DE102008038783B4

DE102008038783B4 - Küchenmaschine mit einem Rührgefäß sowie Verfahren hierzu

Info

Publication number: DE102008038783B4
Application number: DE102008038783.5A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Weber Klaus-Martin
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2028-08-13
Also published as: DE102008038783A1

Abstract

Küchenmaschine (1) mit einem Rührgefäß (4), in welchem Rührgefäß (4) ein Rührwerk (5) angeordnet ist, wobei ein Boden (11) des Rührgefäßes (4) über eine kreisscheibenförmige Widerstandsheizung (10) aufheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsheizung (10) in Radialrichtung geteilt ist und zwei oder mehr gesondert ansteuerbare Heizabschnitte (12, 13) aufweist, wobei ein Heizabschnitt (12, 13) zumindest teilweise radial außerhalb eines anderen Heizabschnittes (13, 12) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst eine Küchenmaschine mit einem Rührgefäß, in welchem Rührgefäß ein Rührwerk angeordnet ist, wobei ein Boden des Rührgefäßes über eine kreisscheibenförmige Widerstandsheizung aufheizbar ist.
Küchenmaschinen der in Rede stehenden Art sind bekannt. Es wird beispielsweise auf die EP 1 274 333 B1 verwiesen. Aus dieser ist eine Küchenmaschine bekannt, bei der der Boden des der Küchenmaschine zuzuordnenden Rührgefäßes ein Widerstands-Heizelement aufweist, welches insgesamt kreisscheibenförmig ausgebildet ist. Hierdurch ist eine direkte Beheizung des Rührgefäßes bzw. des Rührgefäßbodens und somit des in dem Rührgefäß enthaltenen Gargutes erreichbar. Zur Temperaturregelung des Heizelements ist ein Messfühler in Form eines NTC-Elements in dem Rührgefäßboden, zugeordnet dem Heizelement vorgesehen.
Zum Stand der Technik ist des Weiteren noch auf die DE 37 23 018 A1 und die US 2 652 235 A zu verweisen.
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik beschäftigt sich die Erfindung mit der Aufgabenstellung, eine Küchenmaschine hinsichtlich der Wärmeübertragung günstig auszugestalten.
Diese Aufgabe ist nach einer ersten Lösung beim Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass die Widerstandsheizung in Radialrichtung geteilt ist und zwei oder mehr gesondert ansteuerbare Heizabschnitte aufweist, wobei ein Heizabschnitt zumindest teilweise radial außerhalb eines anderen Heizabschnittes angeordnet ist. Zufolge dieser Ausgestaltung kann durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen Heizabschnitte die Heizleistung an die vorliegenden Temperaturverhältnisse insbesondere während des Aufheizvorganges angepasst werden. Darüber hinaus kann zufolge der vorgeschlagenen Ausgestaltung die bei geringeren Heizleistungen deutlich kürzeren Einschaltzyklen der Heizung resultierend aus der Begrenzung der sogenannten Flicker-Norm genutzt werden. Diese Flicker-Norm (DIN EN 6100-3-3) regelt die Spannungsrückwirkung auf das Stromnetz infolge des Ein- und Ausschaltens des oder der Heizabschnitte in kurzer Folge. Dabei sind mit zunehmender geschalteter Leistung größere minimale Abstände zwischen einzelnen Schaltvorgängen erforderlich. Die einzelnen Heizabschnitte sind darüber hinaus in bevorzugter Ausgestaltung parallel, seriell oder auch einzeln schaltbar, wobei sich bei einer beispielhaften Ausgestaltung mit zwei Heizabschnitten, die jeweils einen Heizwiderstand von 50 bis 100 Ohm, bevorzugt 66 Ohm aufweisen, Leistungen erreicht werden, die in Parallelschaltung zwischen 1000 und 2200 W, bevorzugt 1600 W, bei singulärer Schaltung zwischen 500 und 1100 W, bevorzugt 800 W, sowie weiter bei serieller Schaltung zwischen 250 und 550 W, bevorzugt 400 W liegen. Durch die anpassbare Heizleistung infolge der gesonderten Steuerung der einzelnen Heizabschnitte ist die Oberflächentemperatur durch entsprechende Schaltung der Heizabschnitte so einstellbar, dass einem Anbrennen von in dem Rührgefäß aufgenommenem Gargut entgegengewirkt wird. Zugleich sind die Regeleigenschaften bei reduzierter Leistung verbessert. Eine Umschaltung von parallelem zu seriellem Betrieb erfolgt bevorzugt bei kritischen Oberflächentemperaturen, weiter bevorzugt auch kurz vor Erreichen der Medien-Zieltemperatur. Bei unkritischen Medien, das heißt bei unkritischen Temperaturverhältnissen kann mit erhöhter Leistung, beispielsweise mit 1600 W im Parallelbetrieb zweier entsprechender Heizabschnitte, eine deutlich erhöhte Aufheizgeschwindigkeit erzielt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass die Heizabschnitte konzentrisch zueinander angeordnet sind, so weiter insbesondere bei kreisringförmiger Ausgestaltung eines jeden Heizabschnittes. So können, wie weiter bevorzugt, zwei kreisringförmige Heizabschnitte in konzentrischer Anordnung zueinander die kreisscheibenförmige Widerstandsheizung bilden. Alternativ zur konzentrischen Anordnung können die Heizabschnitte auch parallel verlaufend spiralförmig oder weiter alternativ mäanderförmig zur Bildung der Widerstandsheizung angeordnet sein, dies unter zumindest abschnittweiser Nebeneinanderordnung der Heizabschnitte in Radialrichtung.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass die Heizabschnitte in Abhängigkeit einer Drehzahl des Rührwerks unterschiedlich temperiert sind. So ist bei einer beispielhaften koaxialen Anordnung von zwei Heizabschnitten vorgesehen, dass der äußere Heizabschnitt singulär mit beispielsweise 800 W genutzt wird, um bei hoher Drehzahl des Rührwerks mit Trombenbildung des Mediums im Zentrum des Rührgefäßes ein Trockenlaufen zu vermeiden. Bei entsprechender Trombenbildung ist der radial innere Heizabschnitt weniger temperiert bzw. ausgeschaltet. Darüber hinaus ist der Heizbetrieb auch ohne Rührwerksbetrieb bzw. mit diskontinuierlichem Rührwerksbetrieb möglich.
