DE102010036157B4

DE102010036157B4 - Method for controlling a heating device for a cooking appliance and heating for a cooking appliance

Info

Publication number: DE102010036157B4
Application number: DE102010036157.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schreiner Thomas; Manfred Bucher
Original assignee: Rational AG
Current assignee: Rational AG
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2030-09-03
Also published as: DE102010036157A1

Abstract

Verfahren zur Regelung einer Heizeinrichtung (14) mit mindestens zwei Heizstufen (14.1, 14.2, 14.3) für ein Gargerät (10) unter Verwendung eines Schwellwertreglers (24), wobei zunächst die Wärmemenge bestimmt wird, die der Garraum (12) der in ihm enthaltenen Luft abnimmt und die von außen zugeführt werden muss, wenn die Garraumtemperatur (T) konstant gehalten werden soll, und anschließend die Schaltschwellen für die mindestens zwei Heizstufen (14.1, 14.2, 14.3) in Abhängigkeit von der zuvor bestimmten Wärmeabnahme (Q) im Garraum (12) des Gargeräts (10) geändert werden.

Method for controlling a heating device (14) having at least two heating stages (14.1, 14.2, 14.3) for a cooking appliance (10) using a threshold controller (24), wherein first the amount of heat is determined, the cooking chamber (12) of the contained therein Air decreases and must be supplied from the outside, if the oven temperature (T) is to be kept constant, and then the switching thresholds for the at least two heating stages (14.1, 14.2, 14.3) depending on the previously determined heat loss (Q) in the cooking chamber ( 12) of the cooking appliance (10) are changed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Heizeinrichtung für ein Gargerät sowie eine Heizung für ein Gargerät.The invention relates to a method for controlling a heating device for a cooking appliance and a heater for a cooking appliance.

Gargeräte für Großküchen enthalten eine Heizung, um einen Garraum des Gargeräts auf eine gewünschte Temperatur aufheizen zu können. Die Heizung enthält üblicherweise eine Heizeinrichtung, die in vielen Fällen als Gasbrenner ausgeführt ist, sowie einen Regler, um die Temperatur im Garraum möglichst konstant auf einer gewählten Solltemperatur zu halten.Cooking appliances for large kitchens contain a heater to heat a cooking chamber of the cooking appliance to a desired temperature. The heater usually includes a heater, which is designed in many cases as a gas burner, and a controller to keep the temperature in the oven as constant as possible at a selected target temperature.

Es ist bekannt, als Heizeinrichtung bei einem Gargerät einen zweistufigen Gasbrenner zu verwenden. In Abhängigkeit von der Temperatur im Inneren des Garraums wird über einen Schwellwertregler festgelegt, ob der Gasbrenner ausgeschaltet ist, mit einer kleinen Heizstufe betrieben wird oder mit der größten Heizstufe betrieben wird, also mit maximaler Leistung. Allerdings ist es aus Sicherheitsgründen nicht möglich, den Gasbrenner sehr kurz nach dem Abschalten wieder neu zu starten, da aus Sicherheitsgründen der Gasbrenner und ein ihm zugeordneter Wärmetauscher nach dem Abschalten nachgespült werden müssen. Ebenso ist ein Vorspülen vor einem Neustart erforderlich. Dies führt dazu, dass eine erhebliche zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt entsteht, zu dem der Regler das Starten des Gasbrenners anfordert, und dem Zeitpunkt, zu dem der Gasbrenner tatsächlich gestartet worden ist. Während dieser Zeit sinkt die Temperatur im Garraum weiter ab. Bei entsprechend großer Wärmeabnahme im Garraum kann dies dazu führen, dass der Schwellwertregler für den Neustart des Gasbrenners die maximale Heizleistung vorgibt, da der niedrigste Schaltpunkt des Reglers zum Zeitpunkt des tatsächlichen Neustarts des Gasbrenners bereits weit unterschritten ist. Dies führt im Ergebnis zu einem ungünstigen Regelverhalten, da der Regler nur zwischen einem Ausschalten des Gasbrenners und einem Betrieb mit maximaler Heizleistung hin und her regelt.It is known to use a two-stage gas burner as a heater in a cooking appliance. Depending on the temperature inside the cooking chamber, a threshold controller determines whether the gas burner is switched off, operated with a small heat setting or operated with the highest heat setting, ie with maximum output. However, for safety reasons, it is not possible to restart the gas burner very shortly after switching off, since, for safety reasons, the gas burner and a heat exchanger assigned to it must be rinsed after switching off. Likewise, a pre-wash before a restart is required. This results in a significant time delay between when the controller requests gas burner start-up and when the gas burner is actually started. During this time, the temperature in the cooking chamber continues to drop. With a correspondingly high heat loss in the cooking chamber, this may mean that the threshold controller for the restart of the gas burner specifies the maximum heating power, since the lowest switching point of the controller at the time of the actual restart of the gas burner is already far below. As a result, this leads to an unfavorable control behavior, since the controller only controls between switching off the gas burner and operating with maximum heating power back and forth.

