DE20007761U1

DE20007761U1 - Elektrische Heizeinrichtung für Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE20007761U1
Application number: DE20007761U
Authority: DE
Original assignee: Moulinex SA
Current assignee: SEB SA
Priority date: 1999-04-29
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2010-04-29
Also published as: FR2793104B1; DE10021608B4; FR2793104A1; GB2350734A; GB0010583D0; DE10021608A1; GB2350734B

Description

200 07 761.9
Moulinex S.A.
M30038(Y)

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Elektrohaushaltsgeräte, genauer der elektrischen Geräte zum Erhitzen von Flüssigkeiten mit einem Heizelement vom Typ elektrischer Widerstand.

Die Erfindung ist besonders bestimmt für Geräte wie elektrische Wasserkessel oder Friteusen oder auch für Siedekessel von Kaffeemaschinen.

Die Erfindung bietet besonders ein Verfahren zum Steuern der Stromversorgung eines elektrischen Heizwiderstands einer Einrichtung zum Erhitzen von Flüssigkeiten an, wobei ein Thermistor in der Nähe de:; elektrischen Widerstands so befestigt ist, daß der Widerstandswert des Thermistors ein Abbild der Temperatur des elektrischen Widerstands darstellt.

Ein Gerät der Art, für das die Erfindung ideal geeignet ist, wurde bereits beschrieben in der französischen Patentanmeldung FR-99.03999.

Elektrische Geräte oder Einrichtungen zum Erhitzen von Flüssigkeit, besonders Wasserkessel, wie sie gegenwärtig allgemein aufgebaut sind, sind mit mechanischen Sicherheitssystemen ausgerüstet, welche die elektrische Stromversorgung des Heizelements jenseits einer bestimmten Temperaturschwelle des Heizelements unterbrechen und die beispielsweise aus Bimetall-Abschaltern und Wäjmedetektoren des Dampfes bestehen, die das Erhitzen der Flüssigkeit unterbrechen können.

Diese Systeme, die nach einem Verfahren der Erfassung und Steuerung arbeiten, das nur auf dem Überschreiten einer Temperaturschwelle beruht, sind nicht völlig befriedigend, in erster Linie weil die Wänneträgheiit der Detektoren, die zu jener des Heizelements hinzukommt, zu einem verzögerten Abschalten der Stromversorgung im Fall von anormalem Betrieb führt,

was zur Folge hat, die Risiiken einer frühzeitigen Abnutzung oder Beschädigung des Heizelements zu erhöhen, um so mehr, wenn das Heizelement mit hoher Leistung arbeitet; an zweiter Stelle weil die Abschaltschwelle von der Art der Detektoren abhängt und daher nicht modifiziert werden kann. Beispielsweise ist die Verwendung eines Wasserkessels in der Höhe mit Nachteilen verbunden, da die Detektoren nicht für eine geringere Siedetemperatur als unter den häufigeren Gebrauchsbedingungen geeignet sind.

Hauptzweck der Erfindung ist die Schaffung einer Steuerung der Stromversorgung des Heizelements, welche im Fall: von anormalen Betriebsbedingungen ein rasches Abschalten der Stromversorgung des Elements garantiert, das heißt im Betrieb im Leerzustand, mit einer ungenügenden Flüssigkeitsm.enge oder im Fall einer übermäßigen Schrägstellung des Geräts welche einen Betrieb bewirkt, bei dem ein Teil des Heizelements im Leeren arbeitet, oder auch im Fall einer erheblichen Verkalkung des Heizelements.

Dieses Ziel wird durch die: Erfindung erreicht, welche vorsieht, daß das Steuerungsverfahren eine anfängliche Testphase aufweist, worin nacheinander:

a) die Stromversorgung des Heizwiderstands während eines ersten Zeitintervalls beim Einschalten des Geräts zugelassen wird, das als Anfangszustand angenommen wird;

b) die Stromversorgung während eines zweiten Zeitintervalls abgeschaltet wird;

c) die vom Thermistor festgestellte Temperaturveränderung zwischen dem Anfangszustand und dem Zustand am Ende des zweiten Intervalls gesteuert wird;

d) die Stromversorgung nicht zugelassen wird, wenn diese Temperaturabweichung einen vorbestimmten ersten Schwellenwert übersteigt;

e) im gegenteiligen Fetll die Stromversorgung zugelassen wird.

