DE69114375T2 - Heizplatte. - Google Patents

Description

• Heizplatte mit mehreren Heizelementen, die durch Funktionssteuerungsvorrichtungen aktiviert werden, die die in den Heizelementen verbrauchte elektrische Leistung in Abhängigkeit von auf die genannten Heizelemente gestellten Lesten verändern.
• Bei den im folgenden dargestellten Heizplatten handelt es sich vorzugsweise aber nicht ausschließlich um Heizplatten zur Benutzung im Haushalt. Sie bestehen aus mehreren örtlich abgegrenzten Kochstellen zur Aufnahme von Küchengeschirr zwecks Erhitzung ihres Inhalts. Die Heizmittel werden im allgemeinen von Elementen zur Heizung mittels Joule-Wirkung, Strahlung oder Induktion gebildet. Bei ihrer Benutzung ist es notwendig, das Heizelement in Gang zu setzen, die verbrauchte elektrische Leistung, eventuell wiederholt, zu regeln und dann das Heizelement am Ende der Benutzung abzuschalten.
• Wenn das Küchengeschirr für einen kurzen Moment entfernt wird, hält der Benutzer es nicht unbedingt für notwendig, den Betrieb des Heizelementes zu beenden. Dies kann verschiedene Folgen haben:
• - es wird unnötig elektrische Energie verbraucht
• - das Heizelement, das dann ohne Last betrieben wird, kann eine schwer steuerbare Temperatur aufweisen und vor allem eine Strahlung hervorrufen, die den Benutzer stören oder Blendung oder Verbrennungen hervorrufen kann.
• Es ist daher wünschenswert, die Funktion des Heizelementes während solcher Eingriffe zu steuern. Selbstverständlich darf dies keine Folgen für die Funktion der anderen Heizelemente haben.
• Bekannt ist das Dokument US 4 476 946, das sich auf eine Heizplatte bezieht, die als Wiegeplatte benutzt werden kann und für eine Regelung der elektrischen Leistung sorgt, die von mehreren in der Platte angebrachten Heizelementen verbraucht wird. Ein oder mehrere Heizelemente können einzeln auf ein System mit Dehnungsstreifen montiert werden, die sich unter der Wirkung eines auf das Heizelement gestellten Last dehnen. Diese Dehnungsstreifen sind in einer Wheatstone-Brückenschaltung elektrisch verbunden und ermöglichen so die Bestimmung des Gewichts der auf dem betreffenden Heizelement plazierten Last. Diese Messung kann beispielsweise dazu verwendet werden, durch Regelung der von dem Heizelement verbrauchten elektrischen Leistung die Verdampfungsmenge der Last zu steuern, wenn es sich dabei beispielsweise um einem Topf handelt, in dem sich eine Flüssigkeit befindet.
• Eine solche Heizplatte weist jedoch Nachteile bezüglich ihrer Reinigung auf. Die Heizelemente und die Kochstellen sind nämlich beweglich bezüglich der Platte, weswegen ein gewisses Spiel erforderlich ist, das unvermeidlich zu Verunreinigungen führt. Diese Heizplatte steht daher nicht im Einklang mit dem gegenwärtigen Bedürfnis, bei dem einer einfachen Reinigung große Bedeutung beigemessen wird.
• Ebenfalls bekannt ist das Dokument US 4 121 049, das ein System mit Dehnungsstreifen zur Messung einer Kraft und der Stelle der ausgeübten Kraft beschreibt. Dieses Systems zur Messung von Koordinaten ist unter anderem zur Verwendung in den Bereichen von X-Y-Schreibern, Kathodenröhren, Meßvorrichtungen für X-Y-Koordinaten und computergesteuerten Wiedergabevorrichtungen vorgesehen. Es handelt sich dabei um sehr spezielle Bereiche, die wenig mit den Aufgaben eines Fachmanns für Küchengeräte zu tun hat, der nach einfachen und kostengünstigen Lösungen suchen muß.
• Die Aufgabe besteht daher darin, einfache Reinigung und Detektierung einer vorhandenen oder nicht vorhandenen Last auf einem beliebigen Heizelement zu dessen Identifizierung und Einflußnahme auf seine Betriebsbedinungen zu vereinigen.
• Die Lösung besteht darin, daß die Heizelemente mit einer Deckplatte bedeckt sind, die mit Dehnungsmeßstreifen fest verbunden ist, die die auf die genannte Deckplatte unter der Wirkung der genannten Lasten ausgeübte Kraft detektieren, wobei Steuerungsmittel ein solches Heizelement, das eine Veränderung seiner genannten Last erfahren hat, identifizieren, indem sie den Schwerpunkt der genannten Lasten berechnen, wobei die Steuerungsmittel auf die Funktionssteuerungsvorrichtungen des identifizierten Heizelements einwirken, um seine Versorgung mit elektrischer Energie zu beeinflussen.
• So ist es aufgrund der Veränderung des Gewichts der Last möglich, die Stelle zu lokalisieren, an der sich diese Last auf der Deckplatte befindet (oder befand). Die Lokalisierung des oben plazierten Heizelements kann leicht mit Hilfe der Steuerungsmittel vorgenommen werden. Vorzugsweise handelt es sich um eine Glaskeramikplatte. Diese stellt einen guten thermischen Isolator dar. Außerdem sind die Module mit Dehnungsstreifen von den Heizelementen entfernt, und ein Hitzeschild erhöht den thermischen Schutz.
