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Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Gassteuerungssystem sowie ein Verfahren zur
Steuerung einer Gaszufuhr.
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Gasbackofen/Gasherd-Kombigeräte sind Geräte, die über einen
Herdteil und einen Backofenteil verfügen, wobei beide Teile in ein
gemeinsames Gehäuse
eingebaut sind. Der Backofenteil kann dabei in mehrere Kavitäten bzw.
Funktionsbereiche unterteilt sein. Diese Kombigeräte werden
in der Regel mit einem mechanischen System zur Gasversorgung ausgestattet,
bei dem ein Gaseingangsrohr in ein Sammelrohr mündet. An dem Sammelrohr sind
mehrere mechanische Gashähne
zum Öffnen
und Schließen
der Gaszufuhr für
den Herdteil bzw. dessen Herdbrenner sowie Gashähne bzw. Gasthermostaten zum Öffnen und
Schließen
der Gaszufuhr zum Backofenteil bzw. dessen Backofenbrenner angeschraubt.
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Während sich
mit Gashähnen
die Brennerleistung eines Herdbrenners mechanisch von Hand stufenlos
einstellen lässt,
wird bei Gasthermosta ten die Gaszufuhr zum Backofenbrenner getaktet,
um die gewünschte
Backofentemperatur einzuregeln. So werden im übrigen auch elektrische Backofenheizungen
betrieben. Das ständige
Aus- und Einschalten des Backofenbrenners führt im Backofenteil zu hohen
Anfahremissionen bzgl. CO-Emissionen, kürzerer Lebensdauer der Bauteile
sowie zu unerwünschten
Schwankungen der Backofentemperatur. Zur Lösung dieses Problems wird beispielsweise
in der
WO 2006/090271
A2 ein elektrisch angesteuerter Ventilblock für Gasbacköfen beschrieben,
bei dem das ständige
Ein- und Ausschalten des Backofenbrenners durch einen einschaltbaren
Bypass vermieden wird. Allerdings lässt sich die Brennerleistung
hierbei nicht stufenlos einstellen, so dass die Backofentemperatur
weiterhin schwankt.
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Die
mechanischen Systeme bei Gasbackofen/Gasherd-Kombigeräten sind
in der Regel so ausgeführt,
dass mehrere einzelne Gashähne
und Gasthermostaten auf einem starren Gassammelrohr montiert sind.
Die Gashähne
und Gasthermostaten mechanischer Systeme sind in der Regel mit einem Bedienknebel
ausgestattet, der direkt auf dem Gashahn oder Gasthermostaten befestigt
ist und direkt darauf wirkt. Mit dem Bedienknebel kann der Bediener
die Gaszufuhr von Hand öffnen,
einstellen und schließen.
Aufgrund der direkten Befestigung der Bedienknebel an den Gashähnen und
Gasthermostaten, die wiederum an einem starren Gassammelrohr befestigt
sind, sind die konstruktiven und ästhetischen Gestaltungsmöglichkeiten
stark eingeschränkt.
Die Position der Bedienknebel ist nicht frei wählbar. Um den Bedienknebel örtlich von
den Gashähnen
und Gasthermostaten zu trennen, müssen zum Teil aufwendige mechanische
Gestänge
und Gelenke verwendet werden.
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In
der
EP 1640664 A2 ist
ein Ventilblock beschrieben, bei dem in jedem Gasstrang ein automatisches
Absperrventil und ein Ventil mit einem mikro-elektromechanischen
System (MEMS) eingebaut ist. Das MEMS-Ventil ist ein kleines Bauelement zur Einstellung
des Gasvolumen stroms, das in ähnlichen Produktionsprozessen
hergestellt wird wie ein Halbleiterchip. Das MEMS erfüllt aber
nicht die Kriterien eines automatischen Absperrventils. Zur Erhöhung der
Sicherheit muss daher noch ein zusätzliches Absperrventil in der
Gaseingangsleitung vorgesehen werden.
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Die
DE 196 27 539 A1 zeigt
ein Gassteuerungssystem, bei dem die Gaseingangsleitung in mehrere
Teilgasleitungen aufgespalten und Drosselelemente vorgesehen werden
können.
Die Teilgasleitungen werden hier vor der Brennerdüse wieder
zusammengeführt.
