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Optoelektronische Kochfeldsteuerung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Kochfeldsteuerung,
wobei, die zu erwärmende Fläche des Kochfeldes je nach Topfgröße durch optoelektronische
Sensoren ermittelt wird0 Durch eine sinnfällige elektronische Steuerung kann der
zum Kochen notwendige Energieverbrauch minimalisiert werden.
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Bekannt sind verschiedene Arten von Kochplatten bzw. Kochfeldern 1.
Bei herkömmlichen elektrischen Kochplatten besteht der beheizte Plattenteil aus
Gußeisewund ist plangedreht.
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Die Unterseite der Kochplatte weist tiefe Rillen auf, in denen, umgeben
von einer keramischen Isoliermasse, die Heizspiralen eingebettet sind. Zum Herdinnern
hin wird die Platte von einem Blech, das die Wärme reflektiert, abgeschlossen. Die
als Mulde ausgebildete Mitte wird nicht beheizt. Neuerdings gibt es rechteckige
Kochplatten für Bratentöpfe.
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2. Bei Kochfeldern sus Glaskeramik werden unter einer Platte aus Glaskeramik
herkömmliche elektrische Kontakt- und Strahlungsheizkörper angeordnet. Es gibt allerdings,
vor allem bei diesen Glaskeramik- Kochfeldern, auch Heizkörper mit anderen Formen,
z. B. oval. Als neueste Entwicklung gibt es Heizkörper mit zwei oder drei Heizkreisen.
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Dabei kann entsprechend der Topfgröße ein Heizkreis allein oder alle
zusammen, getrennt, eingeschaltet werden.
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3. Zusätzlich gibt es eine Kombination von Glaskeramik mit gasbeheizten
Kochflächen.
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Die Steuerung der Kochfunktionen wie Ein/Ausschaltens Wahl des Heizkreises
erfolgt manuell.
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Eine Temperaturregelung ( mit Überhitzungsschutz ) erfolgt automatisch
mit Bimetallschaltern oder bei dem E.G.O. System mit einem öl gefüllten Fühler in
der unbeheizten Mittelzone der Kochplatte.Zum Ein- und Ausschaiten werden neuerdings
Berührungsschalter ( Touch- Cöntrol-Schalter ) verwendet, die im Kaltbereich angeordnet
werden müssen. Eine Anordnung von elektronischen Sensoren im Heißbereich der Kochfelder
, ?ca. 500 . 600° C ) ist bisher nicht möglich.
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Es ist das Ziel der Erfindung, eine optoelektronische Kochfeldsteuerung
der beschriebenen Art zu schaffen, die, bei vielseitiger Einsatzmöglichkeit, eine
automatische Steuerung bzw. Regelung der verschiedenen Heizkreise eines Mehrkreisheizsystems
ermöglicht und den Energieverbrauch zum Kochen so klein als möglich hält.
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Die Aufgabe der Erfindung-wizd dadurch gelöst, daß die sich unter
den Kochfeldern befindenden verschiedenen Heizkreise eines Mehrkreisheizsystems
durch optoelektronische Sensoren zusammengeschaltet werden und eine Steuerung bzw.
Regelung der Weizeinheiten in einer solchen Art und Weise erfolgt, daß der zum Kochvorgang
notwendige Energieverbrauch bzgl.
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Größe der beheizten Kochfelder und / oder Einschaltzeit der Kochfelder
minimalisiert wird. Es soll damit auch eine erhöhte Bedienungssicherheit und Vereinfachung
erzielt werden..
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Ebenso soll diese Steuerung bei gasbeheizten Herden einsetzbar sein.
Durch die spezielle Ausbildung der Erfindung können die Sensoren auch im extremen
Heißbereich des Kochfeldes angeordnXt- werden1 auch sind sind für diese spezielle
Ausbildung der Sensoren unter anderen extremen Umweltbedingungen Einsatzmöglichkeiten
gegeben. So z.B. bei extremen Drücken, Gasen und in ätzenden Flüssigkeiten --wie
Säuren oder Laugen.
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Die Anwendbarkeit des Verfahrens muß sichergestellt sein unabhängig
vom Werkstoff des verwendeten Kochgetätes. Dies betrifft insbesondere die Auslegung
der elektrooptischen Sensoren. Es wird hierdurch sichergestellt, daß z.B. auch aus
Glas/ Keramik hergestellte Kochgeräte ebenso verwendet werden können, wie die unterschiedlichsten
Kochgeräte aus Metall. Dies ist bei dem heute erreichten Marktanteil von Glas /
Keramik Kochgeräten von erscheidender Bedeutung.