• Es ist möglich, daß die Steuerungsmittel die Versorgung des identifizierten Heizelementes mit elektrischer Energie unterbrechen oder reduzieren, wenn die darauf plazierte Last entfernt wird (relative Veränderung einer Last nahe der Einheit). Zu Beginn aktiviert der Benutzer mit Hilfe der Funktionssteuerungsvorrichtungen beispielsweise ein Relais oder einen Druckknopf, die durch die genannten Steuerungsmittel elektronisch oder elektromechanisch deaktiviert werden können.
• Es ist ebenfalls möglich, daß die Steuerungsmittel die Versorgung des identifizierten Heizelementes mit elektrischer Energie regeln, wenn die relativen Lastveränderungen gering sind. Dadurch ist ein Verfolgen von Garungsprozessen möglich.
• Die Lastveränderungen können bestimmt werden, indem der Wert der vorhandenen Last in regelmäßigen Zeitabständen verglichen wird.
• So wird durch einfaches Entfernen eines Gerätes durch den Benutzer der Betriebszustand der Heizplatte verändert.
• Die Module mit Dehnungsstreifen können verschiedene Anordnungen bezüglich der Deckplatte haben. So wird bei einer ersten mechanischen Anordnung, ohne Einwirkung einer äußeren Last, die Hauptbelastung der Dehnungsstreifen durch das Gewicht der Glaskeramikplatte gebildet. Bei einer zweiten mechanischen Anordnung, ohne Einwirkung einer äußeren Last, tragen die Dehnungsstreifen praktisch das gesamte Gewicht der Heizplatte, die nicht nur die Deckplatte selbst umfaßt sondern auch die Heizelemente, die genannten Steuerungsmittel und die Funktionseingabemittel für den Benutzer. Bei dieser zweiten Anordnung sind die Streifen immer belastet - zumindest durch das Gewicht der Heizplatte. Diese Anordnung ist interessant, wenn die Deckplatte von drei Dehnungsstreifen getragen wird, um den nutzbaren Umfang des durch die Module festgelegten tragenden Dreiecks zu vergrößern. Es ist auch möglich, daß vier Module mit Dehnungsstreifen die Deckplatte tragen, wodurch eine größere tragende Fläche auf Kosten eines geringen Mehraufwandes an Material definiert wird. Die Montage erfordert dabei Sorgfalt, damit gewährleistet wird, daß die vier Dehnungsstreifen gleichzeitig tragen.
• Die Steuerungsmittel werden vorzugsweise von einem Mikroprozessor gebildet, der die Daten eines Analog/Digital-Umsetzers empfängt, der auf die von den Dehnungsstreifen gelieferten elektrischen Signale einwirkt.
• Die Ausführung kann jedoch vereinfacht werden, indem die von den Dehnungsstreifen gelieferten analogen Signale direkt verarbeitet werden. Dadurch kann die Verarbeitung vereinfacht werden. In diesem Fall genügt es, beispielsweise einem Heizelement Vorrang einzuräumen, indem es näher an einem Dehnungsstreifen plaziert wird als die anderen Elemente, wodurch die Detektionsempfindlichkeit für dieses Heizelement erhöht wird. Man kann den zu diesem Streifen gehörenden Verstärker elektronisch auch mit einer höheren Verstärkung ausstatten. Dazu wird die Veränderung (Verringerung) des von diesem Streifen detektierten Gewichts mit der Veränderung des Gesamtgewichtes verglichen. Wenn das Verhältnis groß ist (beispielsweise mehr als 45- 50%), detektieren die Steuerungsmittel, daß ein auf dieses Heizelement gestelltes Objekt entfernt worden ist und deaktivieren das betreffende Heizelement. Beide Betriebsarten (analoge oder digitale Verarbeitung) können zusammen auf einer einzigen Platte verwendet werden.
• Die Lastveränderung, die auf die Deckplatte einwirkt kann so verarbeitet werden, daß ein Meßwert des Gewichts geliefert wird, der an die Lastveränderung gebunden ist, so daß eine "Ausgleichsfunktion" ermöglicht wird. In diesem Fall wird die auf eine bevorzugte oder nicht-bevorzugte Stelle der Deckplatte einwirkende Lastveränderung mit Hilfe von Mitteln, die das Gewicht der Last messen und repräsentieren, in einen Meßwert umgewandelt. Diese bevorzugte Stelle kann sich auf einem Heizelement befinden. Auf diese Weise kann der Garungsprozeß verfolgt werden. Um genaue Messungen geringer Lastveränderungen vorzunehmen, können die Berechnungsmittel eine Tarierung der Anfangslast ermöglichen.
• Die Heizplatte wird von mehreren Heizelementen gebildet, die sich unter der Deckplatte befinden. Es ist möglich, daß eine Kochstelle von mehreren dieser Heizelemente gebildet wird, so daß sie beispielsweise eine längliche Konfiguration aufweist.
• Um über eine große Zahl von Modellen zu verfügen, kann der Kon-
• strukteur diese Konfigurationen durch einfache Programmierung des Mikroprozessors verändern, ohne daß es notwendig wäre, die Plazierung der Heizelemente zu verändern.
• So können die Steuerungsmittel programmiert werden, um die Größe einer Kochstelle festzulegen, indem verschiedene Heizelemente funktionsmäßig umgruppiert werden.
