DE10027299A1 - Verfahren zur Temperaturregelung eines Backofens und Backofen - Google Patents
Verfahren zur Temperaturregelung eines Backofens und BackofenInfo
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- A21B—BAKERS' OVENS; MACHINES OR EQUIPMENT FOR BAKING
- A21B1/00—Bakers' ovens
- A21B1/40—Bakers' ovens characterised by the means for regulating the temperature
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Backofen und ein Verfahren zur Temperaturregelung eines Backofens mit zumindest einer Backkammer, die mit zumindest einer Heizeinrichtung, insbesondere einer Heizplatte, beheizbar ist, und einer Backplatte, auf der das Backgut mittelbar oder unmittelbar anordenbar ist, wobei die Ist-Temperatur des beschickten Ofens mit einem Regelkreis auf eine Soll-Temperatur regelbar ist. Dabei wird die Ist-Temperatur (1) des Ofens (2) vor der Beschickung mit Backgut (6) zwischen einem oberen und einem unteren Schwellenwert (T¶O¶, T¶U¶) um den Sollwert (T¶Soll¶) pendelnd geregelt.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Temperaturregelung von Backöfen
gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Hauptansprüche. Weiter
betrifft die Erfindung einen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens geeigneten Backofen.
Gattungsgemäße Backöfen weisen eine Backplatte in der Backkammer
auf, auf der das Backgut unmittelbar oder mittelbar, beispielsweise unter
Zwischenlage eines Backbleches, anordenbar ist. Derartige Backplatten
können beispielsweise aus Stahl- oder Steinplatten hergestellt sein und
dienen insbesondere der Speicherung von Wärmeenergie in der Back
kammer. Zur Erzielung eines guten Backergebnisses muß während des
Backprozesses eine bestimmte Solltemperatur in der Backkammer einge
halten werden. Dabei kann es sich auch um einen bestimmten Kurven
verlauf der Solltemperatur handeln.
Die Regelung der Heizleistung zur im wesentlichen konstanten Einhal
tung der Solltemperatur in der Backkammer ist problematisch, da eine
Änderung der Heizleistung, beispielsweise durch Einschalten eines
Brenners, sich erst mit großer Verzögerung in einer meßbaren Temperatu
ränderung in der Backkammer auswirkt. Aufgrund dieser langen Totzeiten
weisen Regelkreise, bei denen die Ist-Temperatur mit einem Meßfühler
unmittelbar in der Backkammer gemessen und an den Regler zur Rege
lung der Heizleistung übertragen wird eine schlechte Regelqualität auf.
Insbesondere kann es zu Überschwingungen der Backkammer-Temperatur
kommen, die zum Verbrennen des Backgutes führt.
Zur Verbesserung der Regelbarkeit gattungsgemäßer Öfen ist es bekannt,
die Ist-Temperatur nicht unmittelbar in der Backkammer zu messen,
sondern in anderen Bereichen. Diese Bereiche sind dabei so zu wählen,
daß die Temperaturmessung in diesen Bereichen einerseits eine signifi
kante Korrelation mit der Ist-Temperatur in der Backkammer aufweisen
und anderseits mit geringer Verzögerung, d. h. mit kurzer Totzeit, auf eine
Änderung der Heizleistung reagieren. Besonders geeignet dazu ist die
Messung der Ist-Temperatur im Bereich der Heizeinrichtung oder im
Heizmedium-Kreislauf. Beispielsweise kann der Meßfühler auf der zur
Innenseite der Backkammer gerichteten Seite einer Heizplatte angeordnet
werden. Die in diesem Bereich gemessene Temperatur korreliert ausrei
chend signifikant mit der Ist-Temperatur in der Backkammer und regiert
mit geringer Verzögerung auf Änderungen in der Heizleistung.
Da die Ist-Temperatur zur Regelung der Heizleistung nicht unmittelbar in
der Backkammer gemessen wird, sondern beispielsweise im Bereich der
Heizplatte, die Regelung der Heizleistung aber der Einhaltung einer
gewünschten Backkammer-Temperatur dient, da diese im wesentlichen
für das Backergebnis maßgeblich ist, ist es erforderlich, den Zusammen
hang zwischen der gemessenen Ist-Temperatur und der tatsächliche
Temperatur in der Backkammer bei der Regelung zu berücksichtigen. Bei
bekannten Öfen wird beispielsweise die gemessenen Ist-Temperatur vor
der Eingabe in den Regler um einen bestimmten Prozentsatz, der von der
Bauart des Ofens abhängt, rechnerisch reduziert. Durch diesen Tempera
tur-Offset wird berücksichtigt, daß die auf der Heizplatte gemessene
Temperatur jeweils um einen bestimmten Prozentsatz oberhalb der
eigentlich maßgeblichen Ist-Temperatur in der Backkammer liegt.