Aus der DE 20 2010 004 437 U1 ist ein Backofen mit zwei Schaltschwellen bekannt, die eine unterschiedliche Schalthysterese haben. Im Niedrigtemperaturbetrieb wird eine niedrige Heizstufe verwendet, die eine kleinere Schalthysterese hat, während im Hochtemperaturbetrieb eine hohe Heizstufe verwendet wird, die eine größere Schalthysterese hat.From the DE 20 2010 004 437 U1 is an oven with two switching thresholds known to have a different switching hysteresis. In low temperature operation, a lower heating level is used, which has a smaller switching hysteresis, while in high temperature operation, a high heating level is used, which has a larger switching hysteresis.

Aus der DE 27 42 493 C2 ist ein Backofen bekannt, der zwei Heizstufen aufweist. Beschrieben ist, dass für eine Heizstufe eine Leistung verwendet werden kann, die etwas oberhalb der für einen Ausgleich der Wärmeverluste notwendigen Leistung liegt.From the DE 27 42 493 C2 an oven is known which has two heating levels. It is described that for a heating stage, a power can be used which is slightly above the power required to compensate for the heat losses.

Ein weiteres Beispiel für ein Verfahren zur Regelung der Heizleistung eines Backofens ist aus der DE 101 29 885 C1 bekannt.Another example of a method for controlling the heating capacity of a baking oven is from the DE 101 29 885 C1 known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb einer Heizeinrichtung sowie eine Heizung für ein Gargerät zu schaffen, mit dem bzw. mit der ein besseres Regelverhalten und eine konstantere Temperatur im Garraum des Gargeräts erreicht werden.The object of the invention is to provide a method for operating a heating device and a heater for a cooking appliance, with which or with the better control behavior and a more constant temperature in the cooking chamber of the cooking appliance can be achieved.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Regelung einer Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, keine starren Schaltschwellen für die verschiedenen Heizstufen der Heizeinrichtung zu verwenden, sondern diese entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten zu ändern. Diese Gegebenheiten sind insbesondere bestimmt von der Wärmeabnahme des Garraums, also der Wärmemenge, die pro Zeiteinheit entweder vom Garraum nach außen abgegeben und/oder von Produkten und Gegenständen im Inneren des Garraums aufgenommen wird und die dem Garraum zugeführt werden müsste, um dessen Temperatur konstant zu halten.To achieve this object, a method for controlling a heating device with the features of claim 1 is provided according to the invention. The invention is based on the idea of not using rigid switching thresholds for the different heating stages of the heating device, but to change them according to the particular circumstances. These conditions are determined in particular by the heat loss of the cooking chamber, ie the amount of heat emitted per unit time either from the oven to the outside and / or products and objects inside the cooking chamber is added and would have to be supplied to the cooking chamber to its temperature constant hold.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schaltschwellen mittels der folgenden Schritte geändert werden: zunächst wird die Wärmemenge bestimmt, die der Garraum in einem definierten Zeitraum abnimmt. Dann wird die größte Heizstufe bestimmt, mit der die Heizeinrichtung weniger Wärme an den Garraum abgibt, als dieser abnimmt, und es wird die kleinste Heizstufe bestimmt, mit der die Heizeinrichtung mehr Wärme an den Garraum abgibt, als dieser abnimmt. Anschließend werden die Schwellwerte der so bestimmten größten Heizstufe und der so bestimmten kleinsten Heizstufe, unter Berücksichtigung einer Schalthysterese, der Solltemperatur im Garraum zugeordnet. Anschließend werden die Schwellwerte aller anderen Heizstufen auf Werte gesetzt, die außerhalb eines Temperaturbereichs liegen, in dem die Garraumtemperatur bei der Regelung schwankt. Diese Ausführungsform beruht auf dem Grundgedanken, durch Verändern der Schaltschwellen aller Heizstufen zu gewährleisten, dass zum Heizen des Garraums lediglich zwei Heizstufen verwendet werden, nämlich diejenige, deren Heizleistung unterhalb der Wärmeabnahme im Garraum liegt, und diejenige, deren Heizleistung oberhalb der Wärmeabgabe im Garraum liegt. Alle anderen Heizstufen werden durch entsprechendes Verschieben der ihnen zugeordneten Schaltschwellen „außer Gefecht gesetzt“, so dass der Regler nur mit den beiden Heizstufen arbeitet, die im Hinblick auf den aktuellen Wärmebedarf des Garraums am besten geeignet sind.According to a preferred embodiment it is provided that the switching thresholds are changed by means of the following steps: first, the amount of heat is determined, which decreases the cooking chamber in a defined period of time. Then, the largest heating stage is determined, with which the heater emits less heat to the cooking chamber, as this decreases, and it is the smallest heat setting determined with the heater emits more heat to the cooking chamber, as this decreases. Subsequently, the threshold values of the largest heating stage determined in this way and the smallest heating stage determined in this way, taking into account a switching hysteresis, are assigned to the setpoint temperature in the cooking chamber. Subsequently, the threshold values of all other heating stages are set to values which are outside of a temperature range in which the cooking chamber temperature fluctuates during regulation. This embodiment is based on the basic idea to ensure by changing the switching thresholds of all heat levels that only two heating stages are used for heating the cooking chamber, namely the one whose heat output is below the heat loss in the oven, and the one whose heat output is above the heat in the oven , All other heating levels are "disabled" by appropriate shifting their associated switching thresholds, so that the controller works only with the two heating levels, which are best suited in view of the current heat demand of the cooking chamber.