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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Gargeräte wie Bratpfannen, Bratplatten, Grillflächen und Dampfgeneratoren in Heißluftgeräten und Kombidämpfern, bei denen der Wärmefluss vom Wärmespeicher zum zu beheizenden Gegenstand stufenlos steuerbar ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine solche gattungsgemäße Vorrichtung ist in der 20 2014 003 486.9 beschrieben. Eine kippbare oder nichtkippbare Bratpfanne mit beheiztem Boden oder ein Heißluft-Gargerät mit beheizter, im Garraum sich befindenden Verdampfungs- oder Grill-Fläche, wobei der Boden oder die Verdampfungsfläche über einen beweglichen beheizten Wärmespeicher mit der Wärme versorgt sind damit, dass beim Temperaturregeln der Wärmespeicher durch den direkten wärmeleitenden Kontakt den Wärmefluss in den Boden oder in die Verdampfungsfläche leitet, oder nach einer Bewegung mit dem Wärmespeicher und dem Entstehen einer Unterbrechungsstrecke für den Wärmefluss keine wärmeleitende Wechselwirkung zwischen dem Wärmespeicher und dem Boden oder der Verdampfungsplatte besteht.
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Ein gesteuert beheizter Wärmespeicher speichert während der Phasen von keinem Heizungsbedarf des Gerätes die Wärmeenergie ein, um diese, beim Energiebedarf, durch einen vollflächigen wärmeleitenden Kontakt zwischen dem Wärmespeicher und der zu beheizenden Fläche über den Wärmefluss zur kälteren Fläche zu transportieren. Beim Erreichen der vorangegebenen Temperatur der beheizten Fläche wird der Wärmespeicher von der beheizten Fläche vollflächig abgekoppelt. Damit ist der Wärmefluss im Modus Einschalten-Ausschalten gesteuert. Dieses System weist hohe Schalthäufigkeit und dadurch auch die Abnutzung von Kontaktflächen und Antrieben auf. Auch die Regeleigenschaften von einem solchen System, das den vollen zu Verfügung stehenden Wärmefluss ankoppelt, sind durch Verzögerungen, Überschreiten und Unterschreiten der zu haltenden Werte geprägt.
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Die in der
GB2160969 beschriebene Lösung stellt ein Heizungssystem vor, das bewegliche Heizkörper verwendet, die ohne Wärmespeicher vollflächig auf der zu beheizenden Kochplatte aufliegen oder von dieser wegbewegt werden. Es handelt sich um die Einschalten-Ausschalten-Regelung. Dieses System ohne Wärmespeicher muss den hohen Energiebedarf direkt vom Anschlussnetz beziehen, sodass dessen Anschlussleistung dementsprechend hoch ist und dadurch nicht den neuesten umwelttechnischen Anforderungen entspricht.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizungsvorrichtung für Gargeräte so auszulegen, dass die Wärmespeicher-Vorteile beibehalten sind und der Wärmefluss zwischen dem Wärmespeicher und der zu beheizenden Fläche stufenlos steuerbar ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 bis 10 angegebenen Merkmale gelöst.
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Da es gilt, dass der Wärmefluss proportional dem Querschnitt des Wärmeleiters ist, ist der Wärmefluss auch durch die Veränderung dieses Querschnittes gesteuert.
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Danach ist eine Vorrichtung vorgesehen, die sich zwischen dem Wärmespeicher und der zu beheizenden Garfläche befindet und die durch die stufenlose Lageveränderung zum Wärmespeicher und zur zu beheizenden Garfläche gekennzeichnet ist, womit auch die stufenlose Veränderung der Kontaktflächengrößen durchgeführt ist und damit auch der Wärmefluss stufenlos veränderbar ist. Ein solches Heizungssystem zeichnet sich durch niedrige Energieanschlusswerte und durch ein schnelles, mit hoher Energiedichte versehenes stufenlos steuerbares Energieangebot aus. Da die Wärmeflussrichtung dem Temperaturgradient entspricht, kann die Wärme auch von wärmerer Garfläche zum kälteren Wärmespeicher fließen und dadurch kühlt sich die Garfläche ab, wobei diese, von der Garfläche abgezogene Wärme nicht verloren geht, sondern durch die Speicherung im Wärmetauscher nachfolgend verwendet wird. Diese abzuführende Wärme ist auch durch die Veränderung des wärmeleitenden Querschnittes steuerbar. Auch eine Kombination von Garfläche, beheiztem Wärmespeicher und nichtbeheiztem Wärmetauscher – weiter als Ausgleichswärmetauscher – ist möglich, wobei einer von den beiden Speichern beweglich sein kann.
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Durch diesen Aufbau wird der gesamte Wirkungsgrad des Gargerätes erhöht, die System-Regelungseigenschaften verbessert und dadurch die Energiebilanz und die Umweltverträglichkeit des Gargerätes verbessert.
