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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer
elektrischen Heizeinrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und
3 sowie eine Steuervorrichtung zum Ansteuern einer elektrischen
Heizeinrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 10 und 11.
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Einfachere
Koch- und Gargeräte
weisen steuerbare Heizeinrichtungen auf, deren Heizleistung mittels
manuell betätigbarer
Schalt- und Eingabevorrichtungen reguliert werden kann. Wenn keine Temperatursensoren
vorgesehen sind, kann keinerlei Regelung der Heizleistung und damit
der Gartemperatur erfolgen. Der Benutzer muss anhand des festgestellten
Garzustandes selbst entscheiden, ob er die Heizleistung konstant
hält, reduziert
oder erhöht.
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Bei
komfortableren und aufwändigeren
Gargeräten
können
zusätzliche
Sensoren vorgesehen sein, die zur Erfassung von Temperaturen, bspw.
einer Glaskeramik, einer Heizfläche,
eines Kochgeschirrs o. dgl. dienen. Es können ggf. auch Drücke, bspw.
in Druckkochtöpfen
erfasst werden. Darüber hinaus
können
auch Strahlungsdichten, bspw. im Luftraum zwischen der Heizfläche und
der Glaskeramik erfasst werden. Grundsätzlich können die unterschiedlichsten
Messgrößen als
Betriebssignale einer Kochstelle erfasst und ausgewertet werden.
Auf Basis dieser Messgrößen ist
eine präzise
Temperaturregelung möglich.
Allerdings sind solcherart ausgestattete Geräte aufwändig und daher meist teuer.
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Aus
der
DE 195 49 064
A1 ist eine Steuerschaltung zur Durchführung von Garungsvorgängen auf
Heizflächen
durch Wärmeenergiezufuhr
an das von einem Gargutträger
aufgenommene Gargut bekannt. Mittels eines Infrarotsensors wird
ein Temperaturverlauf während
des Garvorgangs erfasst, woraus Stellgrößen für die Wärmezufuhr zur Heizfläche gewonnen
werden. Die vom Sensor abgegebene Messgröße wird bei Erreichen eines
vorgegebenen Temperaturwerts als Referenzwert übernommen. Abweichende Ist-Werte
der Temperatur werden mit diesem Referenzwert verglichen und zur
Steuerung der Energiezufuhr ausgewertet.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein vereinfachtes
Verfahren sowie eine einfache Vorrichtung zur Steuerung einer Heizeinrichtung
eines Gargeräts
vorzuschlagen, wodurch mit der Bedienkomfort beim Garen von Speisen
erhöht
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Steuern einer Heizeinrichtung
gemäß Anspruch
1 bzw. 3 sowie durch eine Steuervorrichtung gemäß Anspruch 10 bzw. 11 gelöst. Bevorzugte
und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den
jeweiligen abhängigen
Ansprüchen.
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Bei
einer durch einen Benutzer gewählten Einstellung
der Kochstelle, bspw. durch Einstellung der Energiezufuhr für eine Heizeinrichtung
eines ausgewählten
Kochfeldes, schwingen die meisten der oben genannten Betriebsparameter
nach einiger Zeit auf einen weitgehend konstanten Wert ein, sofern
die gewählte
Einstellung und weitere Umgebungsparameter unverändert bleiben. Dies gilt in
besonderem Maße
für die
jeweiligen mittleren Temperaturen der Heizfläche, der Luft zwischen der
Heizfläche
und der Glaskeramik, der Glaskeramik selbst, des Bodens des Kochgeschirrs
und der zu garenden Speisen. Diese Tatsache kann in vorteilhafter
Weise dazu genutzt werden, um die zu garenden Speisen auf einem annähernd konstanten
Temperaturniveau zu halten. Eine einfache manuelle Temperatursteuerung
durch den Benutzer des Gargeräts
sieht vor, dass der Benutzer zunächst
für eine
Erwärmung
der in dem Kochgeschirr zu garenden Speisen auf der Kochstelle sorgt,
bis die Temperatur der Lebensmittel auf einen gewünschten
Zielwert eingeschwungen ist. Danach hält der Benutzer diese eingestellte
Temperatur mehr oder weniger konstant, indem er die eingestellte
Energiezufuhr zunächst
reduziert und danach hin und wieder korrigiert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Ansteuern einer Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 ermöglicht
es nun dem Benutzer, auf einen Garverlauf dahin gehend einzuwirken,
dass eine zuvor erreichte und von ihm als vorteilhaft ausgewählte Temperatur
weitgehend konstant gehalten und damit die zu garenden Speisen ohne
weitere manuelle Eingriffe fertig gegart werden können. Der
Benutzer kann hierzu einen Steuermodus aktivieren, bei dem die Temperatur
einer Kochstelle und/oder eines Kochgeschirrs weitgehend konstant
gehalten wird. Dieser Steuermodus kann bspw. durch manuellen Tastendruck
aktiviert werden, wobei eine Aktivierung vorzugsweise nur dann sinnvoll
ist, wenn die erfassten Temperaturschwankungen an der Kochstelle bzw.
