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Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Backofen mit Steinplatten
und Infrarotheizung für die industrielle, gewerbliche oder
private Nutzung zum Backen von Brot, Brötchen und anderen
Lebensmitteln.
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Zum
Backen von Brot wurden über einen langen Zeitraum von mehreren
Tausend Jahren mit offenem Feuer erhitzte Steine und Steinbackofen
benutzt. Die Wirkungsweise des Steinbackofens beruht im Wesentlichen
auf dem Effekt infraroter Strahlung im nicht sichtbaren Bereich,
die von erhitzten Steinen ausgeht. Erst in neuerer Zeit, mit der
Erfindung der Elektrizität, werden Backöfen, Vorbacköfen,
Durchlauföfen und Etagenöfen benutzt, die mit
einer elektrischen Heizung oder Infrarotheizung auf die entsprechende
Backtemperatur erhitzt werden. Für das Backgut werden hauptsächlich
Backplatten aus Eisen- oder Stahlblech verwendet. Gemäß der
DE 34 01 092 C2 besteht
bei Eisen- oder Stahlplatten der Nachteil der großen Wärmeleitfähigkeit,
so dass das Backgut leicht verbrennt. Außerdem kühlen
sie schnell wieder ab, weil keine Speicherwärme erhalten
wird. Das Backen im Steinofen ergibt demgegenüber für
bestimmte Backwaren eine höhere Backqualität im
Vergleich zu elektrischen Backöfen mit Backblechen aus
Stahl. Eine verbesserte Backqualität zeichnet sich durch
eine wesentlich dickere Kruste der Backwaren aus. Die Backwaren
bleiben dadurch länger backfrisch und knusprig. Dies gilt
besonders für Brötchen oder Brot.
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Nach
der
DE 34 01 092 C2 wurde
ebenso seit langem versucht, das Backen auf Stein durch Backplatten
aus Stein zu imitieren. Es wurden Asbestzementplatten wie Eternit
oder gepresste Schamotteplatten verwendet. Diese Steinplatten sind leicht
zu reinigen und weisen eine gute Freigabeeigenschaft für
das Backgut auf.
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Nach
der
DE 20 2006
014 575 U1 besteht ein Backofen mit Steinplatten aus einem
oder in mehrere Etagen unterteilten Backraum, in dem Radiatoreinheiten
horizontal in den Backraum ragend angeordnet sind. Auf den Radiatoreinheiten
ist jeweils eine Steinplatte spaltfrei aufliegend angeordnet. Das Backgut
wird beispielsweise mit einem Rollwagen in den Backraum gebracht.
Die Backtemperatur wird mit der ölbetriebenen Radiatoreinheit
erreicht. Die Radiatoreinheiten wirken dabei als Unterhitze für
das darüber angeordnete Backblech bzw. die Steinplatte, und
als Oberhitze für das darunter befindliche Backblech beziehungsweise
das Backgut auf der Steinplatte. Die zum Backen eingesetzte Infrarotstrahlung im
nicht sichtbaren Bereich geht somit in der Hauptsache von der Radiatoreinheit
und nicht von den Steinplatten aus, wie vergleichsweise bei einem Steinbackofen.
Die Steinplatten sind relativ dünn mit einer Stärke
von vorzugsweise 3 bis 8 mm ausgebildet. Außerdem müssen
die Steinplatten eine hohe Wärmeleitzahl aufweisen, damit
die von der Radiatoreinheit ausgehende Strahlung auf die Steinplatte übergeht.
Die Steinplatten sollen aus glasfaserverstärktem Pressmaterial
hergestellt werden. Dies bietet den Vorteil einer Einstellbarkeit
des thermischen Expansionskoeffizienten auf den Wert des Materials, aus
dem die Radiatoreinheiten bestehen, insbesondere Stahl. Es bestehen
sonst erhebliche Temperaturunterschiede, die sich negativ auf die
Lebensdauer der dünnen Steinplatte auswirken können.