Soll beispielsweise eine Backkammer-Temperatur von 230°C erreicht
werden und ist bekannt, daß bei einem bestimmten Ofen der Temperatur-
Offset zwischen der Backkammer-Temperatur und der Temperatur im
Bereich der Meßstelle, beispielsweise auf einer Heizplatte, 10% beträgt,
wird vom gemessenen Temperaturwert jeweils 10% abgezogen und dieser
reduzierte Wert in den Regler als aktueller Temperatur-Istwert übertra
gen. Der Regler sorgt dann durch Regelung der Heizleistung dafür, daß
die Temperatur im Bereich der Meßstelle bei im wesentlichen konstanten
253°C (230°C + 10%) gehalten wird, woraus sich eine im wesentlichen
konstante Backkammer-Temperatur von 230°C ergibt.
Während der Aufheizphase und nach der Beschickung der Backkammer
mit Backgut ergeben sich aus dieser Vorgehensweise ausreichend gute
Ergebnisse, da sowohl in der Aufheizphase als auch nach der Beschic
kung der Backkammer mit Backgut soviel Wärmeenergie durch den Ofen
bzw. durch das Backgut aufgenommen wird, so daß durch den eingestell
ten Temperatur-Offset der Unterschied zwischen gemessener Ist-
Temperatur und der Ist-Temperatur in der Backkammer mit ausreichender
Genauigkeit berücksichtigt wird.
Nachteile ergeben sich bei der bekannten Vorgehensweise der mittelbarer
Temperaturmessung mit anschließender Korrektur durch einen vorgege
benen Offsetwert im Leerlauf des Ofens, d. h. in der Phase, in der der
Ofen bereits bis in den gewünschten Temperaturbereich aufgeheizt ist,
das Backgut aber noch nicht in die Backkammer eingebracht wurde. Wie
beschrieben wird die Regelung, nachdem die Ist-Temperatur im Bereich
der Meßstelle den um den Offset korrigierten Sollwert erreicht hat, diese
Temperatur weitgehend konstant halten. D. h. sobald in dem oben be
schriebenen Beispiel die Heizplatte eine Temperatur von 253°C (230°C +
10%) erreicht hat, wird diese Temperatur konstant gehalten. Wird nach
dem erstmaligen Erreichen der Solltemperatur im Bereich der Meßstelle
das Backgut jedoch nicht in die Backkammer eingebracht und somit dem
Ofen keine Wärmeenergie entzogen, folgt daraus, daß sich die in der
Backkammer befindlichen Bauteile, insbesondere die Backplatte schritt
weise bis auf das höhere Temperaturniveau im Bereich der Meßstelle
aufheizen. Bei genannten Beispiel würde dies bedeuten, daß die Back
platte nach einem längeren Verharren des Ofens im Leerlauf bis auf eine
Temperatur von ca. 253°C aufgeheizt sein würde. Mit anderen Worten
bedeutet dies, daß der vorgegebene Temperatur-Offset um so unrichtiger
wird, je länger der Ofen im Leerlauf betrieben wird, da aufgrund des
fehlenden Abflusses von Wärmeenergie schrittweise alle Teile in der
Backkammer auf einem Temperaturniveau wie im Bereich der Meßstelle
einschwingen.
Im Ergebnis folgt daraus, daß bei Öfen mit mittelbarer Temperaturmes
sung ein Betrieb im Leerlauf nachfolgend zu ungenügenden Backergeb
nissen führt, da der eingestellte Temperatur-Offset durch die Temperatur
angleichung während des Leerlaufs die tatsächlichen Gegebenheiten nicht
mehr korrekt widerspiegelt. Wird der Ofen dennoch im Leerlauf betrie
ben, und nach längerer Wartezeit erst das Backgut eingebracht, kann dies
insbesondere zum Verbrennen des Backgutes führen, da die Backkammer
bereits auf eine Temperatur oberhalb der gewünschten Backkammer-
Temperatur aufgeheizt ist. Bei bekannten Öfen wird dieser Nachteil
dadurch vermieden, daß die Öfen gemäß Gebrauchsanweisung nicht im
Leerlauf betrieben werden sollen. Vielmehr soll das Backgut sofort
nachdem die gewünschte Solltemperatur im Ofen erstmals erreicht ist in
die Backkammer eingebracht werden, wodurch eine Überhitzung insbe
sondere der Backplatte aufgrund der Aufnahme von Wärmeenergie durch
das kalte Backgut ausgeschlossen ist.