• Die Deckplatte, die die Heizelemente abdeckt, wurde bis jetzt so dargestellt, daß sie die auf die Heizelemente gestellten Lasten aufnimmt. Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß sie zur Detektierung anderer Druckkräfte angepaßt wird, vor allem solcher, die der Benutzer durch Druck mit der Hand ausüben kann. Ein Bereich der Heizplatte kann zu dieser Verwendung reserviert werden, um es dem Benutzer zu ermöglichen, manuelle Befehle auszuführen. So kann die Deckplatte wenigstens einen Bereich für taktile Befehle aufweisen, um die Funktionssteuerungsvorrichtungen manuell zu bedienen. (Beispielsweise ein Bedienungselement für die Leistung und das Ein- und Ausschalten des Heizelementes.) Der auszuführende Befehl wird durch die Stelle des Drucks, zum Beispiel von einem Finger, bestimmt. Bei diesem Befehl kann auch die Größe des ausgeübten Drucks berücksichtigt werden, woraus sich eine weitere Art zur Eingabe von manuellen Befehlen ergibt. Die Stelle und/oder die Dauer und/oder die Größe dieses Drucks kann beispielsweise an den Wert der von einem bestimmten Heizelement verbrauchten elektrischen Leistung gebunden sein. Der Konstrukteur kann frei wählen bezüglich der Anzahl und der Anordnung der taktilen Bedienungselemente, die auf der Deckplatte an der gewünschten Stelle angebracht werden können. Dem Konstrukteur ist es dann durch Programmierung möglich, die Anordnung der taktilen Bedienungselemente ausgehend von einem Grundmodell neu zu konfigurieren.
• Diese Bereiche für taktile Befehle können durch Beschriftung der Platte voneinander abgegrenzt werden.
• Zum besseren Verständnis sind nicht-einschränkende Ausführungsbeispiele in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen
• Figur 1A eine schematische Ansicht einer Heizplatte,
• Figur 1B eine schematische Schnittansicht der Hauptbestandteile einer bekannten Heizplatte mit einer Glaskeramikplatte,
• die Figuren 2A, 2B und 2C eine Darstellung von Heizplatten mit drei und vier Modulen sowie ein Schema der ausgeübten Kräfte,
• die Figuren 3A, 3B und 3C schematische Teilansichten von verschiedenen erfindungsgemaßen Positionierungen der Module mit Dehnungsstreifen,
• Figur 3D eine Darstellung der Veränderung des tragenden Polygons, wenn die von den Modulen mit Dehnungsstreifen getragene Last entweder nur die Glaskeramikplatte oder die gesamte Heizplatte ist,
• die Figuren 4A, 4B, 4C, 4D und 4E schematische Darstellungen eines Moduls mit drei Auflagepunkten und seiner Dehnungsstreifen,
• die Figuren 5 und 6 eine Darstellung eines Moduls mit zwei Auflagepunkten und ein Modul mit vier Auflagepunkten mit S-Verformung,
• Figur 7 ein Schaltbild der Steuerungsmittel in einer Ausführung mit drei Modulen,
• Figur 8 eine Darstellung einer Art, die Heizplatte umzukonfigurieren und
• die Figuren 9A und 9B zwei verschiedenen Darstellungen von manuellen Bedienungselementen für den Benutzer.
• Figur lA zeigt eine Heizplatte 10, die verschiedene Heizelemente 11a, 11b, 12a, 12b umfaßt, die unter einer Glaskeramikplatte 15 angeordnet sind, die von einem Metallrahmen 14 und einem Gehäuse 16 getragen wird. Ein äußerer Bereich der Heizplatte 10 verfügt über einen Bereich 17, in dem die Funktionssteuerungsvorrichtungen 9 angeordnet sind, die vom Benutzer zum Betreiben der Heizplatte ver wendet werden. Diese Funktionssteuerungsvorrichtungen sind üblicherweise Drehknöpfe 9. Anzeigen 13 ermöglichen es anzuzeigen, wenn ein Heizelement in Betrieb ist oder seine Resttemperatur noch oberhalb eines kritischen Wertes liegt.
• Figur 1B zeigt einen herkömmlichen Aufbau einer Heizplatte 10 mit einer Glaskeramikplatte 15 über Heizelementen 11a und 12a. Diese Deckplatte ist durch eine Elastomerdichtung 18 an dem Metallrahmen 14 befestigt und abgedichtet. Der Metallrahmen ist beispielsweise mit Hilfe von Schrauben mit dem Gehäuse 16 verbunden, das über Befestigungsmittel verfügt, die beispielsweise durch Auflagen 19a und 19b, Nasen 20a und 20b sowie Schrauben 21a und 21b gebildet werden, wobei diese Mittel die Verbindung der Heizplatte mit dem Sockel 22 eines Küchenmöbels ermöglichen. Die Heizelemente sind mit dem Gehäuse verbunden. Um die Dichtigkeit zwischen dem Metallrahmen 14 und dem Sockel 22 zu gewährleisten, wird dort beim Einbau eine Dichtung 23 eingesetzt, die im allgemeinen aus Schaumstoff besteht.
• Erfindungsgemäß wird der Aufbau der Heizplatte so ausgeführt, daß entweder nur die Glaskeramikplatte (eventuell mit ihrem Metallrahmen) oder die gesamte Heizplatte von Modulen mit Dehnungsstreifen getragen wird.
• Die Konfiguration der Heizplatte kann drei Module mit Dehnungsstreifen 3a, 3b, 3c (Figur 2A) oder vier Module 4a, 4b, 4c, 4d (Figur 28) aufweisen, wodurch das tragende Polygon die Form eines Dreiecks 28 beziehungsweise eines Vierecks 29 hat.
• Wenn ein Topf auf die Glaskeramikplatte (beispielsweise vier Modulen) über einem Heizelement gestellt wird, wird er eine Gewichtskraft ausüben, die auf die vier Module wirkt, die dann Gegenkräfte f1, f2, f3, f4 (Figur 2C) ausüben.
• Nach einer Veränderung der Lasten verändern sich diese Gegenkräfte und die vier Module werden neue Gegenkräfte ausüben, die von dem Mikroprozessor ausgewertet werden, um die Veränderungen Δf1, Δf2 Δf3, Δf4 zu bestimmen. Diese ermöglichen es, die die Veränderung der Gesamdast ΣΔf =Δf1 +Δf2+Δf3+Δf4 und die Position Xp Yp des Schwerpunkts anhand der folgenden Gleichungen zu bestimmen:
• Xp = Δf3 + Δf4/ΣΔf . L