Weiter bevorzugt ist insbesondere bei einer koaxialen Anordnung der Heizabschnitte der radial innere Heizabschnitt mit einer größeren radialen Abmessung versehen als der radial äußere Heizabschnitt, dies weiter bevorzugt derart, dass sich zufolge der kreisscheibenförmigen Ausgestaltung der gesamten Widerstandsheizung gleiche oder annähernd gleiche Heizabschnittflächen ergeben.
Auch bei einer, wie weiter vorgeschlagenen spiral- oder mäanderförmigen Anordnung der Heizabschnitte können diese unterschiedliche, in Radialrichtung betrachtete Breitenabmessungen, darüber hinaus auch in Verlaufrichtung betrachtete Längen aufweisen. Weiter sind in einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes die Heizabschnitte unabhängig von ihrer Ausgestaltung hinsichtlich ihrer Widerstände unterschiedlich gestaltet, darüber hinaus weiter alternativ oder kombinativ hinsichtlich ihrer Leistungsdichte unterschiedlich.
Zufolge der vorgeschlagenen Aufteilung der Widerstandsheizung in zwei oder mehr gesondert ansteuerbare Heizabschnitte ist eine Leistungsänderung der Widerstandsheizung durch Umschalten der Heizabschnitte erreichbar, was darüber hinaus weiter eine Einstellung ohne Taktung ermöglicht. Alternativ ist auch ein Taktwechsel zwischen den Heizabschnitten möglich. Hierbei werden beispielsweise die Heizabschnitte zeitversetzt ein- und ausgeschaltet, womit eine hohe Heizleistung bei gleichzeitig hoher Schalthäufigkeit realisiert werden kann. So ist beispielsweise in einer Ausgestaltung eine Taktung vorgesehen, die zunächst einen ersten Heizabschnitt mit einer Leistung von beispielsweise 800 W einschaltet und anschließend einen zweiten Heizabschnitt hinzuschaltet, welcher zweite Abschnitt eine dem ersten Heizabschnitt entsprechende Leistung aufweist. Nach Hinzuschalten des zweiten Abschnittes werden in umgekehrter Reihenfolge die Heizabschnitte wieder ausgeschaltet. Eine weitere Schaltmöglichkeit besteht darin, mit einem ersten Heizabschnitt eine Basisleistung zu schalten, auf die mittels eines zweiten Heizabschnittes eine Zusatzleistung aufgetaktet wird.
Weiter ist durch die vorgeschlagene Lösung eine Reduzierung der einzelnen Heizabschnitte auf eine geringere Leistungsstufe, beispielsweise auf weniger als 400 W erreichbar, welche Reduzierung günstigere Taktverhältnisse ermöglicht.
Die einzelnen Heizabschnitte können gleich angesteuert werden. Alternativ werden diese unterschiedlich angesteuert, wobei weiter die Heizabschnitte unterschiedliche Regelverhalten aufweisen.
Insbesondere bei einer koaxialen Anordnung von beispielsweise zwei Heizabschnitten ergibt sich der weitere vorteilhafte Effekt einer unterschiedlichen Ansteuerung der Heizabschnitte bei einem Rühren zweier, unterschiedliche Dichten aufweisender Stoffe in dem Rührgefäß. Hierbei wird der schwerere Stoff nach radial außen gedrängt. Es ergeben sich entsprechend mindestens zwei Phasen, die mit unterschiedlichem Heizverhalten beaufschlagt werden können.