Durch die Notwendigkeit Leerlaufphasen zu vermeiden wird jedoch die
Flexibilität des Backbetriebs herabgesetzt, da vorgelagerte Arbeitsgänge
zur Bereitung des Backgutes auf den Zeitpunkt des erstmaligen Errei
chens der Solltemperatur abgestimmt werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des bekannten
Verfahrens durch den Vorschlag neuer Verfahren zu vermeiden. Weiter
ist es Aufgabe der Erfindung, einen für die Durchführung eines erfin
dungsgemäßen Verfahrens geeigneten Backofen vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren bzw. Öfen mit den Merkmalen der
unabhängigen Hauptansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird die Heizleistung des Ofens im Leerlauf, d. h. vor
der Beschickung mit Backgut, in der Art, insbesondere mit einer Zwei
punktregelung, geregelt, daß die Temperatur im Bereich der Meßstelle
zwischen einem oberen und einem unteren Schwellenwert um den Back
kammer-Sollwert pendelt. Versuche an einem mit Rauchgas geheizten
Ofen haben gezeigt, daß mit dieser Art der Regelung ein übermäßiges
Überschwingen der Temperatur der Backplatte während des Leerlaufbe
triebs des Ofens vermieden werden können. Denn statt die Temperatur im
Bereich der Meßstelle um einen festen Temperatur-Offset korrigiert auf
einer bestimmten Solltemperatur konstant zu halten, beispielsweise auf
ca. 253°C (bei einer vorgegeben Backkammer-Solltemperatur von 230°C
und einem Temperatur-Offset von 10%), pendelt die Temperatur im
Bereich der Meßstelle durch entsprechende Regelung der Heizleistung
beim erfindungsgemäßen Verfahren um einen Sollwert, der der ge
wünschten Backkammer-Solltemperatur von im Beispiel 230°C exakt
entspricht. Selbst bei längeren Leerlaufphasen ist damit insbesondere ein
Überhitzen der Backplatte ausgeschlossen. Außerdem ergeben sich
ausreichend lange Schaltzyklen zwischen dem An- bzw. Abschalten des
Brenners für die Rauchgaserzeugung, so daß auch der Verschleiß am
Brenner gering gehalten wird. Selbstverständlich ist die Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens auch beim Einsatz andere Heizmedien,
wie beispielsweise Thermoöl oder elektrischer Heizenergie, denkbar.
Grundsätzlich ist es für das erfindungsgemäße Verfahren gleichgültig, in
welchem Abstand der obere Schwellenwert bzw. der untere Schwellen
wert im Bezug auf die Solltemperatur gewählt werden. Als besonders
geeignet hat es sich erwiesen, wenn der obere bzw. untere Schwellenwert
jeweils so gewählt werden, daß sie dem Sollwert plus/minus 1% bis 10%
entsprechen. Wird der obere Schwellenwert als Solltemperatur plus 10%
und der untere Schwellenwert als Solltemperatur minus 10% gewählt,
pendelt die Ist-Temperatur in einem Temperaturband von plus/minus 10%
um die Solltemperatur und wird von der Zweipunktregelung in diesem
Temperaturband weitgehend exakt gehalten. Geringe Überschwingungen
beim Erreichen des oberen bzw. unteren Schwellenwert sind dabei nicht
ausgeschlossen. Durch die Wahl des oberen bzw. unteren Schwellenwer
tes in prozentualer Abhängigkeit von der Solltemperatur wird gewährlei
stet, daß die Ist-Temperatur bei hohen Solltemperaturen in einem relativ
breiten Temperaturband und bei niedrigeren Solltemperaturen in einem
entsprechend schmaleren Temperaturband schwankt. D. h. bei niedrigen
Solltemperaturen und dementsprechend hitzeempfindlichem Backgut wird
die Solltemperatur mit einer geringeren Toleranz eingehalten, während
bei höheren Solltemperaturen eine größere Schwankungsbreite der Ist-
Temperatur zugelassen wird.
Die Versuche mit dem Versuchsofen haben ergeben, daß es besonders
vorteilhaft ist, wenn der obere Schwellenwert der Solltemperatur plus 6%
und der untere Schwellenwert der Solltemperatur minus 4% entspricht. Im
Ergebnis bedeutet dies, daß die Ist-Temperatur während des Leerlaufs
von der Zweipunktregelung in einem Temperaturband von 96% bis 106%
der Solltemperatur gehalten wird.
Aufgrund der Wärmeträgheit der Backplatte tritt eine Erwärmung bzw.