• und
• Xp = Δf1 + Δf4/ΣΔf . H
• L und H sind die Abmessungen der Deckplatte.
• Überraschenderweise kann bei Durchführung der im folgenden beschriebenen Verarbeitung festgestellt werden, daß man nicht nur den Schwerpunkt eines Objekts bestimmen kann, das hinzugefügt wurde, sondern auch den Schwerpunkt eines Objektes, das entfernt wurde und sich daher gar nicht mehr auf der Deckplatte befindet.
• Vergleicht man nämlich den Endzustand mit dem Anfangszustand, so ergäben sich für ein gleiches Objekt an der gleichen Stelle Kräfteveränderungen mit entgegengesetztem Vorzeichen aber gleichem Betrag, je nach dem, ob ein Objekt hinzugefügt oder entfernt wurde.
• Da jedoch wie in den obenstehenden Gleichungen angegeben die Position durch eine Beziehung von Kräftveränderungen gegeben ist, hebt sich die Wirkung des Vorzeichens auf, und es wird in beiden Fällen die gleiche Position erhalten. Somit ist der Schwerpunkt des entfernten Objektes der eines Objektes, das man im Endzustand hinzufügen müßte, um wieder den Anfangszustand zu erhalten.
• Um die Position des Schwerpunkts des plazierten oder fortgenommenen Objektes zu detektieren, muß ein vorheriger Zustand der Deckplatte (auf die Dehnungsstreifen ausgeübten Kräfte) gespeichert und dann der neue Zustand mit dem vorherigen verglichen werden, um die Art und die Position der erfolgten Veränderung zu bestimmen. Die aus verschiedenen Dehnungsstreifen kommenden elektrischen Signale werden von einem Mikroprozessor verarbeitet, der den Schwerpunkt der einwirkenden oder entfernten Last bestimmt und auf die Versorgung des betreffenden Heizelementes mit elektrischer Energie wirkt. Dazu werden auf der Deckplatte Bereiche S1, S2, ... über jedem der Heizelemente abgegrenzt. Die Koordinaten dieser Bereiche werden beispielsweise im Speicher des Mikroprozessors gespeichert. Nach einer Veränderung der Last bestimmt der Mikroprozessor ausgehend von dem neuen und dem früheren Zustand der Deckplatte den Schwerpunkt der Last, die hinzugefügt oder entfernt wurde und bestimmt, ob sie sich in einem dieser Bereiche S1, S2,... befindet. Für jeden dieser Bereiche S1, S2,... wird im Speicher des Mikroprozessors auch der ihm entsprechende Zustand der Last P1, P2, ... gespeichert. Wenn in einem bestimmten Bereich ein Eingriff erfolgt hat, ermöglicht die diesem Bereich entsprechende Lastveränderung die Bestimmung der auszuführenden Aktion (Abschaltung, Leistungsverringerung oder Regelung des Heizelementes), und der Wert der neuen auf diesen Bereich wirkenden Last wird im Speicher aktualisiert. Eine systematische Aktualisierung, zum Beispiel periodisch, kann ebenfalls verwirklicht werden. Jeder Bereich, der jedem Heizelement entspricht, ist daher durch seine im Speicher des Mikroprozessors gespeicherte Größe und zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhandene Last gekennzeichnet. Wenn sich der Schwerpunkt der hinzugefügten oder entfernten Last außerhalb einer dieser Bereiche befindet, werden dadurch keine direkten Eingriffe bei einem Heizelement veranlaßt. Dennoch werden für diesen neuen Zustand die auf die Dehnungsstreifen ausgeübten Kräfte im Speicher des Mikroprozessor aktualisiert, damit der für die Berechnungen der nachfolgenden Veränderungen notwendige vorherige Zustand gebildet wird.
• Es muß übrigens darauf hingewiesen werden, daß wenn nur ein einziges Objekt auf einmal plaziert oder entfernt wird, nicht nur der Gesamtzustand der Deckplatte (Schwerpunkt und Gesamtgewicht der Objekte auf der Deckplatte) ermittelt sondern auch das Gewicht und die Position jedes auf der Deckplatte verbleibenden Objektes verfolgt und gespeichert werden kann.
• Abhängig von der Größe und Position der ausgeübten Kraft ist ein selektives Vorgehen möglich, indem eine Schwelle vorgegeben wird, unterhalb derer kein Eingreifen erfolgt. Dies ermöglicht es, verschiedene Eingriffe des Benutzers, die keine Einflußnahme auf den Betrieb der Heizelemente erfordern, nicht zu berücksichtigen. Diese Schwelle ermöglicht es, eine partielle Veränderung der Last, beispielsweise das Abnehmen eines Deckels, zu berücksichtigen. Diese Schwelle kann mit einem speziellen Bedienungselement verringert oder aufgehoben werden um den Fortschritt von bestimmten Garungsprozessen zu verfolgen.
• Figur 3A zeigt die Anordnung von Heizelementen für den Fall, daß nur eine Glaskeramikplatte von Modulen mit Dehnungsstreifen 30 getragen wird. Diese Module sind zwischen einem feststehenden Metallrahmen 14 und der beweglichen Glaskeramikplatte 15 angeordnet. Um trotzdem für Dichtigkeit zwischen diesen beiden Elementen zu sorgen, ist es notwendig eine Dichtung 18 anzubringen, die in dieser Anordnung die Form einer Membran mit geringer Dichte haben muß, um die Beweglichkeit der Glaskeramikplatte bezüglich des Metallrahmens nicht zu behindern. Die Befestigungsmittel 19b, 20b und 21b und das Dichtungsmittel 23 werden nicht verändert. Ein Hitzeschild 25 ermöglicht es, die Module 30 gegen die Heizelemente zu isolieren.