Die Erfindung betrifft weiter eine Küchenmaschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
Um hier eine Küchenmaschine der in Rede stehenden Art anzugeben, mittels welcher im Betrieb eine Erhöhung der maximalen Aufheizgeschwindigkeit beim Erhitzen von unkritischen Speisen in dem Rührgefäß bei gleichzeitiger Vermeidung des Anbrennen kritischer Speisen in dem Rührgefäß erreicht werden kann, wird vorgeschlagen, dass mit vertikalem Abstand zu der Heizfläche der Widerstandsheizung in der Gefäßwandung ein Medien-Temperaturfühler angeordnet ist, wobei der vertikale Abstand zu der Heizfläche bis zu 10 mm beträgt. Dieser Medien-Temperaturfühler misst in bevorzugter Ausgestaltung mit einem Abstand von einigen Millimetern zu der Heizfläche des Rührgefäßes die Medientemperatur in dem Rührgefäß. Die Lage des Medien-Temperaturfühlers liegt mit Abstand zu der Grenzschicht kritischer Medien und weiter außerhalb des direkten Einflussbereiches der Heizung. Dieser Medien-Temperaturfühler dient dem Ist-Vergleich der zu erzielenden Medien-Temperatur und besitzt eine hinreichende Messgenauigkeit, wobei weiter der Medien-Temperaturfühler in bevorzugter Ausgestaltung Bestandteil des Rührgefäßes ist und weiter über die Kontaktierung des Rührgefäßes in der Küchenmaschine elektrisch kontaktiert wird.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Medien-Temperaturfühler in einem vertikalen Abstand von 0,5 bis 5 mm, beispielsweise 3 mm oder 4,2 mm zu der Heizfläche in dem Rührgefäß angeordnet. Der Medien-Temperaturfühler kann mit den vorbeschriebenen Abständen vertikal oberhalb der Heizfläche angeordnet sein, so weiter bevorzugt in einer Höhe, in welcher auch bei nur geringer Befüllung des Rührgefäßes ein Kontakt mit dem aufzuheizenden Medium gegeben ist. Weiter alternativ kann der Medien-Temperaturfühler auch unterhalb der Heizfläche vorgesehen sein, wobei die Messung der Medien-Temperatur in diesem Fall durch den Heizboden erfolgt.
Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausgestaltung, bei welcher der Medien-Temperaturfühler zusätzlich zu einem Heizflächen-Temperaturfühler vorgesehen ist, der der Überwachung der zugeführten Heizenergie bzw. der Oberflächentemperatur der Heizung dient. Dieser befindet sich in weiter bevorzugter Ausgestaltung unterseitig der Widerstandsheizung, weiter im unmittelbaren Wirkungsbereich derselben und überwacht die Temperatur der Widerstandsheizung. Aus der Temperatur der Widerstandsheizung kann die korrespondierende Oberflächentemperatur der Heizung über den Zusammenhang der Wärmeleitung berechnet werden. Droht bei kritischen Speisen ein Anbrennen, so verschlechtert sich drastisch der Wärmeübergang in das Medium an der Oberfläche. Dies führt zu einem Anstieg der Heizleitertemperatur, die von dem Heizflächen-Temperaturfühler überwacht wird. Bei unkritischen Medien bleibt die Oberflächentemperatur relativ niedrig. Signifikante Veränderungen des Wärmeübergangs in der Grenzschicht treten hierbei nicht auf. Der Heizflächen-Temperaturfühler ist in unterschiedlichen Ausführungen vorsehbar. In diesem Fall ist die Anforderung an die Temperaturgenauigkeit, beispielsweise ±5 K oder mehr, deutlich geringer als an den Medien-Temperaturfühler zur Bestimmung der Medientemperatur (Messgenauigkeit etwa ±1 K bis ±2,5 K), wobei grundsätzlich die Erfassung lokaler Maximaltemperaturen auf der gesamten Heizfläche erforderlich ist. So kann beispielsweise ein großflächiger Heizflächen-Temperaturfühler bei Ausgestaltung der Widerstandsheizung durch leiterbahnartige Heizleiter in einem nahen, definierten Abstand hierzu verlaufen, dies weiter in Form einer Leiterbahn mit PTC- oder NTC-Verhalten mit überproportionaler Widerstandsänderung im zu überwachenden Temperaturbereich. Weiter beispielhaft kann der großflächige Heizflächen-Temperaturfühler durch ein aufgedrucktes Element parallel zu den Heizleitern gebildet sein. Darüber hinaus kann alternativ ein Heizungsbereich mit deutlich erhöhter Leistungsdichte vorgesehen sein, in dem es bei kritischen Speisen zuerst zum Anbrennen und damit zum Temperaturanstieg kommen wird. In diesem Bereich erhöhter Leistungsdichte ist in diesem Fall ein lokal begrenzter Temperaturfühler mit PTC- oder NTC-Verhalten vorgesehen. Weiter alternativ kann ein Sensor (Heizflächen- und/oder Medien-Temperaturfühler) ein indirekt wirkender Sensor sein. So kann beispielsweise die Temperatur über den Widerstand des indirekten Sensors ermittelt werden.
Durch die Anordnung sowohl eines Medien-Temperaturfühlers als auch eines Heizflächen-Temperaturfühlers wird ein Anbrennen von kritischen Speisen vermieden und darüber hinaus die Aufheizgeschwindigkeit deutlich erhöht, wobei die Anpassung der Heizleistung bevorzugt automatisch erfolgt.