Abkühlung der Backplatte jeweils nur mit einer bestimmten Verzögerung
ein. Daraus folgt, daß die Temperatur der Backplatte der in der Back
kammer gemessenen Ist-Temperatur beim Aufheizen nacheilt. So ist
beispielsweise bekannt, daß in den Fällen, in denen die Ist-Temperatur
mit einem Temperaturfühler im Bereich der Heizplatten gemessen wird,
die Temperatur der Backplatte beim Aufheizen der gemessenen Tempe
ratur um ca. 10% nacheilt. Daraus folgt, daß die Backplatte eine Tempe
ratur im Bereich der gewünschten Solltemperatur erst dann erreicht, wenn
die in der Backkammer gemessene Ist-Temperatur die Solltemperatur
zumindest einmal um einen bestimmten Betrag überschritten hat. An
schließend schwingt sich die Temperatur der Backplatte erfindungsgemäß
um eine bestimmte Temperatur pendelnd ein. Um zu vermeiden, daß das
Backgut in die Backkammer eingebracht wird, obwohl die Backplatte
noch nicht ausreichend Wärmeenergie gespeichert hat, kann vorgeschrie
ben werden, daß die Beschickung des Ofens mit Backgut nicht erfolgt,
bevor der obere Schwellenwert zumindest einmal durchlaufen ist. Die
Einhaltung dieser Vorschrift kann dem Bedienpersonal beispielsweise
durch bestimmte Anzeigeeinrichtungen angezeigt oder auch durch be
stimmte programmtechnische Maßnahmen erreicht werden.
Durch das bisher beschriebene Verfahren wurde die Regelstrategie zum
Betrieb des Backofens im Leerlauf, d. h. im unbeschickten Zustand,
beschrieben. Dabei wurde davon ausgegangen, daß der Ofen nach der
Beschickung mit dem Backgut mit konventionellen, d. h. aus dem Stand
der Technik bekannten, Regelstrategien auf eine Solltemperatur geregelt
wird. Da die Ist-Temperatur jedoch während des Leerlaufs um die Back
kammer-Solltemperatur in einem bestimmten Toleranzband pendelt, ist in
den meisten Fällen davon auszugehen, daß die Ist-Temperatur zum
Zeitpunkt der Beschickung mit dem Backgut nicht exakt der Solltempe
ratur entspricht. Es sollen deshalb nachfolgend verschiedene Maßnahmen
beschrieben werden, wie die Temperaturregelung im Übergang zwischen
der erfindungsgemäßen Temperaturregelung im Leerlauf und der konven
tionellen Temperaturregelung im beschickten Zustand vorteilhaft erfolgen
kann.
Mit der Einbringung des kalten Backgutes in die Backkammer ist in
jedem Fall ein Abfallen der Ist-Temperatur verbunden, da das kalte
Backgut sofort große Mengen Wärmeenergie aufnimmt. Um diesen
Temperaturverlust auszugleichen, ist es vorteilhaft, wenn die Heizein
richtungen des Ofens unabhängig vom sonstigen Zustand des Backofens
möglichst unmittelbar nach dem Einbringen des Backgutes in die Back
kammer geheizt wird. Dadurch wird der Backkammer Wärmeenergie
zugeführt und die Aufnahme von Wärmeenergie durch das Backgut
allmählich ausgeglichen. Die Beheizung der Heizplatten, d. h. die Zufuhr
von Wärmeenergie in die Backkammer, sollte dabei in jedem Fall so
lange fortgesetzt werden, bis die in der Backkammer gemessene Ist-
Temperatur wieder ansteigt. Durch den Anstieg der gemessenen Ist-
Temperatur, was in diesem Falle gleichbedeutend ist mit dem nicht mehr
weiter Abfallen der Temperatur, ist ein Zustand des Backofens gekenn
zeichnet, bei dem zusätzlich zugeführte Wärmeenergie nicht mehr nur
vom kälteren Backgut aufgenommen wird, sondern zu einer Tempera
turerhöhung in der Backkammer führt. Ob zu diesem Zeitpunkt noch
weitere Wärmeenergie zugeführt werden muß, hängt von der Ist-
Temperatur im Bezug auf die Solltemperatur in diesem Zeitpunkt ab.
Ist die Ist-Temperatur im Zeitpunkt des ersten Anstiegs der Ist-
Temperatur kleiner als die Soll-Temperatur, kann die Heizplatte bis zu
dem Zeitpunkt weiter beheizt werden, an dem die Ist-Temperatur die
Solltemperatur erreicht. Sobald die Solltemperatur erreicht ist, wird die
Ist-Temperatur mit den bekannten Regelstrategien auf die Solltemperatur
geregelt.
Ist die Ist-Temperatur dagegen zum Zeitpunkt des ersten Anstiegs der Ist-
Temperatur nach der Einbringung des Backgutes in die Backkammer
größer als die Soll-Temperatur, wird die Heizplatte ab diesem Zeitpunkt
nicht mehr beheizt, bis die Ist-Temperatur aufgrund der Verlustleistung
des Ofens, beispielsweise durch Wärmeabstrahlung, auf die Solltemperatur
gefallen ist. Danach wird die Ist-Temperatur wiederum mit den
bekannten Regelstrategien auf die Solltemperatur geregelt.