Außerdem ist dadurch die Oberhitze wesentlich größer
als die von den Steinplatten ausgehende Unterhitze. Im Steinbackofen
ist es umgekehrt, weil das Backgut direkt auf der Steinplatte aufliegt
und die den Backraum einschließenden Seitenwände
die gleiche Temperatur aufweisen wie die Steinplatte des Bodens selber.
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Entsprechend
den Ausführungen in der
DE 34 01 092 C2 beträgt die mit
dem Thermostaten eingestellte Backtemperatur bei einem Backofen
mit Asbestfaserzementplatten 280 bis 290°C, während
die Temperatur der mit Brot belegten Steinplatten 134°C und
die Lufttemperatur im Backofen 144°C beträgt. Es
bestehen somit funktionsbedingt erhebliche Temperaturunterschiede
zwischen der Unterhitze und der Oberhitze, die von den Idealbedingungen
eines Steinbackofens auffallend abweichen.
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Es
wurde desgleichen versucht mit speziellen Infrarotstrahlern den
Backvorgang zu optimieren. In der
DE 10345109 A1 sind Strahlermodule für Backöfen
und zur thermischen Behandlung von Gütern und Lebensmitteln
beschrieben, die eine möglichst schnelle und energiesparende
Bearbeitung insbesondere bei niedrigen Temperaturen ermöglichen. Dies
wird durch Strahlermodule erreicht, die in bekannten Backöfen
mit Primärenergie beheizt sind. Die Strahlungswärme
wird durch Backbleche aufgenommen, die auf ihren Oberflächen
oder auf beiden Oberflächen mit Keramiken versehen sind.
Diese können in einem beliebigen Ofen in direktem Kontakt gebracht
oder in einem bestimmten Abstand zum System der primären
Energie angeordnet werden, so dass diese Emitter aufgrund der Kontaktwärme
der Strahlungswärme oder der Konvektionswärme
eine Infrarot-Strahlung emittieren, die auf ein in der Vorrichtung
enthaltenes, thermisch zu behandelndes Gut gerichtet wird. Es können
beliebige Stahl-, Aluminium- oder Steinplatten oder -tafeln oder
dergleichen eingesetzt werden, die auf ihren Oberflächen
oder auf beiden Oberflächen mit Keramiken versehen sind.
Die primäre Energiequelle ist beispielsweise ein elektrischer
Infrarot-Heizstab.
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Entsprechend
der
DE 10310405 A1 liegen die
Temperaturen bei Infrarotöfen etwa im Bereich zwischen
800°C und 1200°C. Aufgrund der unterschiedlichen
Temperaturen zwischen den Primärstrahlern und den Steinplatten
beziehungsweise Backblechen ist das Backergebnis nicht mit einem Steinbackofen
vergleichbar. Wenn die Steinplatten mit einem Primärstrahler
erwärmt werden, erhält das Backgut entweder offensichtlich
zuviel Oberhitze oder zuwenig Unterhitze. Nach
DE 34 01 092 C2 sind daher
große Fabrikbrote schwierig auszubacken. Sie sind schwammig
im Vergleich mit einem Brot mit dicker Kruste aus einem Steinbackofen.
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Die
Erfindung bezweckt einen elektrischen Backofen mit Steinplatten
für die industrielle, gewerbliche oder private Nutzung
zum Backen von Brot, Brötchen und anderen Lebensmitteln,
mit einem infrarot strahlenden Heizsystem, das mit einem traditionellen
mit einem offenen Feuer beheizten Backofen aus Stein vergleichbar
ist.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch einen Backofen mit mindestens einer beheizbaren Steinplatte
gelöst, die aus Stein, Kunststein, Zement, Beton oder einer
keramischen oder feuerfesten Masse besteht, die flächig
mit einer durch elektrischen Strom aufheizbaren, elektrisch leitfähigen
Heizschicht auf der Basis von Graphitteilchen oder Kohlenstoff-Fasern
oder einem Gemisch von Kohlefasern und Glasfasern, einem Kohle-Glasfaser-Vlies, Kohlefasergewebe,
Kohle-Glasfasergewebe oder Kohlenstoff-Nanoröhren oder
aus einer reinen Kohlefaser versehen ist.
