PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006024438A1 29.11.2007
Titel Sensorvorrichtung mit zumindest einem IR-Sensor
Anmelder BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH, 81739 München, DE
Erfinder Has, Uwe, Dr., 84579 Unterneukirchen, DE;
Vetterl, Peter, 83355 Grabenstätt, DE
DE-Anmeldedatum 24.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006024438
Offenlegungstag 29.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse G01J 5/04(2006.01)A, F, I, 20070907, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F24C 7/08(2006.01)A, L, I, 20070907, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit zumindest einem IR-Sensor, welcher zur Detektion von Wärmestrahlung eines auf einem Kochfeld angeordneten Zubereitungsgefäßes ausgebildet ist und welcher ein den IR-Sensor zumindest bereichsweise umgebendes Kappenelement umfasst, welches aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit zumindest einem IR(Infrarot)-Sensor, welcher zur Detektion von Wärmestrahlung eines auf einem Kochfeld angeordneten Zubereitungsgefäßes ausgebildet ist und welche ein den IR-Sensor zumindest bereichsweise umgebendes Kappenelement umfasst.

Derartige Sensorvorrichtungen sind bereits bekannt, wobei dabei diese Kappenelemente als Metallkappe des IR-Sensors ausgebildet sind und diese zur Einhaltung verschiedenster Vorschriften geerdet sein müssen. Aufgrund dieser Vorschriften ist diese Erdung besonderen Ansprüchen genügend auszuführen. Im Allgemeinen dienen diese Vorschriften dazu, im Fall eines Fehlers in der Elektronik bzw. in der Verdrahtung der Elektronik oder peripherer Geräte eine Verschleppung einer elektrischen Spannung an berührbare Teile zuverlässig zu vermeiden.

Darüber hinaus ist es erforderlich, dass die Vorderseite des IR-Sensors bei ESD(Electro Static Discharge)-Prüfungen mit besonderen Belastungen geprüft werden, wobei dabei eine Prüfung mit Einschlägen von Hochspannungsentladungen erfolgen. Eine derartige Prüfung muss auf alle berührbaren und leitfähigen Teile bestanden werden. Durch eine derartige Ausgestaltung ist die Montage des Sensors sehr aufwändig und dadurch auch relativ teuer.

Aus der EP 0 943 870 A1 ist ein Temperatursensor bekannt, welcher unterhalb eines Kochfelds angeordnet ist, und beispielsweise als PTC- oder NTC-Widerstand ausgebildet ist. Dieser Temperatursensor ist zur Temperaturdetektion des Kochfelds ausgebildet und umfasst ein den Temperatursensor umgebendes Gehäuse, welches aus Keramik ausgebildet ist.

Des Weiteren ist aus der DE 20 2005 008 402 U1 eine Temperatursensoranordnung für eine elektrische Heizanordnung ausgebildet, welche unterhalb einer Kochplatte angeordnet ist. Die Temperatursensoranordnung umfasst wenigstens ein temperaturempfindliches elektrisches Widerstandselement in Folienform und ein dieses Widerstandselement umgebendes elektrisches isolierendes Element. Das elektrische Widerstandselement ist in ein Keramiksubstrat eingebettet und von dem elektrisch isolierenden Element von oben abgedeckt. In dieser Ausgestaltung ist dieser Temperatursensor an der Unterseite des Kochfelds befestigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sensorvorrichtung zu schaffen, welche den eingangs genannten Vorschriften genügt und darüber hinaus einfach und aufwandsarm montiert werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung, welche die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist, gelöst.

Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung umfasst zumindest einen IR-Sensor, welcher zur Detektion von Wärmestrahlung eines auf einem Kochfeld angeordneten Zubereitungsgefäßes ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst die Sensorvorrichtung ein Kappenelement, welches den IR-Sensor zumindest bereichsweise umgibt. Das Kappenelement ist elektrisch isolierend ausgebildet. Das Kappenelement ist somit zumindest anteilig aus einem derartigen Material ausgebildet, dass das Kappenelement ohne elektrische Erdung angeordnet werden kann und somit elektrisch erdungsfrei in oder an der Sensorvorrichtung anbringbar ist. Somit kann eine lösbare oder unlösbare mechanische Anordnung der Kappe vorgesehen sein, welche auch das Anordnen dieser an einer Außenseite, insbesondere einer Gehäusewand, der Sensorvorrichtung umfasst.