In Folge dieser Maßnahme wird ein zu rascher Temperaturanstieg des Heizelements erfaßt und so gewertet, daß ein Abschaltsignal geliefert wird, wobei die Erfassung während einer Abschaltphase unter Benutzung der Wärmeträgheit des Heizelements erfolgt und somit ohne

Risiko einer Beschädigung; des Heizelements, wenn die Dauer des ersten Zeitintervalls genügend kurz gewählt ist.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden erläutert durch die folgende Beschreibung, die nur als nicht beigrenzendes Beispiel gegeben ist, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Hierin sind:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Heizelements, fur welches die Erfindung anwendbar ist;

Figur 2 ein Graph, der eine Stromversorgungssequenz gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wiedergibt.

In Figur 1 ist das Heizelement 1 eines elektrischen Wasserkochers gezeigt, der aus einem durch Serigraphie hergestellten Widerstand 6 mit mindestens einer Widerstandsstrecke besteht, die auf einer elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Platte 7 gebildet ist. Die isolierende Platte 7 ist fest verbunden mit einem Träger 8 aus Metall vorzugsweise rostfreiem Stahl und bildet den Boden des Behälters des Wasserkochers in der Weise, daß die isolierende Platte 7 und der Träger 8 in Wärmekontakt sind und die Widerstandsstrecke 6 elektrisch vom metallischen Träger 8 isoliert ist.

Ein Thermistor 10, beispielsweise ein Widerstand mit negativen Temperaturkoeffizienten, genannt "CPN" ist auf der isolierenden Platte 7 in der Nähe des von der Widerstandsstrecke 6 gebildeten elektrischen Widerstands befestigt; sein Widerstand verändert sich in Abhängigkeit von den Temperaturveränderungen der Widerstandsstrecke 6 und der isolierenden Platte 7; der Wert seines Widerstands bildet also ein Abbild der Temperatur des elektrischen Widerstands 6.

Erfindungsgemäß wird die Stromversorgung des Heizwiderstands 6 gemäß einem Verfahren gesteuert, das eine Anfangiitestphase umfaßt, die darin besteht, daß nacheinander:

a) die Stromversorgung des Heizwiderstands 6 während eines ersten Zeitintervalls Tl beim Einschalten des Geräts zugelassen wird, wobei der Anfangszustand als ti angenommen wird;

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b) die Stromversorgung während eines zweiten Zeitintervalls T2 abgeschaltet wird;

c) die Temperaturveränderung vom Thermistor aus gesehen zwischen dem Anfangszustand und dem Endi^istand des zweiten Intervalls tf erfaßt wird;

d) die Stromversorgung untersagt, wird, wenn diese Temperaturveränderung einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet;

e) die Stromversorgung zugelassen wird, wenn der gegenteilige Fall vorliegt.

Die Unterbrechung des Versorgungsstromkreises des Heizwiderstands 6 erfolgt beispielsweise durch einen Schalter, der von einer MikroSteuerung gesteuert ist, welche ihre Steuerungssignale ausgehend vom Zustand oder den aufeinanderfolgenden Zuständen des Thermistors 10 und voreingestellten Schwellenwerten gewinnt.

Es ist leicht verständlich, daß eine zu rasche Temperaturerhöhung die vom Thermistor 10 festgestellt wird, entweder einen Betrieb bei teilweisem oder vollständigem Leerzustand (Trockenzustand) des Hei2;elements 1 oder seine Verkalkung anzeigt, wobei eine auf dem Heizelement 1 abgeschiedene Kesselsteinschicht eine verhältnismäßig starke Wärmeisolation des Heizelements bewirkt.

Ein solcher Zustand wird außerordentlich zuverlässig und rasch nach einer Heizeinschaltzeit Tl und einer Abschaltzeit T2 erfaßt, die beide sehr kurz sind, was das Heizelement 1 vor Betrieb unter Bedingungen schützt, welche die wesentliche Ursache für seine vorzeitige Abnutzung oder Beschädigung sind.

Beispielsweise kann das erste Stromversorgungsintervall Tl mit einer Zeitdauer zwischen 1,5 und 3 Sekunden gewählt sein, wobei diese Zeitdauer besonders geeignet ist für eine serigraphierte Strecke, die mit einer Leistung von 2 bis 3 kW arbeitet.