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schwellwert jeder größeren Heizstufe als der kleinsten bestimmten Heizstufe, die größer als die Wärmeabnahme des Garraums ist, auf einen Wert deutlich unterhalb der Solltemperatur im Garraum gesetzt wird und der Schwellwert jeder kleineren Heizstufe als der größten bestimmten Heizstufe, die größer als die Wärmeabnahme des Garraums ist, auf einen Wert deutlich oberhalb der Solltemperatur gesetzt wird. Der konkrete Wert für einen „deutlichen“ Temperaturabstand hängt von der Qualität der verwendeten Regelung ab. Meist dürfte ein Temperaturabstand von 5°C ausreichen. Mit einem solchen Temperaturabstand wird zuverlässig gewährleistet, dass die Schaltschwellen der für die optimale Regelung nicht benötigten Heizstufen bei den Temperaturschwankungen, die im normalen Regelspiel vorkommen, nicht erreicht werden. According to the preferred embodiment, it is provided that the threshold value of each larger heating stage than the smallest specific heating stage, which is greater than the heat loss of the cooking chamber, is set to a value well below the target temperature in the cooking chamber and the threshold value of each smaller heating stage than the largest specific heating stage , which is greater than the heat loss of the cooking chamber, is set to a value well above the target temperature. The concrete value for a "clear" temperature difference depends on the quality of the control used. Usually a temperature difference of 5 ° C is sufficient. With such a temperature interval is reliably ensured that the switching thresholds of the heat levels not required for the optimal control in the temperature fluctuations that occur in the normal control game are not achieved.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wärmeabnahme bestimmt wird anhand der von der Heizeinrichtung im Zeitintervall abgegebenen Wärmemenge und der Änderung der Temperatur im Garraum in diesem Zeitintervall. Bei dieser Ausgestaltung wird also die tatsächliche Wärmeabnahme im Garraum errechnet, so dass besonders präzise diejenigen Heizstufen bestimmt werden können, die zur Aufrechterhaltung der Solltemperatur im Garraum benötigt werden. Alternativ könnte die Wärmeabnahme auch auf der Basis der vorbekannten Wärmeabstrahlung des Garraums an die Umgebung und einer vorbekannten Wärmeaufnahme von in den Garraum eingebrachten Produkten abgeschätzt werden.It is preferably provided that the heat loss is determined on the basis of the amount of heat emitted by the heater in the time interval and the change in temperature in the cooking chamber in this time interval. In this embodiment, therefore, the actual heat loss is calculated in the oven, so that very precisely those heat levels can be determined, which are needed to maintain the set temperature in the oven. Alternatively, the heat loss could also be estimated on the basis of the known heat radiation of the cooking chamber to the environment and a known heat absorption of introduced into the cooking chamber products.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass drei Heizstufen verwendet werden. Es hat sich herausgestellt, dass bereits mit drei Heizstufen die Solltemperatur im Garraum sehr gut geregelt werden kann.According to the preferred embodiment it is provided that three heating stages are used. It has been found that even with three heat settings, the setpoint temperature in the oven can be controlled very well.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist auch eine Heizung für ein Gargerät mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgesehen. Hinsichtlich der sich mit einer solchen Heizung ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Zur Klarstellung wird darauf hingewiesen, dass die Heizstufen nicht konstruktiv vorgegeben sein müssen, sondern sich als definierte Betriebszustände der modulierbaren Heizeinrichtung darstellen können.To achieve the above object, a heater for a cooking appliance with the features of claim 6 is provided. With regard to the advantages resulting from such a heater, reference is made to the above explanations. For the sake of clarification, it is pointed out that the heating stages need not be structurally predetermined, but may represent themselves as defined operating states of the modulated heating device.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung drei Heizstufen aufweist, von denen die erste Heizstufe in der Größenordnung von 25 % der maximalen Heizleistung liefert, die zweite Heizstufe in der Größenordnung von 50 % der maximalen Heizleistung und die dritte Heizstufe die maximale Heizleistung liefert. Mit einer solchen Verteilung der Heizleistung der drei Heizstufen lässt sich die Solltemperatur im Garraum sehr präzise regeln.It is preferably provided that the heating device has three heating stages, of which the first heating stage delivers on the order of 25% of the maximum heating power, the second heating stage of the order of 50% of the maximum heating power and the third heating stage provides the maximum heating power. With such a distribution of the heating power of the three heating levels, the setpoint temperature in the cooking chamber can be controlled very precisely.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:

- 1 schematisch ein Gargerät; und
- 2 ein Diagramm eines Regelvorgangs.

The invention will be described below with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings. In these show:

- 1 schematically a cooking appliance; and
- 2 a diagram of a regulation process.

In 1 ist schematisch ein Gargerät 10 gezeigt, wie es in Großküchen zum Einsatz kommt. Es enthält einen Garraum 12, in den zu garende Produkte eingebracht werden können. Zum Heizen des Garraums ist eine Heizeinrichtung 14 vorgesehen, die hier als Gasbrenner ausgeführt ist. Der Heizeinrichtung 14 ist ein Wärmetauscher 16 zugeordnet, so dass dem Garraum 12 erwärmte Luft zugeführt werden kann. Die Heizeinrichtung 14, die in einem weiten Bereich modulierbar ist, wird hier in drei diskreten Stufen betrieben, nämlich in einer ersten Stufe 14.1, einer zweiten Stufe 14.2 und einer dritten Stufe 14.3. Die Heizleistung der ersten Heizstufe 14.1 beträgt etwa 25 % der maximalen Heizleistung, die Heizleistung der zweiten Heizstufe 14.2 beträgt etwa 50 % der maximalen Heizleistung, und die dritte Heizstufe 14.3 liefert die maximale Heizleistung.In 1 is schematically a cooking appliance 10 shown how it is used in commercial kitchens. It contains a cooking space 12 into which products to be cooked can be incorporated. For heating the cooking chamber is a heater 14 provided, which is designed here as a gas burner. The heater 14 is a heat exchanger 16 assigned, leaving the cooking chamber 12 heated air can be supplied. The heater 14 , which can be modulated in a wide range, is operated here in three discrete stages, namely in a first stage 14.1 , a second stage 14.2 and a third stage 14.3 , The heat output of the first heating stage 14.1 is about 25% of the maximum heating power, the heating power of the second heating stage 14.2 is about 50% of the maximum heating power, and the third heating level 14.3 provides the maximum heat output.

Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel als Heizeinrichtung ein Gasbrenner verwendet wird, kann das beschriebene Regelverfahren auch bei Heizungen verwendet werden, die eine elektrische Heizeinrichtung mit mehreren Heizstufen verwenden.Although a gas burner is used as the heater in this embodiment, the described control method can also be applied to heaters using an electric heater having a plurality of heating stages.

Im Gargerät 10 ist weiterhin eine Steuerung 18 vorgesehen, der über eine Bedieneinrichtung 20 eine Solltemperatur für den Garraum 12 vorgegeben werden kann. Von einem Temperatursensor 22 wird der Steuerung 18 ein Signal über die Temperatur im Inneren des Garraums 12 zur Verfügung gestellt. Ferner ist der Steuerung 18 ein Schwellwertregler 24 zugeordnet, der die Heizstufen der Heizeinrichtung 14 ansteuern kann.In the cooking appliance 10 is still a control 18 provided, via an operating device 20 a set temperature for the cooking chamber 12 can be specified. From a temperature sensor 22 becomes the controller 18 a signal about the temperature inside the cooking chamber 12 made available. Further, the controller 18 a threshold controller 24 associated with the heating levels of the heater 14 can drive.