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Weitere, als vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und deren Kombinationen sowie aus den nachfolgenden Beschreibungen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1 zeigt schematisch eine Ausführung des Systems mit rechteckigem Profil;
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2 ist schematische Darstellung eines rundförmigen Thermoschalters;
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3 ist schematische Darstellung eines scheibenförmigen Thermoschalters
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4 ist schematische Abbildung des Gargerätebodens mit rechteckigem Thermoschalter und einem nichtbeweglichen Wärmespeicher
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5 ist schematische Abbildung des Gargerätebodens mit beweglichem Ausgleichswärmespeicher
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Bei den, in den 1 bis 5 dargestellten Vorrichtungen sind sämtliche umgebene Komponenten wie Antriebe, Verbindungen, Halteringen, Elektroleitungen und der gleichen weggelassen.
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1 besteht aus drei Figuren
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1a ist schematische Darstellung des Speichersystems mit rechteckigem Profil, wobei der sich zwischen der Garplatte (2) und dem Wärmespeicher befindende Thermoschalter (10) mit seinen wärmeleitenden Kontaktflächen (24) den Wärmefluss (15) über die vom Wärmespeicher (3) wärmeleitenden Kontaktflächen (25) und über die von der Garplatte (2) wärmeleitenden Kontaktlächen (26) leitet. Die Richtung (16) des es Wärmeflusses (15) richtet sich nach dem Temperaturgradient zwischen der Temperatur der Garplatte TGP (19) und der Temperatur des Wärmespeichers TWS (20). Für den dargestellten Fall gilt: TWS > TGP so dass die Richtung (16) des Wärmeflusses (15) vom wärmeren Wärmespeicher (3) zur kälteren Garplatte (2) gerichtet ist.
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1b ist schematische Darstellung des Speichersystems ähnlich wie in der 1a damit, dass der Thermoschalter (10) um halbe Horizontallänge der Profil-Zacke in die Richtung (17) bewegt wurde, womit sich der Wärmefluss (15) zwischen dem Wärmespeicher (3) und der Garplatte (2) proportional um die Hälfte reduzierte.
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1c ist schematische Darstellung des Speichersystems ähnlich wie in der 1b, wobei der Thermoschalter (10) um die volle Horizontallänge der Profil-Zacke in die Richtung (17) bewegt wurde und weist weder zum Wärmespeicher (3) noch zur Garplatte (2) einen wärmeleitenden Kontakt auf. Der Wärmefluss (15) zwischen dem Wärmespeicher und der Garplatte (2) ist unterbrochen.
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Da die Bewegung des Thermoschalter (10) stufenlos erfolgt, ist auch die Veränderung des Wärmeflusses (15) zwischen dem Wärmespeicher (3) und der Garplatte (2) stufenlos, in diesem Fall von 100% bis zur 0% des höchstmöglichen Wärmefluss-Werts. Die rechteckige Form der Profil-Zacken kann durch eine keilförmige Form ersetzt werden, wobei sich der Thermoschalter (10) und der Wärmespeicher (2) senkrecht zum Bewegungsvektor (17) bewegen werden.
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2 besteht aus drei Figuren
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2a ist schematische Darstellung des Speichersystems mit abgerundetem Wärmespeicher (11), der zwischen der Garplatte (2) und dem Wärmespeicher (39) rotiert. In der dargestellten Lage fließt der Wärmestrom zwischen der Garplatte (2) über ihre wärmeleitende Kontaktfläche (25) und dem Wärmespeicher (3) über seine wärmeleitende Kontaktfläche (26) durch die gesamten runden wärmeleitenden Kontaktflächen (24) des Thermoschalters (11) durch und somit beträgt der Wärmefluss 100% vom maximal möglichen Wert.
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2b zeigt schematisch das Speichersystem mit verdrehtem Thermoschalter (11) wodurch sich die aktiven, wärmeleitenden Kontaktflächen (24; 25; 26) zwischen dem Thermoschalter (11) und der Garplatte (2) genauso wie zwischen dem Thermoschalter (11) und dem Wärmespeicher (3) halbierten und damit halbierte sich auch der Wärmefluss (15).
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2c ist schematische Darstellung des Speichersystems mit verdrehtem Thermoschalter (11) in die Grenzlage, sodass es keinen wärmeleitenden Kontakt zwischen dem Thermoschalter (11) und der Garplatte (2) genauso wie zwischen dem Thermoschalter (11) und dem Wärmespeicher (3) gibt, womit zwischen der Garplatte (29 und dem Wärmespeicher (3) kein Wärmefluss (15) fließen kann.
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3 besteht aus drei Figuren und ist schematische Darstellung des Speichersystems mit rotierendem Thermoschalter (12) in Form einer Scheibe von X-förmiger Kontur. Diese Scheibe (12) kann entweder zumindest zwei radial gegeneinander liegende oder aufeinander gestapelte Körper wärmeleitend verbinden. Diese 3 zeigt eine radiale Positionierung von den zu verbindenden Körpern.
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3a zeigt schematisch das Speichersystem mit dem scheibenförmigen Thermoschalter (12), der zwischen der Garplatte (2) und dem Wärmespeicher (3) rotiert. In dieser 3a ist der Thermoschalter (12) mit seiner vollen wärmeleitenden Kontaktfläche (24) über die wärmeleitende Kontaktfläche (25) im wärmeleitenden Kontakt wie mit der Garplatte (2) so auch über die wärmeleitenden Kontaktfläche (26) mit dem Wärmespeicher (3), wobei der kleinste wärmeleitende Querschnitt der Scheibe nicht kleiner ist als die Kontaktfläche (24) des Thermoschalters (12) zur Garplatte (2) oder zum Wärmespeicher (3).