Die Anordnung eines Heizflächen-Temperaturfühlers und eines Medien-Temperaturfühlers gemäß vorbeschriebener Ausführung ist zunächst im Zusammenhang mit einer, lediglich einen Heizabschnitt aufweisenden Heizung von Vorteil, darüber hinaus aber auch mit einer Widerstandsheizung, die zwei oder mehr gesondert ansteuerbare Heizabschnitte aufweist.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Regelung der Heizleistung einer Küchenmaschine mit einem Rührgefäß, in welchem Rührgefäß ein Rührwerk angeordnet ist, wobei ein Boden des Rührgefäßes über eine kreisscheibenförmige Widerstandsheizung aufheizbar ist, wobei eine Heizflächentemperatur erfasst wird.
Um ein Verfahren der in Rede stehenden Art derart verbessert auszugestalten, dass bei Erhöhung der maximalen Aufheizgeschwindigkeit beim Erhitzen von unkritischen Speisen gleichzeitig das Anbrennen kritischer Speisen vermieden wird, ist vorgesehen, dass zusätzlich zur Heizflächentemperatur eine Medientemperatur in einem vertikalen Abstand von bis zu 10 mm zur Oberfläche der Heizfläche der Widerstandsheizung erfasst wird, dass die Differenz der Heizflächentemperatur zu der Medientemperatur mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird und dass bei Überschreiten des Schwellwertes die Heizleistung vermindert und/oder die Rührwerksdrehzahl erhöht wird. Zufolge des vorgeschlagenen Verfahrens wird die Heizleistung in Abhängigkeit der Temperaturverhältnisse von Medien- und Heizungstemperatur angepasst. Hierzu werden die Oberflächentemperatur der Heizung, der Temperaturgradient an der Heizung sowie die Medientemperatur und der Temperaturgradient des Mediums ausgewertet. Durch die angepasste Heizleitung reduziert sich die Oberflächentemperatur, womit einem Anbrennen von Gargut in dem Rührgefäß entgegengewirkt wird. Zugleich ist eine Verbesserung der Regeleigenschaften bei reduzierter Leistung erreicht. Ein Medien-Temperaturfühler misst hierzu wenige Millimeter oberhalb der Heizfläche die Medien-Temperatur im Rührgefäß, wobei die Lage dieses Temperaturfühlers bevorzugt oberhalb der Grenzschicht kritischer Medien und außerhalb des direkten Einflussbereiches der Heizung gewählt ist. Alternativ kann die Medien-Temperaturermittlung auch durch den Heizboden erfolgen, wobei der entsprechende Sensor unterhalb des Heizbodens mit hinreichendem Abstand zu den Heizleitern angeordnet ist. Der Medien-Temperaturfühler dient dem Ist-Vergleich der zu erzielenden Medientemperatur und besitzt eine hinreichende Messgenauigkeit. Der Heizflächen-Temperaturfühler überwacht die Temperatur der Widerstandsheizung, wobei aus der Temperatur der Leiterbahnen der Widerstandsheizung die korrespondierende Oberflächentemperatur der Heizung über den Zusammenhang der Wärmeleitung ermittelt wird. Überschreitet der Differenzwert der Heizflächentemperatur zu der Medientemperatur einen vorgegebenen Schwellwert, so werden selbsttätig Maßnahmen ergriffen, die ein Anbrennen des Gargutes verhindern. So wird bei Überschreiten des Schwellwertes beispielsweise die Heizleistung vermindert, bis der Schwellwert wieder unterschritten ist. Alternativ oder auch kombinativ hierzu kann das in dem Rührgefäß vorgesehene Rührwerk eingeschaltet oder bei bereits eingeschaltetem Rührwerk die Rührwerksdrehzahl erhöht werden, um so zufolge eines verbesserten Wärmeübergangs ein Anbrennen zu verhindern.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Küchenmaschine mit einem Rührgefäß, in welchem Rührgefäß ein Rührwerk angeordnet ist, wobei ein Boden des Rührgefäßes über eine kreisscheibenförmige Widerstandsheizung aufheizbar ist.
Um ein Verfahren der in Rede stehenden Art weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass in das Rührgefäß Bratgut eingegeben wird, dass die Widerstandsheizung auf 120°C oder mehr aufgeheizt wird und dass ein intermittierendes Antreiben des Rührwerks vorgenommen wird, wobei das Bratgut jeweils 1 Sekunde oder länger nicht aktiv bewegt wird. Zufolge des vorgeschlagenen Verfahrens ist ein Bräunen bzw. Anbraten von Lebensmitteln mit erhöhter Oberflächentemperatur der Widerstandsheizung erreichbar, wobei bevorzugt hierbei die Heizleitertemperatur gezielt überwacht wird. Die Widerstandsheizung wird hierbei unter Volllast betrieben, so dass die Oberflächentemperatur bis auf 160°C oder mehr angehoben und gehalten wird. Durch die gezielte Überwachung der Heiztemperatur kann die Widerstandsheizung analog zu einer herkömmlichen Bratpfanne genutzt werden. Hierzu wird das Rührwerk nicht kontinuierlich sondern kurz diskontinuierlich, intervallartig betrieben, um das auf der Heizfläche im Rührgefäß befindliche Medium zu vermengen bzw. die Position einzelner Stücke zu verändern.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Küchenmaschine der in Rede stehenden Art in Seitenansicht mit einem der Küchenmaschine zugeordneten Rührgefäß;
2 das Rührgefäß in Einzeldarstellung, eine Seitenansicht betreffend;
3 eine schematische Ausschnittdarstellung, den Bereich III-III in 2 betreffend und
4 einen schematischen Querschnitt durch eine bodenseitig des Rührgefäßes vorgesehene Widerstandsheizung gemäß der Linie IV-IV in 3;
5 eine der 4 entsprechende Darstellung, eine alternative Ausführungsform der Widerstandsheizung betreffend;
6 eine Schemadarstellung der Heizabschnitte-Taktung der Widerstandsheizung;
7 eine der 6 entsprechende Darstellung, eine alternative Taktung betreffend;
8 ein Messwertediagramm zweier vorgesehener Temperatursensoren.
Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu 1 eine Küchenmaschine 1 mit einer Rührgefäß-Aufnahme 2 und einem Bedienfeld 3.
Der Küchenmaschine 1 ist ein Rührgefäß 4 zuordbar, in dem dieses in die Rührgefäß-Aufnahme 2 eingesetzt wird. Dem Rührgefäßboden ist zugeordnet ein Rührwerk 5 vorgesehen, welches über einen in der Küchenmaschine 1 unterhalb der Aufnahme 2 angeordneten, nicht dargestellten Elektroantrieb betrieben wird.
Das in die Rührgefäßaufnahme 2 einzusetzende Rührgefäß 4 besitzt einen senkrecht ausgerichteten Haltegriff 6. Der Sockelbereich 7 des Rührgefäßes ist topfartig mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet und zur Beheizung des Rührgefäßes 4 geeignet bzw. hierzu ausgeformt.
Die mit einem entsprechenden Rührwerk 5 in dem Rührgefäß 4 ausgestattete Küchenmaschine 1 dient in üblicher Weise zum Verrühren, Mixen und/oder Garen von Lebensmitteln, wozu weiter das Rührgefäß 4 mittels eines Deckels 8 verschlossen ist. Letzterer weist insbesondere zum Befüllen des Rührgefäßes 4 während des Rührwerkbetriebs eine Einfüllöffnung 9 auf.
Über das Bedienfeld 3 ist mittels Schalter und/oder Taster die Rührwerksdrehzahl, darüber hinaus auch die in dem Rührgefäßboden 11 vorgesehene Widerstandsheizung 10 einstellbar.
Die Widerstandsheizung 10 des Rührgefäßes 4 weist gemäß der Darstellung in 4 zwei konzentrische Heizabschnitte 12 und 13 auf, wobei der radial innere Heizabschnitt 13, wie auch der Gefäßboden 11 eine zentrale, kreisrunde Öffnung 14 zum Durchtritt des Rührwerks 5 belässt.
Der radial innere Heizabschnitt 13 weist eine größere radiale Abmessung a₁ auf als der radial äußere Heizabschnitt 12 (radiale Abmessung a₂). So ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die radiale Abmessung a₁ des inneren Heizabschnittes 13 doppelt so groß bemessen als die radiale Abmessung a₂ des äußeren Heizabschnittes 12.
Beide Heizabschnitte 12 und 13 sind entsprechend kreisringförmig gestaltet, dies weiter bevorzugt in Art von auf einem Dielektrikum aufgebrachten Leiterbahnen, wobei der Innenradius r_1' des inneren Heizabschnittes etwa dem 0,35-Fachen und der Außenradius r₁ des Heizabschnittes 13 etwa dem 0,7-Fachen des Gefäßboden-Radius r entspricht. Der Innenradius r_2' des äußeren Heizabschnittes 12 entspricht etwa dem 0,75-Fachen des Gefäßboden-Radius r, der Außenradius r₂ des äußeren Heizabschnittes 12 etwa dem 0,9-Fachen.
Die beiden Heizabschnitte 12 und 13 sind gesondert ansteuerbar, wozu dem Heizabschnitt 13 eine Phase L₁ und dem Heizabschnitt 12 eine Phase L₂ zugeordnet sind. Beide Heizabschnitte 12 und 13 sind über einen gemeinsamen Nullleiter N angeschlossen. Dies erlaubt die wahlweise parallele, singuläre oder auch serielle Schaltung der Heizabschnitte 12 und 13. Weiter ist der so gestalteten Widerstandsheizung 10 ein Schutzleiter PE zugeordnet.
Bei einem exemplarischen Heizwiderstand von jeweils 66 Ohm und einer üblichen Spannung von etwa 240 Volt ergeben sich zufolge der gewählten Beschaltung in Parallelschaltung 1600 W, bei singulärer Schaltung 800 W und bei serieller Schaltung 400 W Heizleistung, wobei die jeweilige Schaltung gegebenenfalls gezielt über das Bedienfeld 3 gewählt werden kann. Bevorzugt ist diesbezüglich eine entsprechende Regelung in der Steuerelektronik der Küchenmaschine 1, über welche in Abhängigkeit von Temperaturmesswerten die jeweilig Schaltung erfolgt.
5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der kreisscheibenförmigen Widerstandsheizung 10. Auch diese ist mit zwei gesondert ansteuerbaren Heizabschnitten 12 und 13 versehen, die jedoch im Unterschied zum zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel spiralförmig parallel zueinander verlaufend angeordnet sind, dies unter Belassung der zentralen, kreisrunden Öffnung 14 zum Durchtritt des Rührwerkes 5.