Im Ergebnis wird die Backkammer nach dieser Ausführungsform des
Verfahrens also im Übergang zwischen Leerlauf und beschicktem Betrieb
nach der Einbringung des Backgutes auf jeden Fall so lange beheizt, bis
die Ist-Temperatur nach dem, durch die Einbringung des Backgutes
verursachten, Temperaturabfall wieder ansteigt. Abhängig davon, ob die
Ist-Temperatur zu diesem Zeitpunkt oberhalb oder unterhalb der Solltem
peratur liegt, wird die Heizplatte anschließend weiter beheizt oder abge
schaltet, bis die Ist-Temperatur der Solltemperatur entspricht.
Zur Durchführung des Verfahrens ist es besonders vorteilhaft, wenn die
Ist-Temperatur in der Backkammer in an sich bekannter Weise mit einem
Meßfühler gemessen wird, der auf der zum Inneren der Backkammer
gerichteten Außenseite der Heizplatte angeordnet ist. Durch die Messung
der Ist-Temperatur in diesem Bereich ist einerseits gewährleistet, daß die
gemessene Ist-Temperatur die in der Backkammer tatsächlich herrschende
Ist-Temperatur ausreichend signifikant charakterisiert und andererseits
Temperaturänderungen an der Heizplatte mit ausreichend geringer Verzö
gerung erkannt werden.
Zur Vermeidung der Überhitzung der Backplatte insbesondere im Leer
lauf des Backofens wird nach einem zweiten erfindungsgemäßen Verfah
ren vorgeschlagen, an dem Backofen zwei verschiedene Ist-Temperaturen
mit getrennten Meßfühlern zu messen. Mit dem ersten Meßfühler wird die
Ist-Temperatur an einer Stelle gemessen, die die Temperatur in der
Backkammer, die auf das Backgut wirkt, ausreichend signifikant charak
terisiert. Dieser Meßwert dient insbesondere der konventionellen Rege
lung des beschickten Ofens auf einen Sollwert. Außerdem wird mit einem
zweiten Meßfühler die Ist-Temperatur der Backplatte gemessen und zur
Regelung der Wärmezufuhr in den Ofen an die Steuereinheit weitergelei
tet. Durch die Messung der Temperatur der Backplatte kann diese Temperatur
jederzeit durch die Steuereinheit kontrolliert werden, so daß die
Temperaturregelung des Ofens insbesondere im unbeschickten Zustand
ein übermäßiges Aufheizen der Backplatte verhindern kann.
Zur Messung einer für die Temperatur der Backkammer signifikanten Ist-
Temperatur kann der erste Meßfühler in an sich bekannter Art auf der
zum Inneren der Backkammer gerichteten Außenseite der Heizplatte
angeordnet werden.
Nach einer alternativen Ausführungsform wird der erste Meßfühler im
Rücklauf eines Kreislaufes für ein Heizmedium, mit dem die Heizplatte
beheizbar ist, angeordnet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
der Backofen mehrere Backkammern mit jeweils zumindest einer Heiz
platte aufweist, die gemeinsam aus einem Kreislauf mit dem Heizmedium,
beispielsweise Rauchgas oder Dampf, versorgt werden. Durch die Anord
nung des Meßfühlers im Rücklauf des Kreislaufes ist es möglich, durch
die Messung der Temperatur Informationen über den Temperaturzustand
aller angeschlossenen Heizplatten zu erhalten.
Der zweite Meßfühler zur Messung der Temperatur der Herdplatte wird
nach einer bevorzugten Ausführungsform an der zum inneren der Back
kammer gerichteten Oberfläche der Backplatte in die Backplatte einge
formt. Dadurch wird es möglich, Temperaturänderungen an der Back
platte, insbesondere verursacht durch die Einbringung von Backgut auf
der Backplatte sehr rasch zu erkennen.
Zur Durchführung dieses Verfahrens müssen die bekannten Backöfen mit
einem zusätzlichen Meßfühler ausgestattet werden, mit dem die Tempe
ratur der Backplatte meßbar ist. Dabei ist es selbstverständlich, daß auch
die Steuerung des Backofens entsprechend verändert werden muß, um die
von dem zusätzlichen Meßfühler erfaßten Temperaturwerte der Backplatte
zu berücksichtigen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand lediglich bevorzugter Ausfüh
rungsformen darstellender Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den Temperaturverlauf eines Backofens im Leerlauf bei
Regelung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 2 den Temperaturverlauf eines Backofens nach der Be
schickung mit Backgut;
Fig. 3 den Temperaturverlauf eines Backofens nach der Be
schickung mit Backgut;
Fig. 4 eine erste Ausführungsform eines Backofens im Quer
schnitt;
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines Backofens im
Querschnitt.