• Figur 3b zeigt einen anderen Aufbau, für den quasi die ganze Heizplatte von den Modulen mit Dehnungsstreifen getragen wird. Der Metallrahmen 14 weist dann einen Sitz 14b auf, der ein Modul mit Dehnungsstreifen aufnimmt, auf dem ein anderer am Gehäuse 16 befestigter Metallrahmen 24 liegt. Der andere Metallrahmen 24 nimmt die Glaskeramikplatte 15 auf. Er verbessert das mechanische Verhalten der Deckplatte. Für die Dichtigkeit zwischen den beweglichen und festen Teilen sorgt dann zwischen dem Metallrahmen 14 und dem anderen Metallrahmen 24 beispielsweise eine Elastomer- Dichtung 18, die während ihrer Anbringung zu dem Zeitpunkt, wo sie noch flüssig ist, durch ein Rückhaltemittel 18a, beispielsweise eine Ringdichtung, zurückgehalten wird. Die Auflage 19b und die beispielsweise in dem Sitz 14b befestigte Schraube 21b sorgen für die Befestigung auf dem Sockel 22.
• Figur 3C zeigt einen anderen Aufbau, der sich von dem Aufbau aus Figur 3B dadurch unterscheidet, daß eine zwischen dem Metallrahmen 14 und der Glaskeramikplatte 15 angebrachte Membrandichtung 18 für die Dichtigkeit sorgt. In den Aufbauten aus den Figuren 3B und 3C tragen die Module mit Dehnungsstreifen bei Abwesenheit einer äußeren Last gleichzeitig die Glaskeramikplatte, die Heizelemente, das Gehäuse und den anderen Metallrahmen, das heißt praktisch das gesamte Gewicht der Heizplatte. Dieses Gewicht, das die Nullpunktverschiebung für die Bestimmung der auf die Glaskeramikplatte ausgeübten Kräfte darstellt, kann in der Größenordnung von 8 KG liegen. Dies wird genutzt zur Bestimmung von Kräften geringer Größe, die außerhalb des tragenden Polygons der Deckplatte ausgeübt werden, vor allem wenn es sich dabei um ein Dreieck handelt (Figur 3D). Wenn nämlich eine große Last in P' außerhalb des tragenden Dreiecks (42) plaziert wird, kann es zu einer Enfiastung des gegenüberliegenden Moduls mit Dehnungsstreifen 3b kommen, die zu einem Verlust des Druck auf dieses Modul führt. Die Tatsache, daß die gesamte Heizplatte von den Modulen getragen wird, das heißt mit einer in P1 zentrierten Gesamtlast, hat den Vorteil, daß alle Modüle immer unter Kompression arbeiten, selbst bei Lasten, deren Schwerpunkt ziemlich weit von dem tragenden Polygon entfernt ist. Das nutzbare tragende Polygon wird dann durch ein dem tragenden Dreieck im Ruhezustand ähnlichen Dreieck und durch Ränder der Deckplatte begrenzt (Polygon 43). Dieses vergrößert die benutzbare Oberfläche der Heizplatte, in der eine Detektierung einer Lastveränderung möglich ist.
• In den Anordnungen, wo es zu einem Verlust des Drucks kommen kann (beispielsweise bei großem Gewicht, das außerhalb des tragenden Dreiecks plaziert wird und oder einem kleinem tragenden Dreieck), ist es möglich, die Module mit Dehnungsstreifen in einem mit der Glaskeramikplatte verbundenen Bügel zu befestigen, um den Streifen in beide Richtungen (Druck und Zug) zu beanspruchen.
• Figur 4a zeigt eine Anordnungsart für ein Modul mit Dehnungsstreifen, das zwischen einem Teil A und einem Teil B angebracht ist, die wie folgt gebildet werden können:
• . Für die Figur 3A: aus der Glaskeramikplatte 15 und dem Metallrahmen 14,
• . für die Figuren 3B und 3C: aus dem anderen Metallrahmen 24 und dem Sitz 14b.
• Das Modul 30 (Figur 4C) umfaßt ein Plättchen 41, beispielsweise aus Aluminium, auf dem Widerstände 40&sub1;, 40&sub2;, 40&sub3;, 40&sub4; angebracht sind, die beispielsweise mittels Siebdruck in mehreren Schichten aufgebracht werden. An den äußeren Enden der Unterseite des Plättchens 41 sind zwei Stützen 45&sub1; und 45&sub2; angebracht. An der Oberseite des Plättchens 41 ist etwa in der Mitte, das heißt zwischen den zwei Stützen 45&sub1; und 45&sub2; eine andere Stütze 45&sub3; angebracht. Der Abstand zwischen diesen Stützen ist also festgelegt. So kann sich das Plättchen 41 verformen, wenn eine Kraft auf die Stütze 45&sub3; ausgeübt wird und eine Reaktion über die Stützen 45&sub1; und 45&sub2; durch den Träger, auf dem das Plättchen 41 liegt, erfolgt. Der senkrechte Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Unterseite des Plättchens 41 und dem Teil B kann somit genau voreingestellt werden, um den Hub des Plättchens 41 zu begrenzen und so zu vermeiden, daß es zerbricht. Die Widerstände 40&sub1; bis 40&sub4; sind miteinander in einer Wheatstone-Brücke verbunden, so daß das Modul erstens auf die ausgeübte Belastung reagiert und zweitens unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen ist. Das Modul 30 wird entsprechend Figur 4A so angeordnet, das die unteren Stützen 45&sub1; und 45&sub2; auf dem Teil B und die obere Stütze 45&sub3; auf dem Teil A eventuell in Lagerungen 49 liegen. Das Modul 30 wird in einer in Teil B eingerichteten Lagerung 46 angebracht, damit seine seitliche Beweglichkeit begrenzt wird. Wenn der Teil A eine Glaskeramikplatte ist, wird vorzugsweise ein Metall- oder Isolierschutz angebracht, der den Vorteil hat, daß er die Kräfte auf der Glaskeramikplatte verteilt, daß er lokale Beschädigungen verhindert und einen Hitzeschild bildet. Natürlich kann die Stütze 45&sub3; auch Bestandteil von Teil A sein und nicht von Plättchen 41.