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Aufgabe und Lösung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Gassteuerungssystem
sowie ein dafür
geeignetes Steuerungsverfahren zu schaffen, mit denen Probleme des
Stands der Technik gelöst
werden können
und insbesondere ein modernes Gaskombigerät mit mehreren Gasverbrauchen
bzw. Brennern möglichst
vorteilhaft gesteuert werden kann.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Gassteuerungssystem mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 sowie ein Steuerungsverfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 14. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden
näher erläutert. Der
Wortlaut der Ansprüche wird
durch ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Bei
der Erfindung ist ein Ventilblock mit zwei automatischen Absperrventilen
für jeden
Gasstrang in ihm vorgesehen, wobei der Ventilblock sowohl Gasstränge für den Backofenteil
als auch für
den Herdteil aufweist. Damit entfällt die sicherheitstechnische
Notwendigkeit eines vorgeschalteten Hauptventils in der Gaseingangsleitung
des Kombigerätes. Pro
Gasstrang ist ein automatisches Absperrventil modulierend und das
an dere nicht-modulierend ausgebildet. Die Verwendung von zwei automatischen Absperrventilen
in jedem Brenner-Gasstrang im Ventilblock bietet ein höheres Sicherheitsniveau
beim Fehlerfall eines offen hängen gebliebenen
Absperrventils als elektronische Gassteuerungssysteme mit nur einem
automatischen Absperrventil je Gasstrang und einem automatischen
Absperrventil in der Gaseingangsleitung. Vorteilhaft ist das modulierende automatische
Absperrventil dem anderen nachgeschaltet, die Reihenfolge kann jedoch
auch anders herum sein.
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Ein
gemeinsamer Ventilblock für
die elektrischen Einzelventile hat einen reduzierten Montageaufwand
gegenüber
mechanischen Lösungen,
bei denen jeder Gashahn oder Gasthermostat einzeln montiert wird.
Der Ventilblock hat des weiteren einen reduzierten Platzbedarf im
Kombigerät
gegenüber mechanischen
Lösungen
mit mehreren einzelnen Gashähnen
oder Gasthermostaten. Die Zusammenfassung mehrerer automatischer
Absperrventile integriert zu einem Ventilblock, vorteilhaft mit
drei bis acht Gassträngen,
ermöglicht
eine erhebliche Reduzierung der Anzahl der zu montierenden Bauteile
und somit auch des Aufwands für
Logistik.
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Vorteilhaft
ist der Ventilblock der einzige Ventilblock bzw. weist der Ventilblock
alle Ventile für
alle Gasstränge
des Gerätes
auf. Wenn man das ganze Gerät
bzw. den Backofenteil mit einem einzigen Ventilblock elektronisch
gemeinsam mit dem Herdteil ansteuert, und zwar modulierend, kann
man Vorteile daraus ziehen. Diese sind weniger Bauteile, freie Positionierbarkeit
der Bedienelemente, weniger Takten, geringere Emissionen, geringere
Temperaturschwankungen und gleiche Sicherheitsphilosophie für Herd und
Backofen.
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Der
Ventilblock kann aus einem im wesentlichen einteiligen Metallkörper ausgebildet
sein. Dieser wird bearbeitet, vorteilhaft durch Bohren und/oder Spanen,
so dass die automatischen Absperrventile eingesetzt werden können und
dabei abgedichtet werden.
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Durch
die Verwendung einer zentralen Steuerelektronik und eines gemeinsamen
Ventilblocks für Herdteil
und Backofenteil lässt
sich ein einheitliches elektronisches Gassteuerungskonzept bzw.
auch Sicherheitskonzept für
den Herdteil und Backofenteil umsetzen. Sinnvolle Funktionen für das Kombigerät sind beispielweise
gemeinsame Fehlercodes, gemeinsame Kindersicherung oder Leistungsbegrenzung
für das
Kombigerät.
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Die
zentrale Steuerung kann ein oder mehrere Steuergeräte für Gasverbraucher
bzw. Gasfeuerungsautomaten aufweisen. Dies gilt insbesondere für Herdbrenner
bei einem Gasherd oder für
Backofenbrenner bei einem Gasbackofen.
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Als
automatische Absperrventile für
elektronische Gassteuerungssysteme sind vorteilhaft federkraftschließende Magnetventile
geeignet. Bei einem Wegfall der Versorgungsspannung wird der Gasweg durch
die Feder innerhalb einer begrenzten Zeitspanne mit einer definierten
Schließkraft
sicher abgesperrt. Diese eignen sich besonders als nicht-modulierende automatische
Absperrventile. Alternativ können
Piezoventile verwendet werden, die sich vor allem als modulierende
automatische Absperrventile eignen ebenso wie Magnetventile.
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Innerhalb
des Ventilblocks können
vorteilhaft modulierende automatische Absperrventile mit unterschiedlichen
Ventilgrößen bzw.