Die Heizwiderstände der Heizabschnitte 12 und 13 können gleich gewählt sein, womit gleiche Leistungen erzielt werden können, die weiter unter entsprechender Schaltung (Parallelschaltung, singuläre Schaltung oder serielle Schaltung) kombiniert werden können. Alternativ sind auch unterschiedliche Heizwiderstände der Heizabschnitte 12 und 13 möglich.
In dem Rührgefäßboden 11, weiter in unmittelbarer Zuordnung zu der unter dem Gefäßboden 11 angeordneten Widerstandsheizung 10 (bestehend aus den Heizabschnitten 12 und 13) ist ein Heizflächen-Temperaturfühler 15 vorgesehen. Dieser überwacht die Temperatur der Heizleiterbahnen, aus welcher Temperatur die korrespondierende Temperatur an der Bodenoberfläche 16 über den Zusammenhang der Wärmeleitung berechnet werden kann. Die Messwerte werden über die Leitung T_H an eine Steuereinheit übertragen.
Mit vertikalem Abstand von wenigen Millimetern, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 5 mm, oberhalb der Bodenoberfläche 16 des Rührgefäßes 4 ist ein Medien-Temperaturfühler 17 wandungsinnenseitig des Rührgefäßes 4 vorgesehen. Dessen Messinformationen werden über die Leitung T_M an die Auswerteeinheit übermittelt.
Sowohl der Heizflächen-Temperaturfühler 15 als auch der Medien-Temperaturfühler 17 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel lokal begrenzte Temperatursensoren mit PTC- oder NTC-Verhalten.
Alternativ zu der vorgeschlagenen Ausgestaltung des Heizflächen-Temperaturfühlers 15 kann die Temperatur an der Bodenoberfläche 16 auch aus dem Ableitstrom eines Dielektrikums ermittelt werden, welches beispielsweise zwischen dem, dem aufzuheizenden Medium zugewandten Heizboden und den Heizleiterbahnen bzw. Heizabschnitten 12 und/oder 13 angeordnet ist. Über die Leitung T_H wird der Leckstrom über die weiter vorgesehene Auswerteeinheit der Küchenmaschine zur Steuerung der Heizleistung erfasst.
Die Messleitungen T_M und T_H der beiden Temperaturfühler 15 und 17 des aus der Küchenmaschine 1 entnehmbaren Rührgefäßes sind, wie auch die Leitungen zur Spannungsversorgung über in der Rührgefäß-Aufnahme 2 vorgesehene Steckkontakte elektrisch kontaktierbar.
Die Lage des Medien-Temperaturfühlers 17 ist oberhalb der Grenzschicht kritischer Medien M und außerhalb des direkten Einflusses der Widerstandsheizung 10 gewählt. Dieser Medien-Temperatursensor 17 dient dem Ist-Vergleich der zu erzielenden Medien-Temperatur und besitzt eine hinreichende Messgenauigkeit.
Der Heizflächen-Temperaturfühler 15 überwacht die Temperatur der Heizleiterbahnen der Heizabschnitt 12 und/oder 13. Droht bei kritischen Speisen, insbesondere Stärke enthaltenden Speisen, die bei Temperaturen zwischen 70 und 95°C zu einem Verkleistern neigen, ein Anbrennen, so verschlechtert sich drastisch der Wärmeübergang in das Medium M an der Bodenoberfläche 16. Dies führt zwangsläufig zu einem Anstieg der Heizleitertemperatur, die von dem Heizflächen-Temperaturfühler 15 erfasst wird. Bei unkritischen Medien bleibt die Oberflächentemperatur demgegenüber niedriger; entspricht unter Berücksichtigung des Wärmeleitwertes des Gefäßbodens 11 in etwa der mittelbaren Heizflächentemperatur. Signifikante Veränderungen des Wärmeübergangs in der Grenzschicht treten hierbei nicht auf.
In der Darstellung in 8 sind beispielhafte Messwertlinien der Temperaturfühler 15 und 17 dargestellt, wobei mit ϑ₁ die Messlinie des Medien-Temperaturfühlers 17 und mit ϑ₂ die Messlinie des Heizflächen-Temperaturfühlers 15 bezeichnet ist. ϑ_med bezeichnet die Zieltemperatur, während ϑ_krit die kritische Anbrenntemperatur darstellt.
Solange die Heizflächentemperatur ϑ₂ kleiner ist als die kritische Anbrenntemperatur ϑ_krit sowie weiter die Medientemperatur ϑ₁ kleiner als die Zieltemperatur ϑ_med, wird die Widerstandsheizung 10 bzw. der Heizabschnitt 12 und/oder der Heizabschnitt 13 mit bestehender hoher Leistung weiter betrieben, womit ein hoher Temperaturanstieg ermöglich ist. Überschreitet die Medientemperatur ϑ₁ die Zieltemperatur ϑ_med oder erreicht die Heizleitertemperatur ϑ₂ die kritische Anbrenntemperatur ϑ_krit so wird die Heizleistung so weit reduziert, dass die Medientemperatur ϑ₁ auf dem Zielwert ϑ_med gehalten wird. Ein vollständiges Abschalten der Heizung ist hierbei aus Gründen der Energieeffizienz nicht vorgesehen.
