zwischen diesen Segmenten ein Temperaturfühler angeordnet ist, wobei die von den Segmenten abgegriffenen Meßwerte und der vom Temperaturfühler ermittelte Referenzwert in einer Auswerteschaltung in Beziehung gebracht werden.

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Wird in der Auswerteschattung ein bestimmter Schwell wert erreicht, so wird ein Schaltsignal geliefert. Die Auswerteschaltung besitzt einen Megahertz-Oszillator, an dessen Ausgang die kapazitiven Sensoren geschaltet sind. Die Meßwerte der kapazitiven Sensoren werden mit dem Referenzwert verglichen. Der Vergleichswert wird über einen Verstärker am Ausgang einem Schwellwertschalter zugeführt, der den Heizungsschaitkreis betätigt. Der Vergleich zwischen den MeSwerten und dsm Reis= renzwert kann derart erfolgen, daß innerhalb der Schaltung in einer Meßbrücke oder in einem Rückkopplungs-Netzwerk des Verstärkers ein Abgleich der Meßwerte herbeigeführt wird.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Referensignal von den Meßwerten zu subtrahieren. Es ist dienlich, das Ausgangssignal des Verstärkers einem Gleichrichter zuzuführen, wobei der Gleichrichter dem Schwellwertschalter vorgeordnet ist. Ist beispielsweise die Strahlungsheizung als Zweikreisheizung ausgelegt, so ist es vorteilhaft, die äußere Heizung nur zusammen mit der inneren Heizung zu betreiben. Die Heizung kann dabei sowohl hintereinander wie auch parallel geschaltet sein. Es ist ferner vorteilhaft, die Schaltung thermisch zu isolieren und innerhalb der Heizmulde oder dessen Rahmen anzuordnen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den Zeichnungen ersichtlich, in denen die Vorrichtung und Schaltung beispielsweise und zum Teil schematisch dargestellt f ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht von oben auf eine Heizstelle der Strahlungsheizung,

Fig. 2 A ein Diagramm der Heizstelle ohne Temperatur-Kompensation; B ein Diagram^ mit Temperatur-Kompensation,

Fig. 3 eine Meßschaltung Fig. 4 eine Meßbrücke, Fig. 5 den «Verstärker mit temperaturabhängiger Rückkopplung und Fig. 6 eine Subtraktionsschaltung des Referenzsignals.

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Gemäß Fig. 1 ist unter der Glaskeramikplatte in einem elektrisch isolierenden Material die Kochplattenheizung, die aus zwei Kreisen 1 und 2 bestehen, in Mulden eingebettet. Auf den senkrecht stehenden, isolierten Stegen 3 und 4 der Heizung sind halbkreisförmige Segmente 5, 5' und 6, 6* befestigt. Die Haibkreissegmente 5, 5' und 6, 6' sind elektrische Kondensatoren, deren Kapazität sich durch Aufstellen cir.cs Tcpfss SMS Meta!!, Keran:ik oder Glas verändert; J«? nach Größe des Topfes wird nur der innere Ring 6, 6' oder die Kondensatoren S, S' und 6, 6' beeinflußt.

Bei Einkreis-Heizkörpern kann der innere Sensor, z.B. 6, 6' entfallen. Anstelle der hier gezeigten Halbkreis-Segmente besteht aber auch die Möglichkeit, diese Struktur auf die Unterseite der Glaskeramikplatte aufzudampfen, aber auch aufzukleben. Die Kapazität eines derartigen Sensors und damit das Vorhandensein eines Topfes, läßt r'.ch durch verschiedene Methoden auswerten, z.B.:

a) durch Kapazitätsmessung mit einer Meßbrücke oder

b) Veränderung der Frequenz des Aufschwingverhaltens eines RC- oder LC-Oszillators und

c) die Auswertung der HF-Übertragungsfunktion bei einer oder mehreren Frequenzen.

Es wurde indessen festgestellt, daß die elektrischen Eigenschaften der Glaskeramik, besonders der elektrischw Widerstand, stark temperaturabhängig ist; es läßt sich das aus der Kapazitätsänderung ermittelte Signal nicht immer mit ausreichender Genauigkeit zur Topferkennung, ausnutzen. Die Signaländerung durch die Temperatur hat in etwa die gleiche Größenordnung wie die SignaJändemng durch Aufsetzen eines Topfes. Dies tritt insbesondere bei nichtmetallischen Topfen in Erscheinung. Es ist daher erforderlich, dusch deii^: Einbau eines zusätzlichen Temperaturfühlers 7 diesen Einfluß zu kompensieren, und zwar ohne hierfür einen größeren zusätzlichen Schaltungsaufwand betreiben zu müssen. Dabei werden das Meßelement, nämlich die Kondensatoren 5, 5* und 6, 6' und das Referenzelement, hier der Wärmefühler 7, in eine Brücke geschaltet bzw. das Referenzelement wird in das Rückkopplungsnetzwerk des Meßverstärkers integriert, oder das Meß- und Referenzsignal werden voneinander subtrahiert. Damit jsr der Temperaturgang ausreichend linearisiert. Die verbleibenden Fehler durch unterschiedliche thermische Ankopplung zwischen Meß- und Referenzelement sind unkritisch.

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Figur 2 A zeigt ein Dragramm ohne Temperaturkompensation 21 aufgesetztem Topf auf die Glaskeramikplatte. Wie ersichtlich, ist hier die gemessene Spannung an den Kondensatoren 5, 5' und 6, 6' bei den möglichen Schalterstellungen nur schwach ansteigend, hingegen wie die Fig. B zeigt, mit Temperaturkompensation der Meßwerte deutlich abfallend.