Anhand des Diagramms von 2 wird nachfolgend das Regelverhalten für einen beispielhaften Garprozess beschrieben, bei dem als Solltemperatur im Inneren des Garraums ein Wert von 180 °C gewählt wurde. Im oberen Bereich des Diagramms sind die jeweils vom Regler 24 für das Aktivieren der Heizeinrichtung verwendeten Schwellwerte aufgetragen, wobei eine Schalthysterese von 1 °C gewählt wurde. Gepunktet dargestellt sind die Schwellwerte für das Einschalten der ersten Heizstufe 14.1 (untere Linie) sowie für das Ausschalten der ersten Heizstufe 14.1 (obere Linie). Gestrichelt gezeichnet sind die Schwellwerte für das Umschalten von der ersten Heizstufe 14.1 zur zweiten Heizstufe 14.2 (untere Linie) sowie für das Zurückschalten von der zweiten Heizstufe 14.2 zur ersten Heizstufe 14.1 (obere Linie). Strichpunktiert gezeigt sind die Schwellwerte für das Umschalten von der zweiten Heizstufe 14.2 zur dritten Heizstufe 14.3 (untere Linie) sowie für das Zurückschalten von der dritten Heizstufe 14.3 zur zweiten Heizstufe 14.2 (obere Linie). Die Kurve T zeigt den tatsächlichen Verlauf der Temperatur im Inneren des Garraums.Based on the diagram of 2 the control behavior for an exemplary cooking process is described below, in which a value of 180 ° C was selected as the set temperature inside the cooking chamber. In the upper part of the diagram are each from the controller 24 applied thresholds for activating the heater, with a switching hysteresis of 1 ° C was selected. Spotted are the threshold values for switching on the first heating stage 14.1 (lower line) and for switching off the first heating stage 14.1 (upper line). The threshold values for switching from the first heating stage are shown in dashed lines 14.1 to the second heating stage 14.2 (lower line) and for switching back from the second heating level 14.2 to the first heating stage 14.1 (upper line). Shown dash-dotted are the thresholds for switching from the second heating stage 14.2 to the third heat level 14.3 (bottom line) and for the Switch back from the third heat level 14.3 to the second heating stage 14.2 (upper line). The curve T shows the actual course of the temperature inside the cooking chamber.

Im unteren Abschnitt des Diagramms ist zum einen die jeweils verwendete Heizstufe angegeben (Linie H). Der Wert von 100 % entspricht der maximalen Heizleistung, also der dritten Heizstufe 14.3, während ein Wert von 50 % der zweiten Heizstufe 14.2 und ein Wert von 25 % der ersten Heizstufe 14.1 entspricht. Die Kurve Q zeigt die Wärmeabnahme im Garraum, und zwar in Prozent der maximalen Heizleistung. „Wärmeabnahme“ bedeutet die Wärmemenge, die der Garraum der in ihm enthaltenen Luft abnimmt (insbesondere durch Wärmeverluste nach außen und durch Wärmeabgabe an in ihm enthaltene Produkte) und die von außen zugeführt werden muss, wenn die Temperatur konstant gehalten werden soll.The bottom section of the diagram shows the heating level used (line H). The value of 100% corresponds to the maximum heat output, ie the third heat level 14.3 while a value of 50% of the second heating level 14.2 and a value of 25% of the first heat level 14.1 equivalent. The curve Q shows the heat loss in the oven, as a percentage of the maximum heating power. "Heat loss" means the amount of heat that the cooking space of the air contained in it decreases (in particular by heat losses to the outside and by heat emission to products contained in it) and must be supplied from the outside, if the temperature is to be kept constant.

Wenn ein Bediener zum Zeitpunkt t₀ einen Garprozess startet und eine Solltemperatur von 180 °C vorwählt, springt mit einer kurzen Verzögerung zum Zeitpunkt t₁ die Heizeinrichtung mit der maximalen Heizstufe 14.3 an. Zu Beginn des Aufheizens des Garraums steigt die Temperatur T relativ schnell an, da der Garraum wenig Wärme nach außen abgibt und die Garraumatmosphäre nicht wesentlich wärmer als die Produkte im Garraum ist, sodass auch auf diese wenig Wärmeenergie übertragen wird. Die Wärmeabnahme Q hat also sehr kleine Werte von deutlich unter 25 %. Die Steuerung 18 erkennt, dass die Wärmeabnahme so - gering ist, dass sie mit der ersten Heizstufe 14.1 kompensiert werden könnte. Daher ist die größte Heizstufe, bei der die Heizeinrichtung weniger Wärme an den Garraum abgibt, als dieser aufnimmt, die „nullte“ Heizstufe, also eine ausgeschaltete Heizeinrichtung, und die kleinste Heizstufe, bei der die Heizeinrichtung mehr Wärme an den Garraum abgibt, als dieser abnimmt, ist die erste Heizstufe 14.1. Folglich werden der gewählten Solltemperatur von 180 °C die Schwellwerte für das Einschalten der ersten Heizstufe 14.1 und für das Ausschalten der ersten Heizstufe 14.1 zugeordnet, und die Schwellwerte aller stärkeren Heizstufen werden zu niedrigeren Temperaturwerten verschoben. Da zu diesem Zeitpunkt aber die Temperatur T immer noch unterhalb des Schwellwerts liegt, der ein Einschalten der dritten Heizstufe bewirkt, ist die dritte Heizstufe aktiv.When an operator starts a cooking process at time t ₀ and preselects a set temperature of 180 ° C, with a short delay at time t _1, the heater jumps at the maximum heating level 14.3 at. At the beginning of the heating of the cooking chamber, the temperature rises T relatively quickly, because the cooking chamber gives off little heat to the outside and the cooking chamber atmosphere is not much warmer than the products in the cooking chamber, so that is transferred to this little heat energy. The heat loss Q So it has very small values of well below 25%. The control 18 Detects that the heat loss is so low that it is with the first heat level 14.1 could be compensated. Therefore, the largest heating stage, in which the heater emits less heat to the cooking chamber, as this receives, the "zeroth" heating stage, ie an off heater, and the smallest heating stage, in which the heater emits more heat to the cooking chamber, as this decreases, is the first heating stage 14.1 , Consequently, the selected setpoint temperature of 180 ° C, the thresholds for switching on the first heating stage 14.1 and for switching off the first heating stage 14.1 and the thresholds of all higher heating levels are shifted to lower temperature levels. But at that time, the temperature T is still below the threshold which causes the third heating stage to be switched on, the third heating stage is active.