• Figur 4B zeigt eine andere Anordnung des in der Lagerung 46 angebrachten Moduls 30. In diesem Fall ist die Lagerung 46 im Teil B eingerichtet, der die beiden Stützen 45&sub1; und 45&sub2; darstellt, auf denen das Plättchen 41 aufliegt. Die Stütze 45&sub3; wird von der Schutzplatte 47 getragen, die an Teil A befestigt ist.
• Figur 4D zeigt eine andere Anordnung der Widerstände 40&sub1; bis 40&sub4; auf dem Plättchen 41, das heißt im wesentlichen auf der gleichen Seite des Plättchens 41. Diese Anordnung hat gegenüber der aus Figur 4C den Vorteil, daß die Achse des Zapfens 45&sub3; nicht durch den Bereich der Widerstände verläuft und die Empfindlichkeit des Streifens durch die genaue Position des Zapfens wenig beeinflußt wird.
• Um die Detektierungsempfindlichkeit des Moduls 30 zu erhöhen, ist es wie im Schema der Figur 4E möglich, die Anzahl der Wheatstone-Brücken zu verdoppeln, wobei die vier Dehnungsstreifen 40&sub1; bis 40&sub4; eine erste Wheatstone-Brücke und die vier Dehnungsstreifen 39&sub1; bis 39&sub4; eine zweite Wheatstone-Brücke bilden. Die Signale der beiden Brücken können addiert werden, um ein höheres Signal/Kraft- Verhältnis zu erhalten.
• Die Widerstände können an einer und/oder an der anderen Seite des Plättchens angebracht werden, um sie besser vor mechanischen, thermischen oder anderen Beeinträchtigungen schützen zu können oder um ihre Empfindlichkeit zu erhöhen.
• Figur 5 zeigt eine andere Ausführung eines Moduls 30. In diesem Fall hat das Teil B eine Nase 50, in der das Plättchen 41 eingeklemmt ist, das die Dehnungsstreifen trägt. Es handelt sich hierbei um ein Trägerkonstruktion mit einem freiem Ende. Die Stütze 45&sub3; wirkt auf das freie Ende. Sie kann entweder Bestandteil des Teils A oder des Plättchens 41 sein. Der Hub zwischen dem Plättchen 41 und dem Teil B kann festgelegt werden, um die Krümmung des Plättchens 41 zu begrenzen und zu vermeiden, daß es zerbricht.
• Figur 6 zeigt eine andere Ausführungsform eines Moduls mit Dehnungsstreifen, bei der der Träger 41 eine S-Verformung erfährt. Dazu ist der Träger 41 zwischen zwei Bügeln 60&sub1; und 60&sub2; eingeklemmt, die in Kontakt mit den Teilen A beziehungsweise B stehen. Ein Bügel 60&sub1; (beziehungsweise 60&sub2; besitzt einen Anschlag 61&sub1; (beziehungsweise 61&sub2;), der in einem Abstand vom Rand eine Kraft auf die Oberfläche des Substrats ausübt, und einen Nocken 62&sub1; (beziehungsweise 62&sub2;), der eine Gegenkraft am Ende des Substrats ausübt. Unter der Einwirkung der ausgeübten Kräfte erfährt das Substrat 41 eine S-Verformung. Vorzugsweise werden die Widerstände 40 so angebracht, daß einige eine Druck- und andere eine Zugbeanspruchung erfahren, um die Detektierungsempfindlichkeit durch Addition ihrer Wirkungen zu steigern, wenn sie in einer Wheatstone-Brücke angeordnet sind. In Figur 6 ragt der Anschlag 61&sub2; zwischen die Widerstände.
• Figur 7 zeigt die Steuerungsmittel, die die Steuerung des Betriebs der Heizelemente ermöglichen. Die Dehnungsstreifen 40&sub1; bis 40&sub4; sind als Brücke angeordnet, wobei ein Zweig der Brücke durch Versorgungsquelle +V, -V oder eine Wechselspannnungsquelle gespeist wird, und der andere Zweig das Unsymmetriesignal liefert, das dem Eingang eines Differenzverstärkers 71 zugeführt, dessen Ausgangssignal mittels eines Analog/Digital-Umsetzers 73 digitalisiert wird. Ein Block 70&sub1; umfaßt die Dehnungsstreifen, den Differenzverstärker und den A/D-Umsetzer. Es gibt genausoviele Blöcke wie Module, beispielsweise die Blöcke 70&sub1;, 70&sub2;, 70&sub3; für eine Heizplatte mit drei Modulen mit Dehnungsstreifen. Die Ausgangssignale der drei Blöcke werden einer Steuerungslogik zugeführt, beispielsweise einem Mikroprozessor 75, der die Bestimmung des Schwerpunkts vornimmt. Er überwacht ebenfalls den Speicher mit den Daten, die sich auf die Position und die Größe der ausgeübten Lasten beziehen, und den Betrieb der Platte. Der Mikroprozessor 75 aktiviert eine Leistungssteuerung 76 für jedes Heizelement, beispielsweise für das Element 12a.
• Bei der vereinfachten Version aktivieren die Differenzverstärker jedes Blocks 70 die Leistungssteuerung 76, ohne daß eine digitale Verarbeitung des Signals erfolgt. So wird beispielsweise die Veränderung (Reduktion) des aus jedem Block 70 kommenden Signals verglichen mit der Summe aller Signale des Blocks 70. Wenn mit Hilfe eines elektronischen Komparators die Veränderung eines dieser Signale über einem gegebenen Verhältnis liegt, beispielsweise 45 oder 50%, wird die Leistungssteuerung aktiviert.