Nennvolumenströmen
vorgesehen sein für
Gasstränge
zu unterschiedlich starken Gasverbrauchern. So kann eine gute Anpassung
an die Gasverbraucher bzw. Brenner erfolgen.
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In
der zentralen Steuerung ist die elektronische Ansteuerung für die automatischen
Absperrventile integriert, wobei vorteilhaft eine elektrische Ansteuerung
für die
modulierenden automatischen Absperrventile mit einem Linear-Regler,
einem PWM-Regler oder einer PWM-Steuerung ausgebildet ist. So kann
eine gute Regelbarkeit erreicht werden.
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Bei
einer Ausbildung der Erfindung werden modulierende automatische
Ventile eingesetzt, um die Brennerleistung eines Herdbrenners auf
einen gewünschten
Wert einstellen zu können.
Dies bietet den Vorteil, gas-, produkt- oder kundenspezifische Kennlinien
für den
Bedieneingabewert und dem zugehörigen
Gasvolumenstrom zu hinterlegen, um beispielsweise einen Gasartwechsel
vorzunehmen oder eine besonders feine Gaseinstellung zu ermöglichen.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung wird die modulierende Leistungseinstellung
für den
Backofenteil bzw. dessen automatische Absperrventile vorgesehen.
Durch die elektrische und stufenlose Modulation kann der Gasvolumenstrom
zu einem Backofenbrenner beliebig gedrosselt werden, so dass sich
niedrige Backofentemperaturen auch ohne Brennertaktbetrieb einregeln
lassen. Dies führt
zu einer erheblichen Reduzierung der Zündvorgänge und damit zu geringeren
Anfahremissionen und zu einer höheren
Lebensdauer des Gasbackofens. Außerdem lassen sich damit die
ein- und ausschaltbedingten Schwankungen der Backofentemperatur
eliminieren.
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Bei
einem Verfahren zur Steuerung eines genannten Gassteuerungssystem
wird eine Temperatur an einem von einem Brenner beheizten Bereich,
insbesondere eine Backofentemperatur in einem Backofen, über Temperatursensoren
erfasst. Die Temperatursensoren geben die Information an die zentrale Steuerung
weiter, wobei die zentrale Steuerung die Temperatur bzw. die Backofentemperatur
einstellt durch stufenloses Modulieren des entsprechenden modulierenden
automatischen Absperrventils im Gasstrang zu dem entsprechenden
Brenner. Die zentrale Steuerung kann dabei eine Temperatur auf einen
von einem Benutzer eingestellten Sollwert regeln.
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Ein
elektronisches Gassteuerungssystem gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
mit flexiblen elektrischen Verbindungen ermöglicht eine freie Positionierbarkeit
der Bedienelemente, da man nicht mehr an die direkt am Gashahn oder
Gasthermostat befindlichen Bedienknebel gebunden ist. Außerdem können anstelle
mechanische Bedienknebel vorteilhaft andere Bedien- und Anzeigeelemente
verwendet werden wie beispielsweise elektronische Knebel, elektronische
Berührungsschalter,
elektronische Displays, odgl.. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen elektronischen
Gassteuerungssystems können
also die konstruktiven und ästhetischen
Gestaltungsmöglichkeiten
erheblich erweitert werden im Vergleich zu mechanischen Systemen.
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Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus
den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen
Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in
einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die
unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird
im folgenden näher
erläutert.
Dabei zeigt die 1 einen prinzipiellen Aufbau
eines erfindungsgemäßen Gassteuerungssystems.
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Detaillierte Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In
der 1 ist ein erfindungsgemäßes Gassteuerungssystem 11 dargestellt,
welches in ein eingangs genanntes Kombigerät 13 eingebaut ist.
Das Kombigerät 13 ist
ein Gasbackofen/Gasherd-Kombigerät
und ist durch die strichgepunktete Umrandung verdeutlicht. Es weist
einen Herdteil 15 auf mit mehreren Herdbrennern HB1, HB2
usw.. Diese Herdbrenner können
jeweils eine Kochstelle auf dem Gasherd bzw. dem dadurch gebildeten
Gaskochfeld bilden.
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Des
weiteren weist das Kombigerät 13 einen Backofenteil 17 auf
mit mehreren Backofenbrennern BB1, BB2 und BB3. Die Besonderheit
bei dem Backofenteil 17 liegt auch daran, dass es zwei
Kavitäten 19a und 19b als
unterschiedliche Bereiche aufweist. Die Backofenbrenner BB1 und
BB2 sind in der Kavität 19a vorgesehen,
während
der dritte Backofenbrenner BB3 in der anderen Kavität 19b vorgesehen ist.