Mit zunehmender Erwärmung des Garraums steigen auch die Temperaturdifferenz zwischen Gargut und Garraumatmosphäre und die Wärmeverluste des Garraums, sodass die Wärmeabnahme des Garraums ansteigt. Zum Zeitpunkt t₂ überschreitet sie den Wert von 25 %, was dazu führt, dass die Steuerung 18 ab diesem Zeitpunkt der Solltemperatur nicht mehr die Schwellwerte der ersten Heizstufe 14.1 zuordnet, sondern die Schwellwerte der zweiten Heizstufe 14.2. Dementsprechend werden die Schwellwerte der ersten Heizstufe 14.1 nach oben verschoben. Die Schwellwerte der dritten Heizstufe 14.3 rutschen ebenfalls mit nach oben, verbleiben jedoch unterhalb der Solltemperatur. Als geeigneter Temperaturabstand wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein Wert von 5 °C nach oben bzw. unten verwendet. Zum Zeitpunkt t₃ überschreitet die Temperatur T im Garraum den oberen Schwellwert der dritten Heizstufe 14.3, sodass auf die zweite Heizstufe zurückgeschaltet wird.With increasing heating of the cooking chamber and the temperature difference between food and cooking chamber and the heat losses of the cooking chamber rise, so that the heat loss of the cooking chamber increases. At time t ₂ , it exceeds the value of 25%, which causes the controller 18 from this point in time the setpoint temperature no longer exceeds the threshold values of the first heating stage 14.1 but assigns the thresholds of the second heating stage 14.2 , Accordingly, the threshold values of the first heating stage 14.1 moved up. The thresholds of the third heat level 14.3 also slide up, but remain below the set temperature. As a suitable temperature distance, a value of 5 ° C up or down is used in this embodiment. At time t ₃ , the temperature exceeds T in the oven, the upper threshold of the third heat level 14.3 , so that is switched back to the second heating level.

Zum Zeitpunkt t₄ überschreitet die Wärmeabnahme Q im Garraum den Wert von 50 %, sodass die Steuerung 18 nunmehr der Solltemperatur die Schwellwerte für das Umschalten zwischen der zweiten Heizstufe 14.2 und der dritten Heizstufe 14.3 zuordnet. Dadurch liegt nun die Temperatur T unterhalb des Schwellwertes für das Einschalten der dritten Heizstufe 14.3, so dass diese wieder aktiviert wird. Zum Zeitpunkt t₅ überschreitet schließlich die Temperatur im Garraum den Sollwert von 180 °C, sodass auf die zweite Heizstufe 14.2 zurückgeschaltet wird.At time t ₄ exceeds the heat loss Q in the oven the value of 50%, so the controller 18 now the target temperature, the threshold values for the switching between the second heating stage 14.2 and the third heating stage 14.3 assigns. This is now the temperature T below the threshold for switching on the third heating stage 14.3 so that it will be reactivated. Finally, at time t ₅ , the temperature in the cooking chamber exceeds the setpoint value of 180 ° C., so that the second heating stage 14.2 is switched back.