• Figur 8 zeigt die Darstellung einer Anordnungsart von Heizelementen. Außer den Heizelementen 11a, 11b, 12a, 12b ist ein Heizelement 11c dargestellt, um die durch die Erfindung ermöglichte Umkonfigurierung der Heizplatte zu veranschaulichen. Durch Programmierung des Mikroprozessors hat der Hersteller nämlich die Möglichkeit, entweder einen unabhängigen oder einen gemeinsamen Betrieb der Heizelemente 11c und 12b vorzusehen. Dies hat den Vorteil, daß verschiedene Heizplattenmodelle mit gleicher Grundstruktur konstruiert werden können, um Kochstellen mit verschieden großen Abmessungen zu ermöglichen.
• Dadurch, daß die Heizplatte empfindlich für die einwirkende Last ist, kann es ermöglicht werden, daß nicht nur die Stelle, wo die Veränderung der Last erfolgt hat, bestimmt wird, sondern auch die Veränderung der Last selbst. Dazu speichern die Berechnungsmittel die ausgeübten Kräfte, also das Gewicht (das heißt die Summe aller auf die Module mit Dehnungsstreifen ausgeübten Kräfte), zu zwei verschiedenen Zeitpunkten und ermitteln daraus die Veränderung des Gewichts, die auf einer Wiedergabevorrichtung angezeigt wird. Wenn die Steuerungsmittel, die den Schwerpunkt bestimmen, von einem Mikroprozessor gebildet werden, kann dieser auch die Mittel zur Berechnung des Gewichts darstellen. Diese können eine Tarierung vornehmen. Figur 9a zeigt den Bereich 17 für manuelle Bedienung, in dem sich die Knöpfe 9 befinden. Die Wiedergabevorrichtung 90 befindet sich vorzugsweise in diesem Bereich.
• Bei der Anordnung aus Figur 9B ist es auch möglich, daß die Knöpfe zur manuellen Bedienung entfallen. Da nämlich die Glaskeramikplatte empfindlich ist für die ausgeübten Kräfte, ist es dem Benutzer möglich, mit der Hand auf die Glaskeramikplatte zu drücken und so einen manuellen Befehl einzugeben. Da die Steuerungsmittel den Schwerpunkt der ausgeübten Kraft detektieren, ist es möglich, Bereiche mit kleinen Abmessungen abzugrenzen und so über verschiedene Befehle zu verfügen. Figur 9b zeigt den Bereich 17 zur Eingabe manueller Befehle, in dem die Stellen 91&sub1;, 91&sub2; und 91&sub3; angegeben sind, auf die der Benutzer drücken muß, um seine manuellen Befehle einzugeben. Es kann sich um Ein- und Ausschaltbefehle handeln. Es kann sich auch um Befehle gradueller Art 92 handeln. Beispielsweise stellt der untere Punkt des Dreiecks einen Befehl für geringe Leistung dar und die obere Seite dieses Dreiecks ein Befehl für große Leistung. Jede andere Darstellung ist möglich. Der Befehl kann darin bestehen, die Dauer oder die Stärke des Drucks zu messen, der vom Benutzer auf die abgegrenzten Gebiete ausgeübt wird (Beispielsweise Symbole wie +/-). Diese Verarbeitung wird von dem Mikroprozessor 75 (Figur 7) vorgenommen. Durch Programmierung des Mikroprozessors ist es möglich, den Dehnungsstreifen in der Nähe der Berührungszonen und der für das Kochen bestimmten Gebiete verschiedene Koeffizienten zuzuordnen. Nachdem in einem ersten Zeitabschnitt festgestellt worden ist, daß der taktile Bereich aktiviert wurde, ist es möglich, die Genauigkeit der Messungen in dem taktilen Bereich zu erhöhen. Diese Stellen 91&sub1;, 91&sub2;, 91&sub3; und 92 zur Eingabe manueller Befehle sind auf der Glaskeramikplatte mittels eines Siebdruckverfahrens, durch Farbauftrag oder auf beliebige andere Weise gekennzeichnet.
• Die Steuerungsmittel werden dann so programmiert, daß sie diese verschiedenen taktilen Befehle erkennen. Der Hersteller solcher Heizplatten hat außerdem die Möglichkeit, die Konfiguration der Heizplatte zu verändern, um über verschiedene Modelle verfügen zu können. Diese taktilen Bedienungselemente können nämlich an beliebiger Stelle auf der Glaskeramikplatte angeordnet werden, wobei diese Stellen durch Programmierung festgelegt werden (außerhalb der beheizten Stellen). So kann der Hersteller über eine Grundstruktur verfügen und sie den Wünschen der Kunden anpassen.
• Dieser Bereich 17 für taktile Befehle kann ebenfalls die Anzeige 90 aufnehmen, beispielsweise eine Elektrolumineszensvorrichtung, um Gewichtsinformationen oder anderes anzuzeigen.
• Die so abgegrenzten Bereiche für die taktilen Befehle und für die Kochstellen könnten daher so programmiert werden, daß sie zu den vorgesehen Befehlen führen und auch, daß jede Aktion auf dem restlichen Teil der Glaskeramikplatte folgenlos bleibt. Dies ermöglicht es, dem Benutzer die inaktiven Bereiche für andere Zwecke zur Verfügung zu stellen.
• In Figur 8 sind die für die Heizelemente und die für die taktilen Befehle reservierten Bereiche auf ein und dieselbe Glaskeramikplatte verteilt. Es ist jedoch möglich, sie auf zwei getrennte voneinander unabhängige Platten zu verteilen. In dem Fall hat jede der beiden Platten ihre drei (oder vier) eigenen Dehnungsstreifen. Die beiden Glaskeramikplatten sind untereinander mit einer durchgehenden und flexiblen Dichtung (beispielsweise ein Elastomer) verbunden, um eine doppelte Platte zu bilden und um deren Reinigung zu ermöglichen, ohne daß sich Unebenheiten oder Höhenunterschiede zwischen beiden Gebieten ergeben. Die elektrischen und elektronischen Steuerungsmittel können trotzdem gemeinsame Elemente aufweisen, vor allem den Mikroprozessor.