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Das
Gassteuerungssystem 11 an sich weist, wie links dargestellt
ist, einen einzigen Ventilblock 21 auf. An diesen Ventilblock 21 ist
von links bzw. von außen
eine Gaseingangsleitung 23 angeschlossen, beispielsweise
ein Gasanschluss einer Küche.
In dem Ventilblock 21 verzweigt sich die Gaseingangsleitung 23 bzw.
der Gasfluss in mehrere Gasstränge 25.
Jeder Gasstrang 25 weist ein nicht-modulierendes automatisches
Absperrventil 27 auf, das von einem modulierendes automatischen
Absperrventil 29 gefolgt ist. Die Reihenfolge kann aber
auch anders herum sein. Das modulierende automatische Absperrventil
kann also, wie eingangs beschrieben worden ist, in seinem Durchflussquerschnitt
geregelt werden. Des weiteren kann es vor allem für die genannte
Sicherheitsfunktion auch vollständig
geschlossen werden, was insbesondere dann passiert, wenn eine Energieversorgung
wegfällt.
Damit kann im Fehler fall die Gefahr von austretendem und nicht sofort
verbranntem Gas beseitigt werden. Das ist die allgemeine Funktion
eines Absperrventils.
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Die
nicht-modulierenden automatischen Absperrventile 27 können lediglich
vollständig
geöffnet sein
oder vollständig
geschlossen sein. Auch sie schließen sich sofort bei Wegfall
einer Energieversorgung als Sicherungsfunktion. Nach den beiden
automatischen Absperrventilen 27 und 29 läuft jeder
Gasstrang 25 aus dem Ventilblock 21 hinaus und
in den Herdteil 15 oder den Backofenteil 17 hinein.
Dort wiederum verläuft
jeder Gasstrang 25 zu einem der Brenner HB oder BB.
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Sämtliche
automatischen Absperrventile 27 und 29 sind mit
einer zentralen Steuerung 31 verbunden. Diese steuert die
Absperrventile entsprechend einer gewählten Funktion an. Zum Wählen solcher Funktionen
ist die zentrale Steuerung 31 mit einer Bedieneinrichtung 33 verbunden,
welche vor allem die Benutzerschnittstelle darstellt. Dazu kann
die Bedieneinrichtung 33 Bedienelemente wie Drehknebel, Berührungsschalter
odgl. aufweisen. Durch die elektrische bzw. elektronische Ansteuerung
der automatischen Absperrventile 27 und 29 kann
vor allem auf mechanische Bedienelemente an der Bedieneinrichtung 33 verzichtet
werden, die aufwendig mit den Ventilen gekoppelt sein müssen.
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Des
weiteren ist die zentrale Steuerung 31 mit einem Temperatursensor 35a in
der einen Kavität 19a des
Backofenteils 17 verbunden sowie, falls eine weitere Kavität 19b vorgesehen
ist, mit einem Temperatursensor 35b in dieser anderen Kavität 19b.
Die von den Temperatursensoren 35 jeweils erfasste Temperatur
wird an die Steuerung 31 gegeben. Diese kann, abhängig von
einer mit der Bedieneinrichtung 33 eingestellten Soll-Temperatur,
die entsprechenden Backofenbrenner BB so steuern, dass diese über eine
verringerte oder verstärkte
Gaszufuhr an den automatischen Absperrventilen 27 und 29,
insbesondere am modulierenden automatischen Absperrventil 29,
weniger oder mehr Wärme
erzeugen.
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Vor
allem kann hier eben eine stufenlose Modulierung bzw. Regelung der
modulierenden automatischen Absperrventile 29 erfolgen
mit einer daraus resultierenden stufenlosen Änderung der Heizleistung des
jeweiligen Brenners BB.
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Die
zentrale Steuerung 31 kann des weiteren allgemein weitere
Funktionen des Kombigeräts 13 übernehmen.
So können
insbesondere backofenspezifische Funktionen am Backofenteil 17 wie
z. B. Umluftgebläse,
Abgasventilator, Kühlventilator,
Türverriegelung,
Druckschalter, Temperaturbegrenzer, Bratensensor, Grillspießmotor und
Beleuchtung über
die Steuerung 31 gesteuert werden. Verbindungen zwischen
der zentralen Steuerung 31 und der Bedieneinrichtung 33 können vorteilhaft
als elektronischer Kommunikations-Bus ausgeführt sein.
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Insbesondere
kann die Bedieneinrichtung 33 sowohl für den Herdteil 15 als
auch für
den Backofenteil 17 vorgesehen sein. Alternativ können auch
jeweils unterschiedliche Bedieneinrichtungen vorgesehen sein.