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Der
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Steinplatte in einem
Backofen direkt durch die flächenförmige elektrisch
leitfähige Heizschicht aufgeheizt wird. Die elektrische
Widerstandsheizung mit einer durch elektrischen Strom aufheizbaren
Heizschicht auf der Basis von Graphitteilchen oder Kohlenstoff-Fasern
basiert auf dem Prinzip der Wärmestrahlung im nicht sichtbaren
Infrarotbereich gegenüber dem Prinzip der Konvektion herkömmlicher
Heizungen durch Luftaustausch oder Wärmestrahlung teils
im sichtbaren Bereich. Die Wärmestrahlung der erfindungsgemäßen
Steinplatte im nicht sichtbaren Infrarotbereich entspricht der Wärmestrahlung,
die normalerweise in einem Backofen aus Stein nach dem Aufheizen
an das Backgut abgegeben wird. Mit einer Steinplatte und einer flächenförmig
angeordneten elektrischen Heizschicht aus Kohlenstoffteilchen oder
Kohlenstoff-Fasern können erstmals die in einem überlieferten
Steinbackofen herrschenden Backbedingungen identisch nachgebildet
und die Backtemperaturen optimal geregelt werden.
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Die
Steinplatte mit einer elektrischen Widerstandsheizung kann etagenförmig
oder raumeinschließend zur Begrenzung des Backraumes an
den Innenseiten des Backofens eingesetzt werden. Nach einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung besteht die Steinplatte aus einer faserverstärkten
Zementplatte und der elektrisch leitenden Heizschicht. Hierbei ist
es besonders vorteilhaft, wenn die elektrisch leitfähige
Heizschicht laminatförmig in die Steinplatte eingefügt
ist, welche aus zwei Lagen Zement und der innenliegenden Heizschicht
besteht. Beim Einsatz einer Steinplatte mit einer innenliegenden
Heizschicht in einem Backofen mit mehreren Etagen ergibt sich eine
gleichmäßige Temperatur für die Oberhitze
und die Unterhitze, vergleichbar mit einem Backofen aus Stein. Es
können auf diese Weise große Brote mit dicker
Kruste und krustige Brötchen gebacken werden, die lange
frisch und knusprig bleiben. Durch die mit dem Steinbackofen identische Wirkung
kommt auch der Duft frischer Backwaren besser zur Geltung.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert
werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen. Im Einzelnen zeigt
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1 zeigt
einen Backofen mit mehreren in Etagen angeordneten Steinplatten
für die industrielle und gewerbliche Nutzung und
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2 einen
Backofen mit Steinplatten vorzugsweise für die private
Nutzung in schematischer Darstellung.
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1 zeigt
stark schematisiert einen Backofen mit einem wärmeisolierten
Gehäuse 1, in dem in mehreren Etagen Steinplatten 2 mit
einer durch elektrischen Strom aufheizbaren, elektrisch leitfähigen Heizschicht 3 auf
der Basis von Graphitteilchen oder Kohlenstoff-Fasern angeordnet
sind. Die beheizbaren Steinplatten 2 können lösbar
oder fest mit dem Gehäuse 1 verbunden werden.
Das Beschicken und Ausziehen des Backgutes 6 nach dem Ausbacken kann
mit einem herkömmlichen Ofenlader erfolgen. Das Backgut 6 kann
auch mit einem Stikkenwagen in den Backraum eingefahren werden.
Das Backgut 6 kann sich in diesem Fall auf einem netzartigen
oder gitterförmigen Backgutträger befinden, der
für die Wärmestrahlen der Unterhitze durchlässig
ist. Das Abkühlen des Backgutes 6 ist dadurch
einfacher und energiesparender gegenüber einem Stikkenwagen mit
Backblechen oder einem Steinplattenwagen, in dem sehr viel Ofenwärme
gespeichert ist. Für den Bäcker ergibt sich dadurch
eine Kosteneinsparung durch Senkung des Energieverbrauchs und eine
Arbeitserleichterung durch eine Verringerung der Wärmebelastung
in der Backstube.