am Kochgeschirr sich innerhalb einer bestimmten Schwankungsbreite
bewegen. Hierbei befindet sich die Temperatur der Heizeinrichtung
in einem eingeschwungenen Zustand, so dass eine Aktivierung des
Steuermodus zur Konstanthaltung der Temperatur sinnvoll ist. Die
Heizeinrichtung kann prinzipiell nahezu jede beliebige elektrische
Heizeinrichtung sein. Grundsätzlich
kann die Heizeinrichtung jedoch auch eine mit Gas, Öl oder einem
anderen Energieträger
betriebene Heizeinrichtung sein. Auch solare Heizeinrichtungen lassen
sich auf die beschriebene Weise steuern.
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Die
Temperatur am Kochgeschirr und/oder an der Kochstelle kann mittels
eines an der Heizeinrichtung angeordneten Temperatursensors oder
mittels eines Infrarotsensors erfasst werden. Die Temperatur kann
wahlweise permanent oder in zyklischen Zeitabständen erfasst werden. Die Heizleistung
der elektrischen Heizeinrichtung kann mittels einer Regulierung
der Energiezufuhr und/oder durch Variation einer mittleren Einschaltdauer
reguliert werden.
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Ein
alternatives Verfahren zum Ansteuerung einer Heizeinrichtung eines
Gargeräts
gemäß Anspruch
3 sieht vor, dass die Temperatur einer Kochstelle und/oder eines
Kochgeschirrs sowie Schwankungen der Temperatur aus Werten für eine Einschaltdauer
der Heizeinrichtung und/oder für
deren Energiezufuhr abgeschätzt
bzw. hergeleitet werden. Sobald sich die Temperatur mit gewisser
Wahrscheinlichkeit innerhalb einer vorgebbaren Schwankungsbreite
bewegt, kann vom Benutzer ein Steuermodus aktiviert werden, bei
dem die Temperatur weitgehend konstant bzw. innerhalb eines vorgebbaren Temperaturbereichs
gehalten wird. Mit diesem nochmals vereinfachten Verfahren kann
mit sehr geringem technischen Aufwand eine kostengünstige und benutzerfreundliche
Möglichkeit
geschaffen werden, eine gewünschte
Gartemperatur in gewissen Grenzen konstant zu halten. Dieser Verfahrensmodus kommt
einem typischen Benutzerverhalten sehr entgegen, da ein manuelles
Konstanthalten der Temperatur durch eine permanente Feinsteuerung
der Heizleistung nicht mehr notwendig ist. Sobald der Benutzer erkennt,
dass eine bestimmte erreichte Gartemperatur für den weiteren Garverlauf günstig ist,
kann er durch eine manuelle Eingabe diesen Temperaturwert fixieren.
Hierbei kann aufgrund der relativ groben Temperaturabschätzung normalerweise
zwar nicht eine bestimmte Temperatur gehalten werden, doch genügt die mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
erreichbare Genauigkeit für
die meisten Einsatzzwecke aus.