Die Figur 3 zeigt eine Auswerteschaltung. Ein MHz-Oszillator 9, etwa in der Größenordnung von 13 bis 15 MHz liegt an den Kondensatorplatten 5, 5¹ und 6, 6' usw. Das Meßsignal ist kapazitiv an einem Verstärker 8 angeschlossen; er ist temperaturkompensiert, denn das Referenzsignal 7 liegt am Verstärker. Das Verstärkersignal 9 wird mittels seines Gleichrichters 10 gleichgerichet und gelangt zu einem Schwellwertschalter 11. Dieser liefert ein Schaltsignal 12 an ein Schaltrelais 13, welches die Heizung ein- bzw. ausschaltet. Wie ersichtlich, ist diese Schaltung einfach aufgebaut und benötigt keinen größeren Schaltungsaufwand.

Man kann aber auch das Meßsignal 5 bis 6 sowie das Refernzsignal 7 in eine Brücke (Fig. 4) schalten, um so eine Kompensation herbeizuführen. Das richtige Signal kann bei 14 abgegriffen und einem Verstärker zugeführt werden.

Eine andere Anordnung zeigt Fig. 5. Hier wird das Meßsignal 5 bis 6 einem Verstärker 8' zugeleitet, wobei das Ausgangssignal 9' über die Leitung 15 zum Eingang von 8¹ zurückgekoppelt wird. In der Rückkopplungsleitung 15 liegt hier das Referenzelement 7.

Figur 6 zeigt eine andere Möglichkeit zur Kompensation der Meßwerte. Hier liegt am Eingang des Verstärkers 8" einerseits am positiven Anschlußpol die Meßwerte 5 bis 6. andererseits am. negativen Anschlußpol das Referenzsignal 7. Es wird hier durch Subtraktion der Meßwerte eine Kompensation der Signale herbeigeführt. Der Ausgang 9" des Verstärkers liegt auch hier am Gleichrichter 10 und Schwellwertschalter 11 mit nachgeschaltetem Relais 13. Es kann so ein Signal-Topf vorhanden -nicht vorhanden - und größer/kleiner Topf - eindeutig und temperaturabhängig ermittelt werden. Das Schaltsignal 9 läßt sich verwenden, um die Heizung automatisch beim Aufsetzen des'Tor/Fes - nachdem zuvor die Heizleistung eingestellt wurde -

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einschalten und beim Entfernen des Topfes wieder abschalten. Außerdem kann bei einer Zweikreisheizung der zweite Heizkreis automatisch je nach Topfgröße zu- und abgeschaltet werden. Dabei werden die Relaiskontakte so verschalte &igr;, daß die äußere Heizung nur zusammen mit der inneren Hskung betrieben werden kann.

Die Kombinierbarkeit aller H^rde und aller Mulden zu erhalten, wird die Elektronik thermisch isoliert innerhalb der Mulde des Herdes oder in dessen Rahmen eingebaut.

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Schutzansprüche

1. Verrichtung und Schaltung zur Erkennung eines auf eine Glaskeramikplatte eines Elektroofens gestellten Topfes, wobei unter der Glaskeramikplatte benachbart von einer Strahlungsheizung, kapazitive Sensoren angebracht sind, wobei die Sensoren auf isolierten Stegen der Heizung gelegen sind und die Änderung der Kapazität dieser Sensoren beim Aufstellen eines Topfes im Heizbereich

( feststellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten der

Sensoren 5, 6 vorzugsweise in Form von Halbkreissegmenten gestaltet sind und zwischen den Segmenten eine Temperaturfühler 7 angeordnet ist sowie die von den Segmenten abgegriffenen Meßwerte und der vom Temperaturfühler ermit- f

telte Referenzwert in Beziehung gebracht werden.

2. Vorrichtung und Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die |; Schaltung (Fig. 3) einen MHz-Oszillator (9) aufweist, an dessen Ausgang die I kapazitiven Sensoren (S bis 6) geschaltet sind und das Signal einem Temperatur '■· kompensierenden Verstärker (8) zugeleitet wird, an dessen Ausgang (9) ein i, Schwellwertschalter gelegen ist, der einen Heizungs-Stromkreis betätigt. %

f 3. Vorrichtung und Schaltung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, f

daß die kapazitiven Sensoren (5 bis 6) und der Temperaturfühler (7) in einer 't-

Meßbrücke (Fig. 4) geschaltet sind. '

4. Vorrichtung und Schaltung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meß-'-oder Referenzsignal voneinander subtrahiert (Fig. 6) werden oder das Meßsignal am Verstärker (10) mit temperaturabhängiger Rückkopplung (7, 15) Hegt.

5. Vorrichtung und Schaltung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Ausgangssignal (9) des Verstärkers 8 einem Gleichrichter (lO) und ;^!

dem Schwellwertschalter (11) zugeführt wird.

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6. Vorrichtung und Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zweikreisheizung (Fig. 1) die äußere Heizung (l) nur zusammen mit der isomer 'Häizuag (2) schaltbar ist.

7- Vorrichtuns und Schaltung nach Anspruch ?., dadurch gekennzeichnet, daß &aacgr;.&agr; Schaltungselektronik thermisch isoliert in der Heizmulde oder dessen Rahmen einge*"-iut ist.

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