Man erkennt in Fig. 1 den schematisch dargestellten Verlauf der Ist-
Temperatur 1 eines im Leerlauf befindlichen Backofens, dessen Tempe
ratur erfindungsgemäß geregelt wird. Ausgehend von einem Zustand, bei
dem die Ist-Temperatur 1 der Raumtemperatur entspricht, wird der Ofen
aufgeheizt, bis die Ist-Temperatur 1 das Temperaturniveau des oberen
Schwellenwerts TO erreicht hat. Nach Erreichen der Temperatur TO wird
die Beheizung des Backofens abgeschaltet, so daß die Ist-Temperatur 1
aufgrund der Verlustleistung des Ofens wieder fällt. Ist die Ist-Tempera
tur 1 bis auf ein Temperaturniveau gefallen, das dem unteren Quellenwert
TU entspricht, wird die Beheizung des Ofens wieder eingeschaltet, so daß
die Ist-Temperatur wiederum ansteigt. Der Ofen wird in dieser Art so
lange um die Solltemperatur TSoll pendelnd geregelt, bis das Backpro
gramm durch Einbringung des Backgutes in die Backkammer gestartet
wird. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß Fig. 1 den Temperaturverlauf der
Ist-Temperatur 1 lediglich schematisch darstellt, so daß unvermeidliche
kleinere Überschwingungen im Bereich des oberen bzw. unteren Schwel
lenwertes TO und TU nicht erkennbar sind.
TO ist dabei so gewählt, daß es einen Wert von 106% von TSoll entspricht.
TU dagegen ergibt sich aus einem Wert von 94% von TSoll. Im Ergebnis
wird damit erreicht, daß die Ist-Temperatur 1 in einem Temperaturband
zwischen TO und TU um TSoll pendelt, so daß eine übermäßige Erwärmung
der Backplatte in der Backkammer ausgeschlossen ist.
Fig. 2 zeigt den Verlauf der Ist-Temperatur 1 nach der Einbringung eines
bestimmten Backgutes in die Backkammer zum Zeitpunkt t1. Man er
kennt, daß die Ist-Temperatur 1 im Zeitraum vor t1 entsprechend dem in
Fig. 1 dargestellten Temperaturverlauf zwischen dem oberen bzw. unteren
Schwellenwert TO und TU pendelt. Durch die Einbringung des Backgutes
in die Backkammer zum Zeitpunkt t1 fällt die Ist-Temperatur 1 aufgrund
der Wärmeaufnahme durch das kalte Backgut stark ab. Um die Wärme
aufnahme durch das kalte Backgut auszugleichen, wird deshalb im we
sentlichen zeitgleich mit der Einbringung des Backgutes in die Back
kammer zum Zeitpunkt t1 die Beheizung des Backofens eingeschaltet.
Man erkennt, daß die Ist-Temperatur 1 trotz Einschaltung der Heizein
richtung zum Zeitpunkt t1 zunächst weiter abfällt. Erst zum Zeitpunkt t2
ist durch die Heizeinrichtung so viel Wärmeenergie in die Backkammer
nachgeliefert, daß ein zusätzliches Maß an Wärmeenergie einen Anstieg
der Ist-Temperatur 1 in der Backkammer bewirken kann. Da die Ist-
Temperatur 1 zum Zeitpunkt t2, an dem die Ist-Temperatur nicht mehr
weiter abfällt, sondern wieder ansteigt, unterhalb des Temperaturniveaus
von Tsoll liegt, wird der Backofen weiter bis zu einem Zeitpunkt t3 be
heizt, an dem die Ist-Temperatur 1 die Solltemperatur TSoll erreicht.
Danach wird die Ist-Temperatur 1 mit konventionellen Regelstrategien
auf die gewünschte Solltemperatur TSoll geregelt.
In Fig. 3 ist der Verlauf der Ist-Temperatur 1 bei der Einbringung eines
anderen Backgutes als in Fig. 2 in die Backkammer dargestellt. Wiederum
wird die Ist-Temperatur 1 im Leerlauf bis zum Zeitpunkt t1, an dem
das Backgut in die Backkammer eingebracht wird, zwischen dem oberen
bzw. unteren Schwellenwert TO und TU geregelt. Zum Zeitpunkt t1, an
dem das Backgut in die Backkammer eingebracht wird, wird auch in
diesem Fall die Heizeinrichtung sofort wieder eingeschaltet, um die
Wärmeaufnahme durch das kalte Backgut auszugleichen. Man erkennt in
Fig. 3, daß die Ist-Temperatur 1 in diesem Fall zum Zeitpunkt t2, an dem
die Ist-Temperatur 1 aufgrund der Beheizung nicht mehr weiter fällt,
einen Wert aufweist, der oberhalb des Temperaturniveaus von TSoll liegt.
Aus diesem Grund wird die Beheizung ab dem Zeitpunkt t2 abgeschaltet,
bis die Ist-Temperatur 1 zum Zeitpunkt t3 aufgrund der Verlustleistung
des Ofens bis auf TSoll abgesunken ist. Danach wird die Ist-Temperatur 1
in konventioneller Weise auf die Solltemperatur TSoll geregelt.