Zum Zeitpunkt t₆ sinkt die Wärmeabnahme Q im Garraum wieder auf einen Wert von unter 50 % (beispielsweise weil die zu garenden Produkte im Garraum weitestgehend erwärmt sind), sodass die Steuerung 18 der Solltemperatur im Garraum 12 wieder die Schwellwerte für das Umschalten zwischen der ersten Heizstufe 14.1 und der zweiten Heizstufe 14.2 zuordnet. Da gleichzeitig die Temperatur T im Garraum noch oberhalb der Solltemperatur liegt, schaltet der Regler 24 von der zweiten auf die erste Heizstufe zurück. Durch die Verringerung der Heizleistung auf einen Wert, der unterhalb der Wärmeabnahme im Garraum 12 liegt, sinkt die Temperatur T im Garraum 12 daraufhin ab, bis sie zum Zeitpunkt t₇ die untere Schaltschwelle erreicht, bei der von der ersten Heizstufe 14.1 auf die zweite Heizstufe 14.2 hochgeschaltet wird. Da nun eine Heizstufe aktiv ist, deren Heizleistung oberhalb der Wärmeabnahme im Garraum liegt, steigt die Temperatur T wieder an, bis zum Zeitpunkt t₈ wieder auf die erste Heizstufe 14.1 zurückgeschaltet wird. Dieses Regelspiel wiederholt sich im Folgenden, sodass die Temperatur im Garraum in einem engen Bereich um die Solltemperatur von 180 °C schwankt.At time t ₆ , the heat loss decreases Q in the oven again to a value of less than 50% (for example, because the products to be cooked in the oven are largely heated), so the controller 18 the set temperature in the cooking chamber 12 again the thresholds for switching between the first heat level 14.1 and the second heating stage 14.2 assigns. Because at the same time the temperature T in the cooking chamber is still above the set temperature, the controller switches 24 from the second to the first heat level back. By reducing the heating power to a value that is below the heat loss in the oven 12 is, the temperature drops T in the oven 12 then from until it reaches the lower threshold at time t ₇ , at the time of the first heating stage 14.1 to the second heating stage 14.2 is switched up. Since a heating stage is now active whose heating output is above the heat consumption in the oven, the temperature rises T again, until the time t ₈ back to the first heating level 14.1 is switched back. This control game is repeated below, so that the temperature in the cooking chamber in a narrow range around the target temperature of 180 ° C varies.

Das beschriebene Regelverfahren und die beschriebene Heizung bieten für den Fall einer gasbetriebenen Heizeinrichtung die folgenden Vorteile: zum einen ergibt sich eine erhebliche Verbesserung der Regelgüte. Es ist möglich, die Solltemperatur besser einzuhalten, insbesondere bei einer hohen Wärmeabnahme, bei der die Temperatur bei herkömmlichen Systemen nach Ausschalten der Heizeinrichtung weit abfällt. Ein solcher starker Abfall der Temperatur kann unter Umständen dazu führen, dass beim Neustart der Heizeinrichtung bereits die Schwellwerte für die maximale Heizstufe erreicht sind, sodass die Heizeinrichtung ständig im Wechsel zwischen einem Zustand mit maximaler Leistung und einem ausgeschalteten Zustand betrieben wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Energieverbrauch des Gargeräts reduziert wird. Dies beruht darauf, dass wesentlich weniger Starts notwendig sind und dadurch deutlich weniger Startemissionen erzeugt werden. Dies beruht auch darauf, dass weniger Spülvorgänge nötig sind, die den Brenner und den Wärmetauscher abkühlen. Schließlich beruht dies darauf, dass die Heizung seltener die hohen Heizstufen aktiviert, in denen der Wirkungsgrad des Wärmetauschers geringer ist. Außerdem ergeben sich geringere Schadstoffemissionen. Dies ergibt sich zum einen bereits aus dem reduzierten Energieverbrauch und zum anderen daraus, dass die Heizeinrichtung länger in einem stationären Betrieb laufen kann und weniger oft ein- und ausgeschaltet wird. Dies reduziert die Startemissionen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mehr Schaltstufen eingerichtet werden können, ohne die Schwellwerte der höchsten Stufe weit unter die Solltemperatur des Garraums legen zu müssen, damit die einzelnen Stufen getrennt voneinander geschaltet werden. Durch das Verschieben der Schwellwerte in Abhängigkeit von der Wärmeabnahme wird im Bereich der Solltemperatur immer mit den Schwellwerten gearbeitet, die den aktuell benötigten Heizstufen zugeordnet sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass im Vergleich zu einem PI-Regler, der innerhalb des möglichen Modulationsbereichs der Heizeinrichtung eine vergleichbare Regelung ermöglichen würde, weiterhin mit einem robusten Schwellwertregler gearbeitet werden kann. Schließlich wird im Teillastbetrieb die Abgastemperatur reduziert und dadurch der Wirkungsgrad erhöht.The control method described and the heater described offer the following advantages in the case of a gas-fired heating device: on the one hand, there is a considerable improvement in the control quality. It is possible to better comply with the target temperature, especially at a high heat loss, in which the temperature drops far in conventional systems after switching off the heater. Under certain circumstances, such a sharp fall in the temperature can lead to the threshold values for the maximum heating level being reached when the heater is restarted, so that the heating device is constantly operated in alternation between a state with maximum power and a switched-off state. Another advantage is that the energy consumption of the cooking appliance is reduced. This is due to the fact that significantly fewer launches are necessary and thus significantly less start emissions are generated. This is also because fewer rinses are needed to cool the burner and heat exchanger. Finally, this is due to the fact that the heater is less likely to activate the high heat levels, in which the efficiency of the heat exchanger is lower. In addition, lower pollutant emissions result. This results, on the one hand, from the reduced energy consumption and, on the other hand, from the fact that the heating device can run longer in a stationary mode and is switched on and off less often. This reduces the launch emissions. A further advantage is that more switching stages can be set up without having to set the threshold values of the highest stage far below the setpoint temperature of the cooking chamber, so that the individual stages are switched separately from one another. By shifting the threshold values as a function of the heat consumption, the threshold values which are assigned to the currently required heating stages are always worked in the range of the setpoint temperature. Another advantage is that compared to a PI controller, which would allow comparable control within the possible modulation range of the heater, it is still possible to work with a robust threshold controller. Finally, the exhaust gas temperature is reduced in partial load operation, thereby increasing the efficiency.