Claims (13)

1. Heizplatte (10) mit mehreren Heizelementen (11a, 12a), die durch Funktionssteuerungsvorrichtungen aktiviert werden, welche die in den Heizelementen verbrauchte elektrische Leistung in Abhängigkeit von auf die genannten Heizelemente plazierten Lasten verändern, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Heizelemente mit einer Deckplatte (15) bedeckt sind, die mit Modulen mit Dehnungsstreifen (30) fest verbunden ist, welche die auf die genannte Deckplatte unter der Wirkung der genannten Lasten ausgeübte Kraft detektieren, wobei Steuerungsmittel (70, 75, 76) ein solches Heizelement, das eine Veränderung seiner genannten Last erfahren hat, identifizieren, indem sie den Schwerpunkt der genannten Lasten berechnen, wobei die Steuerungsmittel auf die Funktionssteuerungsvorrichtungen des identifizierten Heizelements einwirken, um seine Versorgung mit elektrischer Energie zu beeinflussen.

2. Heizplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel (70, 75, 76) die Versorgung des identifizierten Heizelementes mit elektrischer Energie reduzieren oder unterbrechen, wenn dessen Last entfernt wird.

3. Heizplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel (70,75,76) die elektrische Speisung zu dem betreffenden Heizelement steuern, wenn die relativen Belastungsschwankungen gering sind.

4. Heizplatte nach Anspruch 1 bis 3, für welche die Anordnung der Dehnungsstreifen (30) derart ist, daß ohne Einwirkung einer äußeren Last, die Hauptbelastung der Dehnungsstreifen durch das Gewicht der Glaskeramikplatte gebildet wird.

5. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anordnung der Dehungsstreifen (30) derart ist, daß ohne Einwirkung einer äußeren Last, die Dehnungsstreifen das gesamte Gewicht der Heizplatte tragen.

6. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie entweder drei (3a, 3b, 3c) oder vier (4a, 4b, 4c) Dehnungsstreifenmodule enthält.

7. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein heizelement näher bei einem der Dehnungsstreifen vorgesehen ist als die anderen Heizelemente, damit die Detektionsempfindlichkeit für dieses Heizelement gesteigert wird.

8. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laständerung in einen Meßwert des Gewichtes umgewandelt wird, und zwar durch Mittel, die das Gewicht der Last berechnen (75) und wiedergeben (90).

9. Heizplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Tarierungsmittel aufweist.

10. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel derart programmiert werden können, daß sie die Größe eines Kochgebietes berechnen, und zwar dadurch, daß auf funktionelle Weise einige Heizelemente neugegliedert werden.

11. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte wenigstens eine Berührungszone (17) zur manuellen Bedienung der Funktionsregeler aufweist.

12. Heizplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Platte aufweist, die über den Heizelementen vorgesehen ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und eine Platte mit Berührungsreglern.

13. Heizplatte nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel derart programmiert werden können, daß die Anordnung der Berührungsregler geändert wird.