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Um
für den
Benutzer erkennbar zu machen, ab wann es sinnvoll für ihn sein
kann, den Steuermodus zur Konstanthaltung der Temperatur mittels
manueller Benutzereingabe zu aktivieren, kann es von Vorteil sein,
wenn das Erreichen des eingeschwungenen Zustandes der Heizeinrichtung
mittels einer Anzeige visuell erkennbar gemacht wird. Hierbei kann
beispielsweise ein Leuchtmittel von einer intermittierenden Anzeige
zu einer konstanten Leuchtanzeige wechseln.
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Auch
die vereinfachte Variante des Verfahrens sieht vor, dass nach Auswahl
des Steuermodus zur Konstanthaltung der Temperatur die mittlere
Einschaltdauer für
die Heizeinrichtung konstant gehalten werden kann. Es kann jedoch
auch die Heizleistung des Heizelements konstant gehalten werden.
Ggf. können
auch beide Parameter konstant gehalten werden.
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Eine
erfindungsgemäße Steuervorrichtung zum
Ansteuern einer Heizeinrichtung eines Gargeräts mit den Markmalen des Anspruchs
12 bzw. des Anspruchs 13 ermöglicht
es, nach Aktivierung eines bestimmten Steuermodus eine Temperatur
am Kochgeschirr bzw. an der Kochstelle weitgehend konstant zu halten,
ohne dass weitere manuelle Eingriffe notwendig sind.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
eine neuartige Ansteuerung von Kochfeldern. Hierbei kann der Benutzer
des Kochfeldes für
eine definierte Kochstelle zu jedem sinnvollen Zeitpunkt einen bestimmten
Kochmodus aktivieren. Nach dieser Aktivierung wird die Temperatur
der zu garenden Speisen im Kochgeschirr auf der ausgewählten Kochstelle
innerhalb bestimmter Grenzen weitgehend konstant gehalten. Das Verfahren
ermöglicht
es, durch eine geeignete Automatisierung des Vorganges „Reduzieren
und Korrigieren der Energiezufuhr für die Heizeinrichtung der ausgewählten Kochstelle
zur Erreichung einer mehr oder weniger konstanten Temperatur im
Lebensmittel eine Automatisierung herbei zu führen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer Kochstelle mit einer elektrischen
Heizeinrichtung, gemäß einer
ersten Ausführungsvariante
der Erfindung,
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2 ein
Diagramm zur Illustration einer herkömmlichen Temperatursteuerung
und
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3 ein
Diagramm zur Illustration des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
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1 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung einer Kochstelle 10,
die einen Heizkörper 11 mit
einer elektrischen Heizeinrichtung 12 aufweist, die unterhalb
einer Glaskeramikfläche 14 angeordnet ist.
Auf der Glaskeramikfläche 14 und
oberhalb der Kochstelle 10 befindet sich ein Kochgeschirr 22 mit zu
garenden Speisen. Ein Temperatursensor 16 ist nahe der
Glaskeramikfläche 14 bzw.
am Heizkörper 11 angeordnet.
Ein vom Temperatursensor 16 geliefertes Temperatursignal 18 wird
an eine Auswerteschaltung 20 geliefert. Diese Auswerteschaltung 20 ermöglicht eine
Auswertung der Signale, die vom Temperatursensor 16 geliefert
werden, und eine davon abhängige
Ansteuerung der Heizeinrichtung 12 mittels eines Steuersignals 21.
Sobald die Temperatur nur noch innerhalb eines definierten Bereiches schwankt,
wird von der Auswerteschaltung 20 erkannt, dass sich die
Heizeinrichtung 12 in einem eingeschwungenen Zustand befindet.
Es kann dabei angenommen werden, dass die Temperatur im Kochgeschirr 22 ebenfalls
weitgehend konstant bleibt, so dass die im Kochgeschirr 22 befindlichen
zu garenden Speisen mit einer konstanten Temperatur gegart werden
können.