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Die
Steinplatte 2 kann aus Stein, Kunststein, Zement, Beton
oder einer keramischen oder feuerfesten Masse bestehen, die mit
der elektrisch leitfähigen Heizschicht 3 vollflächig
verbunden ist. Die Heizschicht 3 besteht im Wesentlichen
aus Graphitteilchen und/oder Kohlenstoff-Fasern oder einem Gemisch
von Kohlefasern und Glasfasern. Ebenso kann vorteilhaft ein Kohle-Glasfaser-Vlies,
Kohlefasergewebe oder Kohle-Glasfasergewebe eingesetzt werden. Desgleichen
eignen sich Kohlenstoff-Nanoröhren oder reine Kohlefaser.
Die Stromversorgung der Heizschicht 3 erfolgt durch zwei
sich gegenüberliegende und parallel verlaufende Elektroden,
vorzugsweise aus Kupfer, die an den Stirnseiten oder Seitenkanten
der Steinplatte 2 angeordnet sind. Entsprechend der Größe
der Steinplatte 2 und dem daraus resultierenden ohmschen
Widerstand der Heizschicht 3 können zusätzliche
Elektroden innerhalb der Heizschicht 3 angeordnet werden.
Die Elektroden sind mit einer dementsprechenden Stromversorgung
und Temperatursteuerung verbunden. Auf diese Weise hat der Backofen
mit einer beheizbaren Steinplatte 2 einen denkbar konstruktiv
einfachen Aufbau. Der Backofen kann mit einer Vielzahl von Einschüben
in unterschiedlich hohen Etagen versehen werden, in welche die Steinplatten 2 in
verschiedener Höhe entsprechend der Größe
des Backgutes 6 eingeschoben werden. Im Einschub können
Kontaktvorrichtungen für die Stromversorgung der Elektroden
der Heizschicht 3 vorgesehen werden. Die beheizbaren Steinplatten 2 sind
dann leicht auswechselbar und in variabler Etagenhöhe einsetzbar.
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Die
Steinplatte 2 kann aus Stein, Kunststein, Zement, Beton
oder einer keramischen oder feuerfesten Masse bestehen, die flächig
mit der Heizschicht 3 versehen ist. Vorzugsweise besteht
die Steinplatte 2 aus einer mit Glasfasern verstärkten
Zementplatte anstelle der bekannten Asbestzementplatte. Die mit
Glasfaser verstärkte Steinplatte 2 ist ein Bauelement
von sehr dünner Form mit einem Bindemittel beispielsweise
Zement. Unter dem Begriff Zement sollen desgleichen Mischbinder
verstanden werden. Diese Bindemittel werden bei der Herstellung
mit Glasfasern oder anderen Fasern vermischt und unter Zusatz von
gegebenenfalls Zusatzstoffen zu einer dünnen Faserplatte
verformt und verdichtet. Die so hergestellte Steinplatte 2 besitzt
neben dem geringen Gewicht eine hohe Festigkeit.
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Nach 1 ist
die elektrisch leitfähige Heizschicht 3 laminatförmig
in die Steinplatte 2 eingefügt. Für die
Herstellung der Steinplatte 2 eignet sich besonders Faserzement
der mit Glasfaser verstärkt ist. Eine derartige Faserzementplatte
lässt sich leicht in einem kontinuierlichen Verfahren herstellen,
bei dem auf eine untere Schicht Faserzement ein Kohlefaser-Vlies,
ein mit Glasfaser verstärktes Kohlefaservlies, Kohlefasergewebe
oder Kohle-Glasfasergewebe aufgebracht wird, das nachfolgend durch
eine weitere Schicht Faserzement eingeschlossen wird. Die Herstellung
der Steinplatten 2 aus Faserzement ist konstruktiv einfach
und besonders preiswert. Die Heizschicht 3 ist damit derart
umhüllt, dass sie nicht beschädigt werden kann.