Bei Annäherung der Heizflächentemperatur ϑ₂ an die kritische Anbrenntemperatur ϑ_krit kann alternativ auch eine Erhöhung der Rührwerksdrehzahl erfolgen, wodurch eine bessere Wärmeübertragung erreicht wird. Alternativ wird die Heizleistung reduziert.
Die kritische Anbrenntemperatur ϑ_krit ist konstruktiv vorgegeben, um ein Anbrennen zu vermeiden und ist weiter stets größer als die Mediumzieltemperatur ϑ_med, welche Zieltemperatur ϑ_med über das Bedienfeld 3 durch den Benutzer voreinstellbar ist.
Zufolge der Ausgestaltung der Widerstandsheizung 10 in zwei unabhängig voneinander steuerbaren Heizabschnitten 12 und 13 kann die Heizleistung an die vorliegenden Temperaturverhältnisse während des Aufheizvorganges angepasst werden, womit bei geringeren Heizleistungen deutlich kürzere Einschaltzyklen der Widerstandsheizung 10 bzw. des jeweiligen Heizabschnittes 12 und/oder 13 genutzt werden. Dies ermöglicht ein adaptives System mit automatischer Anpassung der Heizleistung und der Regelparameter.
Bei hohem Anstieg der mit dem Heizflächen-Temperaturfühler 15 ermittelten Tracktemperatur wird die Heizleistung über die Umschaltung von bspw. parallelem zu seriellem Betrieb reduziert und das Einschaltverhältnis der Heizung verbessert, das heißt die Häufigkeit der Schaltungen der Heizung wird erhöht.
Die beiden Heizabschnitte 12 und 13 können des Weiteren auch zeitversetzt zueinander ein- und ausgeschaltet werden, um eine hohe Heizleistung bei gleichzeitig hoher Schalthäufigkeit realisieren zu können. Eine Schaltform zeigt die schematische Darstellung in 6, bei welcher die Leistung W in Abhängigkeit zur Zeit t abgetragen ist. Es ist ein getaktetes Schalten der Heizabschnitte 12 und 13 vorgesehen, wobei die zeitlichen Abstände t_x bevorzugt gleich groß gewählt sind. So ist zunächst über einen Zeitabschnitt der erste Heizabschnitt 12 geschaltet, woran anschließend der zweite Heizabschnitt 13 bevorzugt parallel hinzugeschaltet wird, was bei einer leistungsmäßig gleichen Ausgestaltung der Heizabschnitte 12 und 13 zu einer Verdopplung der Leistung W führt. Nach Ablauf eines weiteren Zeitabschnittes wird der zweite Heizabschnitt 13 wieder ausgeschaltet, wonach über dem nachfolgenden Zeitabschnitt wieder lediglich nur der erste Heizabschnitt 12 aktiviert ist. Auch Letzterer wird nach Ablauf des nachfolgenden Zeitabschnittes t_x abgeschaltet, so dass über einen weiteren Takt die Widerstandsheizung 10 in dem vorgegebenen Zeitfenster nicht angesteuert wird. Hiernach wiederholt sich der Schaltvorgang gemäß der Darstellung in 6.
Alternativ hierzu kann gemäß der Darstellung in 7 mit dem Heizabschnitt 12 eine Basisleistung geschaltet sein, auf die mittels des Heizabschnittes 13 eine Zusatzleistung aufgetaktet wird.
Zusätzlich kann unter Anwahl einer gesonderten Bräunungsfunktion über das Bedienfeld 3 die maximale Oberflächentemperatur der Widerstandsheizung 10 erhöht werden. Durch die gezielte Überwachung der Heizleitertemperatur ϑ₂ über den Temperaturfühler 15 kann die Heizung analog zu einer herkömmlichen Bratpfanne genutzt werden. Hierzu wird das Rührwerk 5 diskontinuierlich betrieben, um das auf der Heiz-Bodenoberfläche 16 befindliche Medium M zu vermengen bzw. die Position einzelner Stücke zu verändern. Die kritische Medientemperatur ϑ_krit wird in dieser Funktion heraufgesetzt. Die Medientemperatur ϑ_med wird hierbei nicht überwacht.
Durch die angepasste Heizleistung reduziert sich die Oberflächentemperatur, wodurch bei üblichem Gebrauch ein Anbrennen des Mediums M vermieden wird. Zugleich verbessern sich die Regeleigenschaften bei reduzierter Leistung. Eine Umschaltung von parallelem zu beispielsweise seriellem Betrieb erfolgt einerseits bei kritischen Oberflächentemperaturen und andererseits kurz vor Erreichen der Medien-Zieltemperatur, die über den Medien-Temperaturfühler 17 erfasst wird. Bei unkritischen Medien, das heißt bei unkritischen Temperaturverhältnissen zwischen den Messwerten der Temperaturfühler 15 und 17 kann mit erhöhter Heizleistung, beispielsweise unter Parallelschaltung der Heizabschnitte 12 und 13 mit 1600 W eine deutlich erhöhte Aufheizgeschwindigkeit erzielt werden.