Das zweite Zeitintervall T2 hat seinerseits vorzugsweise eine Dauer zwischen 2,5 und 4 Sekunden.·

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Gemäß einer ersten Ausfülirungsform der Erfindung weist das Verfahren zur Steuerung der Stromversorgung des Heizwiderstandes 6 nach der Testphase, wenn die Stromversorgung am Ende des zweiten Zeitinteivalls T2 zugelassen wird, eine Heizphase PC auf, die aus einer Reihe von elementaren Zeitintervalle PCi besteht, während derer der Heizwiderstand 6 gespeist wird, wobei die vom Thermistor 10 her gesehene Temperatur am Ende jedes elementaren Intervalls PCi erfaßt wird, so daß die Stromversorgung abgeschaltet wird, sobald die Temperatur einen vorbestimmten Einstellwert überschreitet. Diese erste Ausführungsform bezweckt die Realisierung eines Heizzyklus PC der Flüssigkeit, der unterbrochen wird, wenn die Flüssigkeit eine bestimmte Temperatur erreicht, die beispielsweise durch einen Einstellwert des Benutzers definiert ist und die niedriger als die Siedetemperatur der Flüssigkeit liegt; oder es können auch mehrere aufeinanderfolgende Heizzyklen vorgesehen sein mittels eines Heizprogramms, das einer besonderen Art des Erhitzens entspricht.

Stattdessen weist bei einer zweiten Ausführungsform das Steuerungsverfahren nach der Testphase, wenn die Stromversorgung am Ende des zweiten Zeitintervalls T2 zugelassen ist, eine Heizphase PC auf, die aus einer Reihe von elementaren Zeitintervallen PCi besteht, während der der Heizwiderstand 6 gespeist ist, wobei die vom Thermistor 10 her gesehene Temperatur am Ende jedes Elementarintervalls PCi festgestellt wird, um die Stromversorgung abzuschalten, sobald die Temperaturveränderung über ein elementares Zeitintervall PCi kleiner als ein zweiter vorbestimmter Schwellenwert ist.

Die Abschaltbedingung ist in diesem letzten Modus bestimmt durch ein Abknicken der Temperaturkurve, was als Anniiherung an eine Stufe auf dieser Temperaturkurve zu interpretieren ist, im häufigsten Fall dem Sieden der Flüssigkeit oder ausnahmsweise einer Fehlfunktion des Heizelements oder seines Stromkreises. Diese zwei Fälle können praktisch sicher unterschieden werden durch Beobachtung des Temperaturniveaus. Gleichzeitig mit dem Abschaltsignal des Heizelements kann ein Anzeigesignal ausgesandt werden, wenn die Temperaturentwicklung eine Stufe durchläuft, während die Temperatur unterhalb eines vorbestimmten Niveaus liegt, beispielsweise 90⁰C.

Wie ersichtlich, hängt die Bedingung des Abschaltens nicht nur vom erreichten Temperaturniveau ab, was es ermöglicht, im Fall eines elektrischen Wasserkochers das Gerät unabhängig von den äußeren Druckbeclingungen zu betreiben, die, wie oben erwähnt, für die gegenwärtigen Geräte zu Schwierigkeiten im Fall der Benutzung bei größerer Höhe führen.

In den zwei Ausfuhrungsformen hat das Elementarzeitintervall PCi vorteilhafter Weise eine Dauer in der Größenordnung von einigen Sekunden, genauer zwischen 4 und 6 Sekunden.

Die Erfindung sieht auch vor, daß das Steuerungsverfahren nach der Heizphase PC eine Regelungssphase PR umfaßt, iin der nacheinander:

a) am Ende einer ersten vorbestimmten Periode, welche auf den Augenblick der Stromabschaltung am Ende der Heizphase folgt, die Temperatur gesehen durch den Thermistor 10 zu erfassen;

b) die Stromversorgung des elektrischen Widerstands 6 während eines Zeitintervalls zu gestatten, das kleiner als eine zweite vorbestimmte Periode Pri und unabhängig von der beobachteten Temperatur ist, wobei dieses Zeitintervall ebenfalls von einem vorbestimmten Temperatureinstellwert abhängt;

c) die Temperatur gesehen durch den Thermistor 10 von Neuem erfaßt wird;

d) die aufeinanderfolgenden Stufen b) und c) zyklisch wiederholt werden, bis ein Stopeinstellwert erreicht wird.

Es ist interessant, nachdem die Flüssigkeit einmal auf die vom Benutzer gewünschte Temperatur gebracht wurde, sie von Neuem periodisch zu erhitzen, um sie bei der Temperatur zu halten und zwar bis zu einem Stopbefehl, der beispielsweise ganz einfach durch Abschalten des Geräts durch den Benuizer gegeben wird, oder durch das Erreichen einer Zeitgrenze. Die Flüssigkeit wird so bei dar Temperatur gehalten unter Einsatz eines geringen Energieverbrauchs und ohne besonder«; Überwachung des Geräts.

Die Heizzyklen der Regelungssphase erfolgen mit einer Periodizität, die in Einklang stehen muß mit den zum Schutz von elektrischen Netzen geltenden Normen, das heißt, daß die zweite Periode Pri in der Größenordnung von 25 bis 30 Sekunden für einen mit einer Leistung in der Größenordnung von 2 kW arbeitenden Widerstand gewählt ist.