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Zwischen
Temperatursensor 16 und Heizeinrichtung 12 ist
im dargestellten Ausführungsbeispiel eine
Abschirmung 26 vorgesehen, so dass der Temperatursensor 16 weitgehend
nur die tatsächlichen Temperaturen
an der Glaskeramikfläche 14 erfasst. Anstelle
des gezeigten Temperatursensors 16 kann auch ein Infrarotsensor
vorhanden sein, der eine Temperatur an einer Mantelfläche des
Kochgeschirrs erfasst.
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Die
Auswerteschaltung 20 ist weiterhin mit einer ersten Eingabeeinrichtung 24 gekoppelt.
Dies kann bspw. ein herkömmlicher
Drehknebel zur Temperaturauswahl bzw. zur Vorgabe einer Heizleistung sein.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist vorgesehen, dass mittels einer manuellen Eingabemöglichkeit
ein Steuermodus aktivierbar ist, der ein Konstanthalten der Temperatur
vorsieht, sobald dies der Benutzer wünscht und sobald die Auswerteschaltung 20 einen
eingeschwungenen Zustand der Heizeinrichtung 12 erkannt
hat. Zur Aktivierung des erwähnten Steuermodus
zur Konstanthaltung der Temperatur ist eine zweite Eingabeeinrichtung 28 vorgesehen,
die bspw. ein Taster o. dgl. sein kann.
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Eine
mögliche
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens wird nachfolgend kurz dargestellt. Die Temperatursignale 18 des
Temperatursensors 16 werden der Auswerteschaltung 20 zur
Verfügung
gestellt, die eine Auswertung dahin gehend vornimmt, ob sich die Temperaturen
innerhalb eines vorgegebenen Schwankungsbereichs bewegen. Ist dies
der Fall, kann durch manuelle Eingabe an der zweiten Eingabevorrichtung 28 vom
Benutzer definiert werden, dass die eingeschwungene Temperatur möglichst konstant
gehalten werden soll. Eine Ansteuerstufe sorgt in diesem Fall dafür, dass
die mittlere Einschaltdauer bzw. die Energiezufuhr zur elektrischen
Heizeinrichtung 12 weitgehend konstant bleibt, so dass sich
die Temperatur innerhalb des Kochgeschirrs 22 auf dem gewünschten
Niveau einpendeln kann.
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Die
Tatsache, dass dich die Temperatur im eingeschwungenen Zustand befindet,
kann vorzugsweise mittels einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise
einer Leuchtanzeige 30 visualisiert werden. Diese Leuchtanzeige 30 kann
bspw. von einer intermittierenden Anzeige in eine Daueranzeige überwechseln, sobald
die vorgegebene maximale Schwankungsbreite der Temperatur erreicht
ist.
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2 verdeutlicht
in einem Zeit-Temperatur-Diagramm einen typischen Ablauf eines Garvorgangs.
Zum Zeitpunkt t0 wird eine ausgewählte Kochstelle
aktiviert, indem eine Heizeinrichtung mit Energie beaufschlagt wird.
Die Temperatur an der Kochstelle steigt zunächst linear, später dann
mit schwächer
steigender Kurve bis zur Temperatur T1 an,
bis der Benutzer zum Zeitpunkt tE1 einen
ersten Steuereingriff vornimmt, weil er die Gartemperatur für zu hoch
hält. Die
Heizleistung wird durch einen manuellen Steuereingriff, bspw. an
der ersten Eingabevorrichtung 24 entsprechend 1 reduziert,
bis die Temperatur an der Kochstelle den tieferen Wert T2 erreicht hat. Hier vermutet der Benutzer
eine zu niedrige Gartemperatur und steigert zur Zeit tE2 mit
einem zweiten manuellen Steuereingriff die Heizleistung wieder. Ähnliches
wiederholt sich zu den Zeitpunkten tE3 und
tE4, bei denen die Temperaturen T3 bzw. T4 erreicht
sind. Der gesamte Garvorgang ist gekennzeichnet durch eine Vielzahl
von manuellen Eingriffen zur Beeinflussung der Gartemperatur, da
die möglicherweise
bereits vorhandene einfache Steuerschaltung zur Einstellung einer
gewünschten
Temperatur lediglich eine bestimmte mittlere Einschaltdauer einer
elektrischen Heizeinrichtung und/oder eine Begrenzung einer elektrischen
Energieversorgung auf einen bestimmten Wert vorsieht, jeweils in
Abhängigkeit
der Vorauswahl durch den Benutzer.