Dadurch kann eine Sensorvorrichtung geschaffen werden, welche den Vorschriften im Hinblick auf ESD-Festigkeit genügt. Darüber hinaus kann auch erreicht werden, dass auch im Falle eines Fehlers in der Elektronik oder in der Verdrahtung oder in peripheren Geräten eine Verschleppung elektrischer Spannung an berührbare Teile dieser Sensorvorrichtung zuverlässig vermieden werden kann, auch wenn keine Erdung, insbesondere dieses Kappenelements, gegeben ist. Darüber hinaus kann auch eine sehr einfache und aufwandsarme Montage des Sensors und insbesondere des Kappenelements ermöglicht werden.

Die Sensorvorrichtung ist bevorzugt derart angeordnet, dass zumindest der IR-Sensor oberhalb dem Kochfeld angeordnet ist. In vorteilhafter Weise ist die gesamte Sensorvorrichtung oberhalb dem Kochfeld angeordnet und an einer Oberseite des Kochfelds positioniert. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die gesamte Sensorvorrichtung fest mit dem Kochfeld verbunden ist oder jedoch als separates Modul ausgebildet ist und von dem Kochfeld abnehmbar ist.

Bei der hier vorgeschlagenen Sensorvorrichtung wird eine Kochsensorik betrachtet, welche im Unterschied zu einer Bratsensorik nicht Sensoren unterhalb des Kochfeldes oder in einem Boden eines Zubereitungsgefäßes aufweist, sondern bevorzugt beabstandet zu diesem Zubereitungsgefäß auf dem Kochfeld angeordnet ist.

Der IR-Sensor ist in bevorzugter Weise in einem Gehäuse angeordnet und erstreckt sich zumindest bereichsweise aus diesem Gehäuse heraus. Zumindest der aus diesem Gehäuse herausragende Teil des IR-Sensors ist von dem Kappenelement umgeben. Der IR-Sensor ist durch das Kappenelement bevorzugt hüllenartig umgeben. Dabei ist das Kappenelement in vorteilhafter Weise so um das aus dem Gehäuse herausragende Teil des IR-Sensors angeordnet, dass ein Detektionsbereich des IR-Sensors von diesem Kappenelement nicht bedeckt ist.

Das Kappenelement ist in vorteilhafter Weise aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet und in bevorzugter Weise weist dieses Material eine Wärmeleitfähigkeit auf, welche größer als die von Kunststoff ist. Vorzugsweise ist das Kappenelement aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet, welches eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer als 1 W/mK bei Temperaturen unterhalb 1000° C, insbesondere unterhalb 500° C, ist. Vorzugsweise ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials unterhalb von 500° C größer 5 W/mK. Durch diese Ausgestaltungen ist eine Erdung des Kappenelements nicht erforderlich und eventuell auftretende Temperaturunterschiede in dem Kappenelement können schnell und vollständig ausgeglichen werden.

Bevorzugt ist das Kappenelement aus einem Keramikmaterial, insbesondere einer Oxidkeramik, wie beispielsweise Aluminiumoxid, ausgebildet. Es kann auch eine Nitridkeramik, insbesondere Aluminiumnitrid, für das Material des Kappenelements vorgesehen sein. Prinzipiell kann das Material jedoch auch Kieselglas (Quarzglas), synthetisches Quarzgut, Magnesiumsilikat (beispielsweise Steatit, insbesondere verlustarmer Typ C221), Erdalkali-Aluminiumsilikat (beispielsweise Celsian Typ C420), dichtes Magnesiumoxid, Zirconoxid, Aluminiumtitanat, Aluminiumoxid (Tonerde), zirconverstärktes Aluminiumoxid und glaskeramische Hochtemperaturmaterialien, wie beispielsweise Macor®, sein.

Das Kappenelement kann rohrförmig ausgebildet sein, wobei dabei die Rohrform einen eckenfreien Querschnitt und somit rund oder oval ausgebildet sein kann, oder aber auch einen eckigen Querschnitt aufweisen.

In bevorzugter Weise umfasst das Kappenelement im Bereich der Öffnung, welche im Detektionsbereich des IR-Sensors ausgebildet ist, einen ringförmigen Steg. Durch diesen ringförmigen Steg kann der IR-Sensor positionsstabil in dem Kappenelement gehalten werden und mechanisch fest angeordnet werden. Insbesondere in Längsrichtung des IR-Sensors kann dadurch eine stabile Anordnung ermöglicht werden und dennoch wird die Detektion nicht beeinträchtigt, da der Detektionsbereich dadurch nicht eingeschränkt wird.