Bei den in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Temperaturverläufen ist die
Heizeinrichtung zum Zeitpunkt t1, an dem das Backgut in die Backkam
mer eingebracht wird, jeweils in einer Zyklusphase des Leerlaufs, in der
die Heizeinrichtung abgeschaltet ist. Zum Ausgleich der Aufnahme von
Wärmeenergie durch das kalte Backgut wurde die Heizeinrichtung in
beiden Fällen unmittelbar mit der Einbringung des Backgutes einge
schaltet. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß selbstver
ständlich bei der Einbringung des Backgutes in die Backkammer während
Zyklusphasen des Leerlaufes, in denen die Heizeinrichtung bereits
eingeschaltet ist, diese auch nach der Einbringung des Backgutes einge
schaltet bleibt, bis die Ist-Temperatur 1 zum Zeitpunkt t2 wieder ansteigt
bzw. nicht mehr weiter abfällt.
Fig. 4 zeigt einen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens
geeigneten Backofen 2 im Querschnitt. Man erkennt die Backkammer 3
im inneren des Backofens 2, die durch eine mit einer Klappe 4 ver
schließbare Öffnung 5 mit Backgut 6, beispielsweise Broten, beschickt
werden kann. Die Beheizung des Backofens 2 erfolgt mittels zweier
oberhalb und unterhalb der Backkammer 3 angeordneter Heizplatten 7
und 8, die von heißem Rauchgas durchströmt werden können.
Oberhalb der unteren Heizplatte 8 ist eine Backplatte 9 in der Backkam
mer 3 angeordnet, auf deren Oberseite das Backgut 6 zur Anlage kommt.
Die Temperatur der Backkammer 3 wird mit einem Meßfühler 10 gemes
sen, der auf der zur Backkammer 3 gerichteten Außenseite der oberen
Heizplatte 7 angebracht ist. Die Meßsignale des Meßfühlers 10 werden
über nicht dargestellte Leitungen an eine nicht dargestellte Steuerung
weitergeleitet und dort zur Regelung der Backtemperatur verwendet.
Abhängig von der durch den Meßfühler 10 festgestellten Ist-Temperatur
wird eine nicht dargestellte Brennereinrichtung zur Erzeugung des
Rauchgases ein- bzw. abgeschaltet, so daß im Ergebnis die Backtempe
ratur durch Erhöhung der Temperatur in den Heizplatten angehoben
werden kann. Wird die Brennereinrichtung abgeschaltet, fällt die Back
temperatur in der Backkammer 3 aufgrund der Verlustleistung des Ofens
2.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines zur Durchführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Backofen 11. Man erkennt,
daß der grundsätzliche Aufbau des Backofens 11 dem Aufbau des Back
ofens 2 entspricht. Zur indirekten Messung einer für die Backtemperatur
in der Backkammer 3 signifikanten Ist-Temperatur wird ein Meßfühler 12
verwendet, der im Rücklauf der Rauchgasströmung durch die obere
Heizplatte 7 angeordnet ist. Die an dieser Stelle gemessene Ist-
Temperatur charakterisiert die in der Backkammer 3 bestehende Back
temperatur ausreichend signifikant. Außerdem ist an dem Backofen 11 ein
Meßfühler 13 in der Backplatte 9 vorgesehen, so daß die Temperatur der
Backplatte 9 durch die Steuerung des Backofens 11 überwacht und bei der
Gefahr einer unerwünschten Überhitzung der Backplatte 9 entsprechende
Reglereingriffe vorgenommen werden können.
Claims (15)
1. Verfahren zur Temperaturregelung eines Backofens mit zumindest
einer Backkammer, die mit zumindest einer Heizeinrichtung, insbe
sondere einer Heizplatte, beheizbar ist, und einer Backplatte auf der
das Backgut mittelbar oder unmittelbar anordenbar ist, wobei die
Heizleistung der Heizeinrichtung zur im wesentlichen konstanten
Einhaltung einer vorgegebenen Backkammer-Solltemperatur mit ei
nem Regelkreis regelbar ist und wobei die dem Regler als Eingangs
größe übermittelte Ist-Temperatur mit einem Meßfühler nicht unmit
telbar in der Backkammer sondern in einem anderen Bereich, insbe
sondere im Bereich der Heizeinrichtung oder im Heizmedium-
Kreislauf, gemessen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizleistung der Heizeinrichtung (7, 8) vor der Beschickung
der Backkammer (3) mit Backgut (6) in der Art, insbesondere mit ei
ner Zweipunktregelung, geregelt wird, daß die gemessene Ist-
Temperatur (1) zwischen einem oberen und einem unterem Schwel
lenwert (TO, TU) um die Backkammer-Solltemperatur (TSoll) pendelnd
geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der obere Schwellenwert (TO) der Backkammer-Solltemperatur
(TSoll) plus 1% bis 10% der Backkammer-Solltemperatur (TSoll)
und/oder der untere Schwellenwert (TU) der Backkammer-
Solltemperatur (TSoll) minus 1% bis 10% der Backkammer-
Solltemperatur (TSoll) entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der obere Schwellenwert (TO) der Backkammer-Solltemperatur
(TSoll) plus 6% der Backkammer-Solltemperatur (TSoll) und/oder der
untere Schwellenwert (TU) der Backkammer-Solltemperatur (TSoll) mi
nus 4% der Backkammer-Solltemperatur (TSoll) entspricht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschickung des Ofens (2) mit Backgut (6) nicht erfolgt, be
vor der obere Schwellenwert (TO) zumindest einmal durchlaufen ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizeinrichtung (7, 8) nach einem Zeitpunkt (t1) der Beschic
kung des Ofens (2) mit dem Backgut (6) bis zu einem Zeitpunkt (t2)
geheizt wird, an dem die in der Backkammer (3) gemessene Ist-
Temperatur (1) nicht mehr abfällt oder wieder ansteigt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizeinrichtung (7, 8) nach dem Zeitpunkt (t2) des ersten An
stiegs der in der Backkammer (3) gemessenen Ist-Temperatur (1),
falls die Ist-Temperatur (1) kleiner als die Backkammer-
Solltemperatur (TSoll) ist, weiter bis zu einem Zeitpunkt (t3) beheizt
wird, an dem die Ist-Temperatur (1) die Backkammer-Solltemperatur
(TSoll) erreicht.