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Bei den hohen Betrie.stemperaturen der Heizkörper von 500-6000 C.
ist es notwendig, die elektrooptischen Bauelemente besonders zu schützen, um Wärmeschädigungen
zu verweiden.
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Es kann dies z.B. dadurch geschehen, daß die optoelektri schen Bauelemente
starkirärmejuoierteingebaut werden und/ oder wie dies inFigur:1f.dargestellt ist,
außerhalbder- Erwärmungszone angebracht sind und das Signal mittels eines eventuell
isolierten Lichtleiters bzw. Glasstabes und/oder Hülse durch den Heizkörper hindurch
zur Kochplatte geleitet wird.Je nach Anzahl der eingebrachten optoelektronischen
Einheiten, welche abhängig ist von der Anzahl der verschiedenen Heizkreise des Mehrkreisheizsystems,
entstehen daher auf der Oberfläche der Kochplatte-Sensorfelder, die zur Steuerung
bzw. Regelung der Kochfelder verwendet werden.
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Eine optoelektronische Einheit besteht aus einem Lichtsender1 welcher
ein Photonenfelder2eugt, einem Lichtempfän ger, der Veränderungen dieses Photonenfeldes
registriert, einer Signalaufbereitungs und /oder Auswerteeinheit.
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Diese Sensoren zeigen Veränderungen des Photonenfeldei an, welche
z.B. hervorgerufen werden durch auf die Kochfelder aufgestellte Kochgeräte. Die
Signale der einzelnen Sensoren werden in einer Heizkreissteuerung ausgewertet und
die
Heizkreise entsprechend zusammengeschaltet.Sprechen mehrere
Sensoren ans so werden die den Sensoren zugeordneten Heizkreise des Mehrkreisheizsystems
zu einer entsprechenden Heizeinheit zusammengeschaltet.
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Es wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die einzelnen Heizeinheiten
optimal an die jeweiligen Topfgrößen- und Topfformen angepasst werden und hierdurch
Energieverluste weitgehend vermieden werden können. Diese Schaltung bedeutet auch
eine erhebliche Bedienungsvereinfachung, weil die einzelnen Heizkreise nicht mehr
getrennt eingeschaltet werden müssen, Die Heizkreise können durch Parallelschaltung-
oder und Reihenschaltung zu'Heizeinheiten zusammengeschaltet werden, es ist jedoch
auch eine getrennte Regelung oder Steuerung denkbar.Die Steuerung bzw. Regelung
der gebildeten Heizeinheit erfolgt dann nach den üblichen Verfahren und wird von
der den Kochvorgang überwachenden Person an eine zugehörenden Drehknopf oder Schalter
bekannter Art eingestellt.
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Um den Energieverbrauch minimal zu halten, d,h. um zu vermeiden, daß
bestimmte Heizkreise durch Bedienung des zugehörenden Drehknopfes oder Schalters
eingeschaltet sind.
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ohne daß sich ein Kochtopf auf dem zugehörenden Kochfeld befindet,
erfolgt nur dann eine Einschaltung einzelner oder sämtlicher Heizkreise des Mehrkreisheizsystems,
wenn die den Heizkreisen zugeordneten Sensoren ansprechen. Wird etwa ein entsprechendes
Kochfeld eingeschaltet, so erfolgt eine Einschaltung der entsprechenden Heizkreise
erst nachdem ein Kochtopf auf die Kochplatte aufgebracht ist und es erfolgt eine
sofortige Abschaltung, wenn der Kochtopf wieder entfernt wird.
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Erfindungsgemäß hat dies den Vorteil, daß kein zusätzlicher Energieverbrauch
durch unnötige Anheizphasen und Nachheizzeiten ohne Kochtopf entsteht, gleichzeitig
erhält man eine zusätzliche Sicherung gegen versehentlich angeschaltete
Kochfelder.
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Es ist auch denkbar, die Kochfelder mit einer Anheizphase zu versehen,
falls dies wünschenswert erscheint. Dann ist es jedoch zweckmaßig,nach einer gewissen
Zeit ( Anheizzeit), eine automatische Plattenabschaltung oder Gaszufuhrabschaltung
erfindungsgemäß vorzusehen, falls die zugehörigen Sensoren nicht ansprechen, um
Überhitzung der Heizkreise, zu großen Energieverbrauch und Fehlschaltungen zu vermeiden.