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3 verdeutlicht
in einem weiteren Zeit-Temperatur-Diagramm eine mögliche Regelstrategie,
die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens realisierbar
ist. Hierbei wird die Heizeinrichtung zum Zeitpunkt t0 aktiviert,
bis die Temperatur an der Kochstelle einen vom Benutzer für den Garverlauf
als günstig
erkannten Wert erreicht hat. Die flacher werdende Temperaturkurve
nach dem zunächst
steilen Anstieg kann auf den Eingriff einer sehr einfachen Regelschaltung
zurückzuführen sein,
die für
eine intermittierende Energiezufuhr je nach Auswahl der Heizstufe
sorgt. Die Einschaltdauer für
die Heizeinrichtung hängt
in diesem Fall von der vorgewählten Heizstufe
ab. Sobald sich die Temperatur an der Kochstelle innerhalb einer
vorgebbaren Schwankungsbreite ΔT
befindet, kann der Benutzer zu einem beliebigen sinnvollen Zeitpunkt
tx den erfindungsgemäßen Steuermodus aktivieren,
mit dessen Hilfe die Gartemperatur weitgehend konstant gehalten
wird. Die Tatsache, dass sich die Heizeinrichtung in einem eingeschwungenen
Zustand befindet, kann dem Benutzer auf vorteilhafte Weise mittels
einer Leuchtanzeige 30 (vgl. 1) angezeigt
werden.
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Besonders
vorteilhaft lässt
sich die vorliegende Erfindung bei sehr einfach ausgestatteten Gargeräten einsetzen,
bei denen keine Temperaturerfassung an den Kochstellen vorgesehen
ist. Die Heizleistung der einzelnen Kochstellen lässt sich
bei solchen Gargeräten
lediglich durch manuelle Einstellung der Kochstufen steuern, so
dass sich auch die gewünschten
Gartemperaturen nur aufgrund von Erfahrungswerten des Benutzers
grob abschätzen
lassen. 2 verdeutlicht einen typischen
Steuervorgang für
ein solches Gargerät,
der bei einem ungeübten
Benutzer durch eine Vielzahl von manuellen Steuereingriffen gekennzeichnet
ist.
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Bei
Kochstellen ohne Temperatursensoren kann allerdings eine Gartemperatur
abgeschätzt
werden, da sie im Wesentlichen von der mittleren Einschaltdauer
der Heizeinrichtung sowie von der Energiezufuhr für diese
abhängt.
Diese Zusammenhänge können vom
Gargerätehersteller
mittels Messreihen erfasst werden. In der Auswerteschaltung 20 können die
entsprechenden Kennlinien für
diese erfassten Temperaturverläufe
abgespeichert und für
das erfindungsgemäße Steuerverfahren
zur Verfügung
gestellt werden. Mittels dieser Kennlinien können auch die sinnvollen Zeitpunkte
angegeben und visualisiert werden, ab denen eine Temperatur weitgehend
konstant gehalten werden kann, da hierbei die Heizeinrichtung einen
eingeschwungenen Zustand erreicht hat. Hierfür ist dann lediglich noch ein
einfacher Tastendruck mittels der zweiten Eingabevorrichtung 28 (vgl. 1)
notwendig, von dem ab die Steuerschaltung 20 die zu diesem
Zeitpunkt gerade vorgegebene Heizleistung und/oder mittlere Einschaltdauer
konstant hält.
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- 10
- Kochstelle
- 11
- Heizkörper
- 12
- Heizeinrichtung
- 14
- Glaskeramikfläche
- 16
- Temperatursensor
- 18
- Temperatursignal
- 20
- Auswerteschaltung
- 21
- Steuersignal
- 22
- Kochgeschirr
- 24
- erste
Eingabeeinrichtung
- 26
- Abschirmung
- 28
- zweite
Eingabevorrichtung
- 30
- Leuchtanzeige