Auch für den Fall, dass es sich bei der Heizeinrichtung nicht um einen Gasbrenner handelt, sondern um eine elektrische Heizeinrichtung, verbleibt der Vorteil einer besseren Regelgüte. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch bei hoher Wärmeabnahme kein Temperaturabfall aufgrund der bei herkömmlichen Schwellwertreglern nötigen Verschiebung der Schwellwerte der höheren Heizstufen nach unten auftritt.Even in the event that the heating device is not a gas burner but an electric heating device, the advantage of a better control quality remains. Another advantage is that even at high heat loss no temperature drop occurs due to the need to shift down the thresholds of the higher heating levels necessary in conventional threshold regulators down.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10:10:: GargerätCooking appliance
12:12:: Garraumoven
14:14:: Heizeinrichtungheater
14.1:14.1:: erste Heizstufefirst heating stage
14.2:14.2:: zweite Heizstufesecond heating stage
14.3:14.3:: dritte Heizstufethird heat level
16:16:: Wärmetauscherheat exchangers
18:18:: Steuerungcontrol
20:20:: Bedieneinheitoperating unit
22:22:: Temperatursensortemperature sensor
24:24:: Reglerregulator
Q:Q:: Wärmeabnahme im GarraumHeat dissipation in the cooking chamber
T:T:: GarraumtemperaturOven temperature

Claims

Method according to Claim 1 in which the switching thresholds are changed by means of the following steps: a) the amount of heat which the cooking chamber (12) decreases in a defined time interval is determined; b) it is determined the largest heating stage, in which the heater (14) emits less heat to the cooking chamber (12), as this decreases, and it is determined the smallest heating stage, with the heater (14) more heat to the cooking chamber (12) as it decreases; c) the threshold values of the thus determined maximum heat level and the smallest heat level determined in this way are, taking into account a switching hysteresis, assigned to a setpoint temperature in the cooking space (12); d) the threshold values of all other heating stages are set to values which are outside a temperature range in which the cooking chamber temperature (T) fluctuates during regulation.

Method according to Claim 2 , characterized in that the threshold value of each larger heating stage than the minimum heating level determined according to step b) is set to a value well below the setpoint temperature in the cooking chamber (12) and the threshold value of each smaller heating stage than the largest heating stage determined in step b) Value is set well above the setpoint temperature.

Method according to one of Claims 2 and 3 , characterized in that the heat loss (Q) is determined based on the amount of heat emitted by the heater (14) in the time interval and the change of the cooking chamber temperature (T) in the cooking chamber (12) in this time interval.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that three heating stages (14.1, 14.2, 14.3) are used.

A heating device for a cooking device (10), comprising a heating device (14) which has at least two heating stages (14.1, 14.2, 14.3), a threshold controller (24) which controls the at least two heating stages (14.1, 14.2, 14.3), and one Control (18), which can determine the amount of heat that the cooking chamber of the air contained in it and must be supplied from outside, if the cooking chamber temperature (T) is to be kept constant, and depending on the specific heat loss (Q) and the at least two heating stages (14.1, 14.2, 14.3) of the heating device (14) can set variable threshold values, by means of which the threshold value controller (24) can control the at least two heating stages (14.1, 14.2, 14.3).

Heating after Claim 6 , characterized in that the heating device has three heating stages (14.1, 14.2, 14.3) of which the first heating stage (14.1) delivers on the order of 25% of the maximum heating power, the second heating stage (14.2) of the order of 50% of maximum heat output and the third heating stage (14.3) provides the maximum heating power.