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Die Sensorfelder könne i ebenfalls zur Anzeige von heißen oder noch
heißen Kochfeldern verwendet oder mit verwendet werden. Denkbar ist auch eine Anzeige
in stufenförmiger Art, z.B. Farbskalen unter Verwendung von Regenbogenfarben, entsprechend
der Temperatur.Zu diesen Zwecken werden z.B...die im sichtbaren Wellenbereich arbeitenden
Lichtsender der optoelektrischen Einheit noch so lange in Betrieb gehalten, bis
ein im Bereich der Heizkreise angeordneter Temperaturfühler Unbedenklichkeit signalisiert.Arbeiten
die LicSiender der optoelektronischen Einheiten nicht im sichtbaren Bereich des
Spektrums, so können zur Anzeige von heißen Kochfeldern Leuchtdioden oder -entsprechende
-Lampen, die in der optoelektronischen Einheit untergebracht sind, verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung*kann auch zur:-Steuerung bzw. Regelung einzelner
Kochfelder oder Kochplatten anstelle von Berührungsschaltern( Touch - Control -
Schalter ) verwendet werden.
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In der vorliegenden Beschreibung ist stets von Licht die Rede. Der
Ausdruck Licht ist in diesem Zusammenhang als Sammelbegriff für elektromagnetische
Strahlung zu verstehn, d.h.für die optoelektronische Kochfeldsteuerung kann elektromagnetische
Strahlung beliebiger, dem jeweiligen Problem angepaßter Wellenlänge, Verwendung
finden.
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Die Erfindung kann auch im Großküchenbereich Verwendung finden, etwa
zur optoelektronischen Steuerung bzw. Regelung von Mehrkreisheizsystemen entsprechend
Figur 3 als auch im Laborbereich, etwa bei Magnetrührern mit Heizung.Für das erfindungsgemäße~Sensorsy;stem
ergeben sich vor allem bei extremen Umweltbedingungen wie z. B. hohen Drücker, gefährlichen
Gasen, heißen Flüssigkeiten jeglicher Art, Säuren, Laugen Einsatzmöglichkeiten ,
weil die spezielle Ausformung in dieser Erfindung u.a. den Einsatz von z. B. Halbleiterelementen-in
diesem Bereich teilweise erstermöglicht.
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Weitere Einsatzgebiete sind denkbar und möglich, sollen hier jedoch
nicht im einzelnen angeführt werden.
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Bei Glaskeramik- Kochfeldern kann die optoelektronische Kochfeldsteuerung
unterhalb der Glaskeramik- Platte angeordnet werden, beffiMetallkochplatten sitzes
jedoch erforderlich, die Lichtleiter für die optoelektronischen Bauelemente durch
die Metallfläche der Kochplatten hindurch zu führen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren t bis 4 der beigefügten
Zeichnungen näher erläutert. Im einzela zeigen Figur 1 : eine Prinzipskizze eines
Ausführungsbeispiels einer Glaskeramik- Kochfläche für einen Strahlungsheizkörper
mit zwei Heizkreisen Figur 2 : eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer
Glaskeramik- Kochfläche für einen Strahlungsheizkörper mit einem Heizkreis und getrennter
Sende / Empfangs- Lichtleitung i Figur 3 : eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels
für ein Kochfeld bestehend aus einer Vielzahl vonverschiedenen Heizkreisen
Figur
4 : eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer Metallkochplatte mit einem
Sensorfeld.
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In Figur 1 ist mit (1) die transparente Glaskeramik- Fläche des Kochfeldes
dargestellt. Die Heizwendeln (3) sind umgeben von dem Strahlungsheizele ent ( Isolierkörper
), (2).
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Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Strahlungsheizkörper, bestehend
aus zwei Heizkreisen H1, H2, die durch die Sensorfelder S1, S2, gesteuert bzw. geregelt
werden. Die Sensoren zeigen Veränderungen des Photonenfeldes an, welche z.B. hervorgerufen
werden durch auf die Glaskeramik aufge~ stellte Kochgeräte. Sprechen die Sensoren
51 und S2 an, etwa-.durch aufbringen eines größeren Kochgerätes , so werden die
beiden Heizkreise H1 und H2 zu einer Einheit zusammengeschaltet. Spricht nur S1
an, so erfolgt lediglich eine 3eheizung des inneren Heizkreises Hl. Zur Absicherung
von Fehlschaltungen kann vorgesehen werden, daß die Heizkreise Hl, H2 nicht angeschaltet
sindr falls nur der Sensor S2 an ist oder beide Sensoren S1 und S2 aus sind.