Die Erfindung ermöglicht sowohl die Erhöhung der Betriebssicherheit von Elektrohaushaltsgeräten zum Erhitzen von Flüssigkeiten wie die Erleichterung ihres Gebrauchs durch Maßnahmen, welche sehr wirtschaftlich realisiert werden können, besonders durch einfache Programmierung der MikroSteuerung.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung eines elektrischen Heizwiderstandes (6) einer Einrichtung zum Erhitzen von Flüssigkeit, mit einem Schalter, einer Mikrosteuerung und einem Thermistor (10), der in der Nähe des elektrischen Widerstands (6) befestigt ist, so daß der Widerstandswert des Thermistors (10) ein Abbild der Temperatur des elektrischen Widerstands (6) bildet wobei die Mikrosteuerung so ausgebildet ist, daß durch sie der Schalter entsprechend voreingestellten Schwellenwerten und ausgehend vom Zustand des Thermistors (10) so betätigbar ist, daß in einer Anfangsphase

a) die Stromversorgung des Heizwiderstandes (6) während eines ersten Zeitintervalls (T1) beim Einschalten der Einrichtung, was als Anfangszustand (ti) angesehen wird, zugelassen wird;

b) die Stromversorgung während eines zweiten Zeitintervalls (T2) abgeschaltet wird;

c) die Temperaturveränderung gesehen durch den Thermistor zwischen dem Anfangszustand und dem Zustand am Ende des zweiten Intervalls (tf) erfaßt wird;

d) die Stromversorgung untersagt wird, wenn diese Temperaturveränderung einen ersten vorbestimmten Schwellenwert übersteigt;

e) im gegenteiligen Fall die Stromversorgung zugelassen wird.

2. Vorrichtung zur Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Mikrosteuerung, wenn die Stromversorgung am Ende des zweiten Zeitintervalls (T2) zugelassen wird (Stufe e)) eine Heizphase (PC) steuerbar ist, die aus einer Reihe von elementaren Zeitintervallen (Pci) besteht, während der der Heizwiderstand (6) eingeschaltet ist, wobei die Temperatur gesehen vom Thermistor (10) am Ende jedes elementaren Intervalls (Pci) erfaßt wird, so daß die Stromversorgung durch die Mikrosteuerung abgeschaltet wird, sobald die Temperatur einen vorbestimmten Einstellwert übersteigt.

3. Vorrichtung zur Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Mikrosteuerung, wenn die Stromversorgung am Ende des zweiten Zeitintervalls (T2) zugelassen ist (Stufe e)), eine Heizphase (PC) steuerbar ist, die aus einer Reihe von elementaren Zeitintervallen (Pci) besteht, während der der Heizwiderstand (6) eingeschaltet ist, wobei die Temperatur gesehen durch den Thermistor (10) am Ende jedes elementaren Intervalls (Pci) erfaßt wird, so daß die Stromversorgung abgeschaltet wird, sobald die Temperaturveränderung über ein elementares Zeitintervall (Pci) kleiner als ein zweiter vorbestimmter Schwellenwert ist.

4. Vorrichtung zur Steuerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Mikrosteuerung nach der Heizphase (PC) eine Regelungsphase steuerbar ist, indem nacheinander:

a) am Ende einer ersten vorbestimmten Periode, die auf den Zeitpunkt des Abschaltens am Ende der Heizphase folgt, die Temperatur gesehen durch den Thermistor (10) erfaßt wird;

b) die Stromversorgung des elektrischen Widerstands (6) während eines Zeitintervalls zugelassen wird, das kleiner als eine vorbestimmte zweite Periode (Pri) und abhängig von der beobachteten Temperatur ist;

c) erneut die Temperatur gesehen durch den Thermistor (10) erfaßt wird;

d) die aufeinanderfolgenden Stufen b) und c) zyklisch wiederholt werden, bis ein Stop- Einstellwert erreicht wird.

5. Vorrichtung zur Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zeitintervall (T1) eine Dauer zwischen 1, 5 und 3 Sekunden hat.

6. Vorrichtung zur Steuerung nach einem der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zeitintervall (T2) eine Dauer zwischen 2, 5 und 4 Sekunden hat.

7. Vorrichtung zur Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elementaren Zeitintervalle (Pci) eine gleichbleibende Dauer haben, die zwischen 4 und 6 Sekunden liegt.

8. Heizgerät für Flüssigkeiten mit einem serigraphierten Heizwiderstand, dessen Stromversorgung mittels einer Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 7 gesteuert ist.

9. Elektrischer Wasserkocher mit einem elektrischen Heizwiderstand, dessen Stromversorgung mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gesteuert ist.