7. Verfahren nach Anspruch 5.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizeinrichtung (7, 8) nach dem Zeitpunkt (t2) des ersten An
stiegs der in der Backkammer gemessenen Ist-Temperatur (1), falls
die Ist-Temperatur (1) größer als die Backkammer-Solltemperatur
(TSoll) ist, bis zu dem Zeitpunkt (t3) nicht beheizt wird, an dem die
Ist-Temperatur (1) auf die Backkammer-Solltemperatur (TSoll) gefallen
ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ist-Temperatur (1) in der Backkammer (3) mit einem Meß
fühler (10) gemessen wird, der auf der zum Inneren der Backkammer
(3) gerichteten Außenseite der Heizeinrichtung (7) angeordnet ist.
9. Verfahren zur Temperaturregelung eines Backofens mit zumindest
einer Backkammer, die mit zumindest einer Heizeinrichtung, insbe
sondere einer Heizplatte, beheizbar ist, und einer Backplatte auf der
das Backgut mittelbar oder unmittelbar anordenbar ist, wobei die
Heizleistung der Heizeinrichtung zur im wesentlichen konstanten
Einhaltung einer vorgegebenen Backkammer-Solltemperatur mit ei
nem Regelkreis regelbar ist und wobei die dem Regler als Eingangs
größe übermittelte Ist-Temperatur mit einem ersten Meßfühler nicht
unmittelbar in der Backkammer sondern in einem anderen Bereich,
insbesondere im Bereich der Heizeinrichtung oder im Heizmedium-
Kreislauf, gemessen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich zur Messung mit dem ersten Meßfühler (12) mit einem
zweiten Meßfühler (13) die Ist-Temperatur der Backplatte (9) meßbar
ist, wobei die Temperaturregelung des Ofens (11) in Abhängigkeit der
Meßwerte des ersten und/oder zweiten Meßfühlers (12, 13) erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Meßfühler auf der zum Inneren der Backkammer ge
richteten Außenseite der Heizplatte angeordnet ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Meßfühler (12) im Rücklauf eines Kreislaufes eines
Heizmediums, mit dem die Heizeinrichtung (7) beheizbar ist, ange
ordnet ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Meßfühler (13) an der zum Inneren der Backkammer
(3) gerichteten Oberfläche der Backplatte (9) in die Backplatte (9)
eingeformt ist.
13. Backofen mit zumindest einer Backkammer, die mit zumindest einer
Heizeinrichtung, insbesondere einer Heizplatte, beheizbar ist, mit ei
ner Backplatte auf der das Backgut mittelbar oder unmittelbar anor
denbar ist, mit einem ersten Meßfühler mittels dem die Ist-
Temperatur in einem Bereich des Ofens, insbesondere im Bereich der
Heizeinrichtung oder im Heizmedium-Kreislauf, meßbar ist und einem
Regelkreis mit der die der Heizeinrichtung in Abhängigkeit der Back
kammer-Solltemperatur regelbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur der Backplatte (9) mittels eines zweiten Meßfüh
lers (13) meßbar ist, wobei der Meßwert des zweiten Meßfühlers (13)
zur Regelung der Heizleistung berücksichtigbar ist.
14. Backofen nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Meßfühler (13) an der zum Inneren der Backkammer
(3) gerichteten Oberfläche der Backplatte (9) in die Backplatte (9)
eingeformt ist.
15. Backofen nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Meßfühler (12) im Bereich der Heizplatte (7) angeordnet
ist.
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