Bevorzugt ist der IR-Sensor an einem Schaltungsträger angeordnet und das Kappenelement erstreckt sich über die gesamte Länge des IR-Sensors im Wesentlichen bis zu diesem Schaltungsträger. Bei einer derartigen Ausgestaltung umgibt das Kappenelement den IR-Sensor und eine zugeordnete Optik im Wesentlichen vollständig, ohne jedoch den Detektionsbereich zu verdecken.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Anordnung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung auf einem Kochfeld;

2 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines als Topf 1 ausgebildeten Zubereitungsgefäßes. Der Topf 1 umfasst eine Außenwand 2 und einen Boden 3, der auf einer Zubereitungszone 4 einer Zubereitungsmulde 5 eines als Elektroherd ausgebildeten Haushaltgeräts steht. Die Zubereitungszone 4 kann im Ausführungsbeispiel von einem Heizelement 6, welches beispielsweise als Bandheizleiter ausgebildet ist, erhitzt werden. Das Heizelement 6 wird über eine Zuleitung 7 mit Strom versorgt, der von einem Bediener über eine nicht dargestellte Bedieneinrichtung gesteuert werden kann.

Die Zubereitungszone 4 ist im Ausführungsbeispiel als Glaskeramik-Kochfläche ausgebildet und in einem Kochfeld 4' angeordnet.

Eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Heizleistung des Heizelements 6 umfasst eine Sensorvorrichtung I, welche zur Ermittlung einer Temperatur bei einem Zubereitungsvorgang eines Gutes bzw. eines Lebensmittels 1a gemäß einer ersten Zubereitungsart, einem Kochen, ausgebildet ist. Die Sensorvorrichtung I ist somit als Kochsensorik ausgebildet.

Im Ausführungsbeispiel ist die Sensorvorrichtung I auf dem Kochfeld 4' fest positioniert angeordnet. Die Sensorvorrichtung I umfasst einen IR-Sensor 9, wobei die Sensorvorrichtung I und insbesondere der IR-Sensor 9 seitlich und beabstandet der Zubereitungszone 4 auf dem Kochfeld 4' positioniert ist. Die Sensorvorrichtung I ist des Weiteren beabstandet zum Topf 1 positioniert. Der IR-Sensor 9 ist zur Detektion von Wärmestrahlung, welche von der Außenwand 2 des Topfes 1 abgestrahlt wird, ausgebildet. Dazu umfasst der IR-Sensor 9 einen Detektionsbereich 91.

Der IR-Sensor 9 ist in einem Gehäuse 8 angeordnet und auf einem Schaltungsträger 10 montiert. Darüber hinaus ist eine Signalverbindung 11 vorgesehen, mit welcher die Sensorvorrichtung I und insbesondere der IR-Sensor 9 mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit 12 elektrisch verbunden ist. Auf dem Schaltungsträger 10 können Bauelemente zur Einstellung des IR-Sensors 9 und/oder eine Auswerteeinheit zur Auswertung der von dem IR-Sensor 9 erfassten Messwerte montiert sein. Die Signalverbindung 11 kann drahtgebunden aber auch drahtlos ausgebildet sein. Bei einer drahtlosen Ausführung kann eine Funkverbindung realisiert sein.

Darüber hinaus umfasst die Anordnung einen weiteren Sensor 13, welcher zur Erfassung der Temperatur der Zubereitungszone 4 ausgebildet ist und an einer Unterseite 41 der Zubereitungszone 4 angeordnet und über eine Signalverbindung 14 mit der Steuer- und/oder Regeleinheit 12 elektrisch verbunden ist. Auch hier kann die Signalverbindung 14 sowohl drahtlos als auch drahtgebunden ausgeführt sein.

Weitere nicht dargestellte Sensoren, die beispielsweise im Bereich des Bodens 3 des Topfes 1 angeordnet sind, können vorgesehen sein. Ergänzend zur durch die Sensorvorrichtung I realisierten Kochsensorik, kann in der Anordnung durch Sensoren 13 und die Sensoren an dem Boden 3 eine Bratsensorik ausgebildet werden.