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3b zeigt schematisch den verdrehten Thermoschalter (12), wodurch sich die gemeinsamen wärmeleitenden Kontaktflächen (24; 25; 26) zueinander halbierten. Dadurch halbierte sich auch der Wärmefluss (15).
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3c ist eine schematische Darstellung des Speichersystems mit so verdrehtem Thermoschalter (12), dass es keinen wärmeleitenden Kontakt unter den Kontaktflächen (24; 25; 26) gibt, wodurch zwischen der Garplatte (2) und dem Wärmespeicher (3) auch kein Wärmefluss (15) wirkt.
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4 besteht aus zwei Figuren, die eine schematische Darstellung des Speichersystems mit dem durch die Heizung (4) beheizten Wärmespeicher (3) zeigen. Die Garplatte (2) bildet Boden einer Pfanne oder eines Heißluftgerätes und dient zum Grillen, Braten vom Gargut oder zum Verdampfen vom Wasser.
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4a ist eine schematische Darstellung der oben genannten Konfiguration mit dem Thermoschalter (10) in vollständigen wärmeleitenden Kontakt mit dem beheizten Wärmespeicher (3) und mit der Garplatte (2), so dass der Wärmefluss (15) den maximalen möglichen Wert erreicht. Da die Temperatur TWS (20) des Wärmespeichers (3) größer ist als die Temperatur TGP (19), fließt die Wärme in der gezeichneten Richtung (16).
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4b ist eine schematische Abbildung ähnlich wir die 4a damit, dass der Thermoschalter (10) so verschoben wurde, dass sich der Wärmefluss (15) durch die verringerten Kontaktflächen (24; 25; 26) reduzierte.
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5 besteht aus zwei Figuren, die ein Speichersystem abbilden, das mit dem Ausgleichswärmespeicher (6) versehen ist.
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5a ist eine schematische Darstellung der Garplatte (2) mit aufliegendem Gargut (9), mit dem Thermoschalter (10), mit dem von der Heizung (4) beheizten Wärmespeicher (3) und mit dem Ausgleichswärmespeicher (6). Die Temperatur ist von den Temperatursensoren (8) erfasst. Zwischen dem Wärmespeicher (3) und dem Ausgleichswärmespeicher (6) befindet sich ein Spalt der Breite C. Da es gilt : C > 0, fließt zwischen dem Ausgleichswärmespeicher (6) und dem Wärmespeicher (3) kein Wärmefluss (15). Das Gargut (9) ist über den Thermoschalter (10) mit der Wärme aus dem beheizten Wärmespeicher (3) versorgt.
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5b ist eine schematische Darstellung ähnlich wie die 5a damit, dass die Temperatur TGP (19) der Garplatte (2) im oberen Toleranzbereich des voreingestellten Temperaturwertes liegt, wodurch der Wärmefluss (15) verringert werden muss und die Überschüssige Wärme aus dem Wärmespeicher abgeführt werden muss. Durch das Bewegen (22) des Ausgleichswärmespeichers (6) zum Wärmespeicher (3) bis zum spaltlosen wärmeleitenden Kontakt und bei der Geltung, dass die Temperatur TAWS (21) kleiner ist als die Temperatur TWS (20), fließt die Wärme vom Wärmespeicher (3) in den Ausgleichswärmespeicher (6) hinein. Die überschüssige Energie ist im Ausgleichswärmespeicher (6) gespeichert und steht weiter zur Verfügung – wurde nicht vernichtet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gargerät
- 2
- Garplatte: Bratfläche einer Pfanne oder Bratplatte und/oder Verdampfungsfläche eines Dampfgenerators mit einer Bodenverstärkung,
- 3
- Wärmespeicher
- 4
- Heizung
- 5
- Gerätesteuerung
- 6
- Ausgleichswärmespeicher
- 7
- Antrieb
- 8
- Thermosensor
- 9
- Gargut oder Wasser
- 10
- Thermoschalter
- 11
- rundförmiger Thermoschalter
- 12
- scheibenförmiger Thermoschalter
- 13
- nicht belegt
- 14
- nicht belegt
- 15
- Wärmefluss
- 16
- Wärmeflussrichtung
- 17
- Bewegungsvektor vom Thermoschalter
- 18
- Antrieb
- 19
- TGP: Temperatur der Garplatte
- 20
- TWS: Temperatur vom Wärmespeicher
- 21
- TAWS: Temperatur vom Ausgleichswärmespeicher
- 22
- Bewegungsvektor vom Ausgleichswärmespeicher
- 23
- C: Abstand zwischen den wärmeleitenden Kontaktflächen vom Wärmespeicher und vom Ausgleichswärmespeicher
- 24
- Kontaktfläche des Thermoschalters
- 25
- Kontaktfläche der Garplatte
- 26
- Kontaktfläche des Wärmespeichers
- 27
- Positionssensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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