Bei einer konzentrischen Anordnung kann der äußere Heizabschnitt 12 des weiteren auch singulär mit beispielsweise 800 W genutzt werden, um bei hoher Drehzahl des Rührwerks 5 mit Trombenbildung des Mediums M im Zentrum einem Trockenlaufen entgegenzuwirken.
Bezugszeichenliste

1: Küchenmaschine
2: Radius Gefäßboden
2: Rührgefäß-Aufnahme
3: Bedienfeld
4: Rührgefäß
5: Rührwerk
6: Haltegriff
7: Sockelbereich
8: Deckel
9: Einfüllöffnung
10: Widerstandsheizung
11: Gefäßboden
12: Heizabschnitt
13: Heizabschnitt
14: Öffnung
15: Heizflächen-Temperaturfühler
16: Bodenoberfläche
17: Medien-Temperaturfühler
L₁: Phase innerer Heizabschnitt
L₂: Phase äußerer Heizabschnitt
M: Medium
N: Nullleiter
PE: Schutzleiter
T_H: Signalleiter Heizflächen-Temperaturfühler
T_M: Signalleiter Medium-Temperaturfühler
W: Leistung
a₁: radiale Abmessung innerer Heizabschnitt
a₂: radiale Abmessung äußerer Heizabschnitt
r: Radius Gefäßboden
r₁: Außenradius innerer Heizabschnitt
r_1': Innenradius innerer Heizabschnitt
r₂: Außenradius äußerer Heizabschnitt
r_2': Innenradius äußerer Heizabschnitt
t: Zeit
t_x: Zeitabschnitt
ϑ₁: Medientemperatur
ϑ₂: Heizflächen-Temperatur
ϑ_med: Zieltemperatur
ϑ_krit: kritische Temperatur

Claims

Küchenmaschine (1) mit einem Rührgefäß (4), in welchem Rührgefäß (4) ein Rührwerk (5) angeordnet ist, wobei ein Boden (11) des Rührgefäßes (4) über eine kreisscheibenförmige Widerstandsheizung (10) aufheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsheizung (10) in Radialrichtung geteilt ist und zwei oder mehr gesondert ansteuerbare Heizabschnitte (12, 13) aufweist, wobei ein Heizabschnitt (12, 13) zumindest teilweise radial außerhalb eines anderen Heizabschnittes (13, 12) angeordnet ist.
Küchenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizabschnitte (12, 13) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Küchenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizabschnitte (12, 13) parallel zueinander verlaufend spiralförmig angeordnet sind.
Küchenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizabschnitte (12, 13) parallel zueinander verlaufend mäanderförmig angeordnet sind.
Küchenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizabschnitte (12, 13) in Abhängigkeit einer Drehzahl des Rührwerks (5) unterschiedlich temperiert sind.
Küchenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radial innere Heizabschnitt (13) eine größere radiale Abmessung (a₁) aufweist als der radial äußere Heizabschnitt (12).
Küchenmaschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit vertikalem Abstand zu der Heizfläche der Widerstandsheizung (10) in der Gefäßwandung ein Medien-Temperaturfühler (17) angeordnet ist, wobei der vertikale Abstand bis zu 10 mm zu der Heizfläche beträgt.
Küchenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Medien-Temperaturfühler (17) oberhalb der Heizfläche angeordnet ist.
Küchenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Medien-Temperaturfühler (17) im Abstand von 0,5 bis 5 mm oberhalb der Heizfläche angeordnet ist.
Küchenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Medien-Temperaturfühler (17) unterhalb der Heizfläche angeordnet ist.
Küchenmaschine nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Medien-Temperaturfühler (17) zusätzlich zu einem Heizflächen-Temperaturfühler (15) vorgesehen ist.
Küchenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizabschnitte (12, 13) zeitlich zueinander versetzt geschaltet sind.
Verfahren zur Regelung der Heizleistung einer Küchenmaschine (1) mit einem Rührgefäß (4), in welchem Rührgefäß (4) ein Rührwerk (5) angeordnet ist, wobei ein Boden (11) des Rührgefäßes (4) über eine kreisscheibenförmige Widerstandsheizung (10) aufheizbar ist, wobei eine Heizflächentemperatur erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Heizflächentemperatur eine Medientemperatur in einem Abstand von bis zu 10 mm zur Oberfläche der Heizfläche der Widerstandsheizung (10) erfasst wird, dass die Differenz der Heizflächentemperatur zu der Medientemperatur mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird und dass bei Überschreiten des Schwellwertes die Heizleistung vermindert und/oder die Rührwerksdrehzahl erhöht wird.
Verfahren zum Betreiben einer Küchenmaschine (1) mit einem Rührgefäß (4), in welchem Rührgefäß (4) ein Rührwerk (5) angeordnet ist, wobei ein Boden (11) des Rührgefäßes (4) über eine kreisscheibenförmige Widerstandsheizung (10) aufheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rührgefäß (4) Bratgut eingegeben wird, dass die Widerstandsheizung (10) auf 120°C oder mehr aufgeheizt wird und dass ein intermittierendes Antreiben des Rührwerks (5) vorgenommen wird, wobei das Bratgut jeweils eine Sekunde oder länger nicht aktiv bewegt wird.