In 2 ist in vereinfachter Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Sensorvorrichtung I gezeigt. Das dargestellte Modul zeigt das Gehäuse 8, in welchem der IR-Sensor 9 angeordnet ist und sich zumindest teilweise aus dem Gehäuse 8 heraus erstreckt. Die Darstellung ist lediglich beispielhaft und der IR-Sensor 9 kann sich auch weniger oder weiter aus dem Gehäuse 8 heraus erstrecken und darüber hinaus auch an einer anderen Stelle im Gehäuse 8 angeordnet sein und somit auch an einer anderen Stelle aus dem Gehäuse 8 herausragen. Auch die Form des Gehäuses 8 ist lediglich beispielhaft und kann in vielfältiger Weise ausgeführt sein.

Der IR-Sensor 9 ist an einem Schaltungsträger 10 montiert, welcher innerhalb des Gehäuses 8 angeordnet ist.

Der IR-Sensor 9 umfasst das Kappenelement 92, welches im Ausführungsbeispiel rohrförmig ausgebildet ist. Wie zu erkennen ist, umgibt dieses Kappenelement 92 den IR-Sensor 9 über seine gesamte Länge, welche durch die dargestellten Längen d1 und d2 gegeben ist. Durch die Länge d1 wird dabei der Teilbereich 92a des Kappenelements 92 gekennzeichnet, welcher aus dem Gehäuse 8 herausragt und somit frei zugänglich und somit auch berührt werden kann. Ein Teilbereich 92b des Kappenelements 92 weist eine Ausdehnung in Längsrichtung A des IR-Sensors 9 auf, welche der Länge d2 entspricht, und welches innerhalb des Gehäuses 8 angeordnet ist.

Das hohlzylinderförmige Kappenelement 92 weist im Bereich eines Detektionsbereichs 91 des IR-Sensors 9 eine Öffnung 92d auf, wodurch der IR-Sensor 9 in diesem Detektionsbereich 91 nicht von dem Kappenelement 92 bedeckt ist.

Im Ausführungsbeispiel umfasst das Kappenelement 92 einen vollständig umlaufenden ringförmigen Steg 92c, welcher an der Forderseite des Kappenelements 92 ausgebildet ist und somit quasi eine Einstülpung des Kappenelements 92 in einer Ebene senkrecht zur Längsachse A des IR-Sensors 9 darstellt. Durch diesen Steg 92c kann eine mechanisch stabile Positionierung des IR-Sensors 9 gewährleistet werden und dieser in dem Kappenelement 92 stabil gehalten werden.

Das Kappenelement 92 ist nicht geerdet und im Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Das Material des Kappenelements 92 ist im Ausführungsbeispiel Aluminiumoxid (Al2O3).


Anspruch[de]
Sensorvorrichtung mit zumindest einem IR-Sensor (9), welcher zur Detektion von Wärmestrahlung eines auf einem Kochfeld (4') angeordneten Zubereitungsgefäßes (1) ausgebildet ist und welcher ein den IR-Sensor (9) zumindest bereichsweise umgebendes Kappenelement (92) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Kappenelement (92) aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der IR-Sensor (9) oberhalb dem Kochfeld (4') angeordnet ist. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Sensor (9) in einem Gehäuse (8) angeordnet ist und sich bereichsweise aus dem Gehäuse (8) heraus erstreckt und zumindest der aus dem Gehäuse (8) herausragende Teil des IR-Sensors (9) von dem Kappenelement (92) umgeben ist. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kappenelement (92) aus einem Material ausgebildet ist, welches eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer als 1 W/mK, insbesondere größer 5 W/mK, ist. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass das Kappenelement (92) aus einem Keramikmaterial, insbesondere einer Oxidkeramik, ausgebildet ist. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kappenelement (92) im Detektionsbereich (91) des IR-Sensors (9) eine Öffnung (92d) aufweist. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kappenelement (92) rohrförmig ausgebildet ist. Sensorvorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kappenelement (92) im Bereich der Öffnung (92d) einen ringförmigen Steg (92c) aufweist. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Sensor (9) an einem Schaltungsträger (10) angeordnet ist und sich das Kappenelement (92) über die gesamte Länge des IR-Sensors (9) im Wesentlichen bis zum Schaltungsträger (10) erstreckt. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Sensor (9) derart auf dem Kochfeld (4') angeordnet ist, dass Wärmestrahlung einer Außenwand (2) des Zubereitungsgefäßes (1) detektierbar ist. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der IR-Sensor (9) beabstandet zum Zubereitungsgefäß (1) angeordnet ist. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als separates Modul ausgebildet ist und von dem Kochfeld (4') abnehmbar ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com