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Zum Schutze der optoelektronischen Bauelemente wie Lichtsender und
Lichtempfänger und eventuell einer Auswerteschaltung , schematisch in einer Einheit
(4) zusammengefaßt. vor thermischen oder sonstigen Schädigungen beim Be-
trieb des Kochfeldes sindiliier beispielhaft außerhalb des Strahlungsheizelementes
(2) angeordnet.Die Signalübertragung zwischen transparenter Glaskeramik- Fläche
(1) des Kochfeldes und der optoelektronischen Einheit (4) erfolgt mittels eines
Lichtleiters oder Glasstabes (5), welcher hier zur mechanischen Absicherung von
einer Hülse (6) umgeten ist.Es ist auch denkbar, durch eine spezielle Ausbildung
der Hülse (6), etwa durch eine gut reflektierende Ausgestaltung der inneren Bohrung,
daß man ohne den Lichtleiter oder Glasstab (5) die optoelektronische Kochfeldeteuerung
ausführen
kann. Die optoelektronische Einheit (4) wird dann direkt auf die innen mit einer
Reflexschicht versehene Hülse (6) aufgesetzt.
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Die optoelektronische Einheit (4) besteht aus einem Lichtsender, einem
Lichtempfänger, welcher die Veränderungen in der Reflexion des Photonenfeldes, das
durch den Lichtsender erzeugt wird, durch z.B. auf die Kochfelder aufgestellte Kochgeräte
registriert, eventuell einer Signalaufbereitungs-und einer Auswerteeinheit, so daß
Veränderungen des Lichtfeldes ab einer bestimmten Größe eine Steuerung der Heizkreise
bewirkt. Es können auch handelsübliche optoelektronische Reflexkoppelelemente mit
verwendet werden.
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In Figur 2 ist die Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels für ein
Glaskeramik- Kochfeld mit einem Strahlungsheizkörper mit nur einem Sensor dargestellt,
welcher zur Ein- Ausschaltung des Kochfeldes verwendet wird. Für den Lichtsender
(7) und den Lichtempfänger (8) sind hier getrennte Lichtleiter oder Glasstäbe (5)
, welche von einer Hülse (6) umgeben sind,angebracht. Der Abstand der beiden Lichtleiter
muß den optischen Gegebenheiten angepaßt werden. Auch hier ist es denkbar, daß man
durch eine spezielle Ausbildung der Hülse (6) auf die Lichtleiter oder Glasstäbe
(5) verzichten kann.
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In Figur 3 ist eine Prinzipskizze eines Ausfürungsbeispiels für ein
Kochfeld (9) dargestellt, das aus einer Vielzahl verschiedener Heizkreise Hi bis
Hn gebildet wird, welche durch Sensoren St bis Sn gesteuert bzw. geregelt werden.
Die verschiedenen Heizkreise dieses Mehrkreisheizsystems werden durch die Sensoren
zu Heizeinheiten zusammengeschaltet, deren Größe und Form optimal den jeweiligen
Kochgeräten angepaßt ist. Es'können daher auf dem Kochfeld (9) gleichzeitig
auch
mehrere Kochgeräte unterschiedlicher Größe und Form beheizt werden, wobei nur diejenigen
Heizkreise in Betrieb sind, deren zugeordnete Sensoren sich unter einem Kochgerät
befinden.
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In Figur 4 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer
etallkochplatte (iO) dargestellt, mit einem Sensorfeld. Im Gegensatz zu Glaskeramik-
Kochfeldern ist es erforderlich, den Lichtleiter oder Glasstab (5) durch die Metallfläche
der Metallkochplåtte (10) hindurch zu führen, Der AusdehnungskoeffizientdesLichtleiters
oder Glasstabs muß hier, eventuell durch Zwischenhülsen und / oder verschiedene
Glasschichten an den Ausdehnungkoeffizienten des Metalls der Metallkochplatte angepaßt
werden oder ein geeignetes Material für Lichtleiter oder Glasstab verwendet werden.