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2 zeigt
stark schematisiert einen Backofen beispielsweise für die
private Nutzung, bei dem sämtliche Innenseiten ganz oder
teilweise mit einer beheizbaren Steinplatte 2 versehen
sind. Die Steinplatten 2 umschließen auf diese
Weise raumeinschließend den Innenraum des Backofens, wie
das bei einem Backofen aus Stein herkömmlich ist. Die Erfindung
soll jedoch auf die in 2 gezeigte Ausführungsform
des Innenraums nicht beschränkt werden. Vielmehr ist es
im Rahmen der Erfindung und der Patentansprüche möglich,
die Seitenwände bogenförmig in gekrümmter
Form wie bei einem Backofen aus Stein herzustellen. Dies kann mit
Faserzement leicht realisiert werden.
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Bei
einem Backofen nach 2 kann die elektrisch leitfähige
Heizschicht 3 auf der Basis von Graphitteilchen oder Kohlenstoff-Fasern
auf der Rückseite der Steinplatte 2 angeordnet
werden. Vorzugsweise besteht die Steinplatte 2 aus einer
mit Glasfasern verstärkten Zementplatte, die zur Verringerung
der Wärmeverluste auf der Rückseite mit einer
Wärmeisolation 4 versehen ist. Die Wärmeverluste
können wirksam reduziert werden, wenn in dem Backofen zur
Isolation ein Vakuumisolationspaneel eingesetzt wird. Ein Vakuumisolationselement
beinhaltet eine mikroporöse Wärmedämmplatte,
welche in eine Verbundfolie vakuumdicht eingeschweißt wird.
Die Wärmeleitfähigkeit des Vakuumisolationspaneels
beträgt nur etwa ein Zehntel des Wertes herkömmlicher
Dämmmaterialien wie Mineralfasern oder Schaumstoffe. Das
Vakuumisolationspaneel kann daher vorteilhaft eingesetzt werden,
wenn ein geringes Gewicht und einen extreme Wärmedämmung
erforderlich ist.
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Das
Vakuumisolationspaneel besteht aus einem porösen Kernmaterial
geringer Wärmeleitfähigkeit und einer vakuumdichten
Umhüllung. Das poröse Kernmaterial wird zur Bildung
eines Vakuums innerhalb des Vakuumisolationspaneels evakuiert und die
Umhüllung wird luftdicht verschlossen. Das Material des
Vakuumisolationspaneels besteht beispielsweise aus mikroporösem
Kieselsäurepulver oder offenporigen Schäumen aus
Polyurethan oder Polystyrol. Zur Verringerung der Wärmeverluste
durch Wärmestrahlung wird für die Umhüllung
des Vakuumisolationspaneels eine metallisierte und reflektierende Barrierefolie
eingesetzt.
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Zusätzlich
kann die Wärmedämmung dadurch verbessert werden,
dass die Wärmeisolation 4 von der Heizschicht 3 durch
eine Luftschicht 5 beanstandet angeordnet wird. Mit dem
Vakuumisolationspaneel kann eine hohe Wärmeisolierung erreicht werden.
Der elektrische Backofen mit beheizbaren Steinplatten 2 und
einer Wärmedämmung mittels Vakuumisolationspaneelen
hat damit einen sehr geringen Energieverbrauch.
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Eine
beheizbare Steinplatte 2 kann auch in einem Durchlaufbackofen
oder Tunnelofen mit während des Backens sich bewegenden
Backflächen zum Erzeugen von Oberhitze oder Unterhitze
eingesetzt werden. Gegebenenfalls ist es mit einer passenden Schleifkontaktanordnung
ebenfalls möglich, die Backflächen selber zu beheizen.
Außerdem können in einem Tunnelofen die Seitenflächen
und Innenflächen mit entsprechend geformten Steinplatten 2 beheizbar
ausbildet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3401092
C2 [0002, 0003, 0005, 0007]
- - DE 202006014575 U1 [0004]
- - DE 10345109 A1 [0006]
- - DE 10310405 A1 [0007]