DE102016212329A1

DE102016212329A1 - Verfahren zur Steuerung eines Backofens und Backofen

Info

Publication number: DE102016212329A1
Application number: DE102016212329.7A
Authority: DE
Inventors: Konrad Schönemann; Rolf Seeburger
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2018-01-11
Also published as: EP3267114B1; EP3267114A1

Abstract

Ein Backofen (1) kann in einem Energiespar-Modus von einem Betrieb mit Temperaturregelung in einen Betrieb mit Leistungsvorgabe während eines Garvorgangs wechseln. Dazu sind an einer Zusatz-Leiterplatte (15) zur Nachrüstung ein Microcontroller (16) und ein Relais (17) als Zusatz-Schalter vorgesehen. In einer Leistungssteuerungsphase wird einer Muffelheizung (3) eine gleichbleibende Leistung zugeführt durch konstantes Takten. Deren Höhe wird bestimmt durch Beobachten und Auswerten einer Vorheizphase und einer kurzen Temperaturhaltephase, woraus ein gleichbleibendes Verhältnis von Einschaltdauer zu Taktperiode (ED) der Muffelheizung (3) bestimmt wird. Durch Absenken der Temperatur in der Backofenmuffel (2) unter eine vorgegebene Soll-Temperatur kann auf diese Weise Energie eingespart werden.

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Backofens sowie einen zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Backofen.
Verschiedene Verfahren zur Steuerung von Backöfen sind bekannt. Eher einfach ausgebildete Backofenmodelle weisen eine elektromechanische Temperaturregelung für eine Muffelheizung in einer Backofenmuffel auf. Diese weist eine Temperatureinstellung, vorteilhaft über ein mechanisches Bedienelement wie einen Drehschalter bzw. einen Drehsteller, einen mechanischen Temperaturfühler und einen Schaltkontakt auf. Der mechanische Temperaturfühler besteht häufig aus einem Rohrsystem, das mit einem temperaturabhängig ausdehnbaren Öl gefüllt ist und einen etwas größeren, mit dem Rohrsystem verbundenen und mit Öl gefüllten Körper in der Backofenmuffel als Temperaturfühler aufweist. Am anderen Ende ist das Rohrsystem mit einer sogenannten Ausdehnungsdose verbunden, siehe beispielsweise die EP 962951 A2 . Diese kann dadurch einen Schaltkontakt schalten, dass eine mittels der Temperatureinstellung durch eine Bedienperson eingestellte Temperatur in der Backofenmuffel erreicht ist. Dann taktet die Temperaturregelung sozusagen den Betrieb der Muffelheizung, um in etwa die eingestellte Temperatur in der Backofenmuffel zu halten.
Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zur Steuerung eines Backofens sowie einen zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Backofen zu schaffen, mit denen Probleme des Stands der Technik vermieden werden können und es insbesondere möglich ist, auf einfache Art und Weise einen Backofen zu steuern und vor allem einen Backofen in einem Energiespar-Modus steuern zu können, ohne die Konstruktion bzw. den Aufbau des Backofens wesentlich ändern zu müssen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen zur Durchführung dieses Verfahrens ausgebildeten Backofen mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für das Verfahren oder nur für den Backofen genannt. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für das Verfahren als auch für den Backofen selbständig gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Es ist vorgesehen, dass der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu steuernde Backofen eine Backofenmuffel, eine Muffelheizung und eine elektromechanische Temperaturregelung für die Muffelheizung aufweist. Die elektromechanische Temperaturregelung weist eine Temperatureinstellung, einen mechanischen Temperaturfühler und einen Schaltkontakt auf. Eine solche elektromechanische Temperaturregelung ist vorteilhaft ausgebildet wie im Stand der Technik beschrieben, beispielsweise in der vorgenannten EP 962951 A2 . Die elektromechanische Temperaturregelung ist dazu ausgebildet, in der Backofenmuffel mittels Ansteuerung der Muffelheizung, vorzugsweise durch ein vorgenanntes Takten, eine mechanisch an der Temperatureinstellung eingestellte Backofentemperatur einzustellen. Bei einem solchen Takten wird die Muffelheizung entweder mit voller Leistung betrieben oder aber ist ausgeschaltet.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf. Zuerst wird ausgehend von einem kalten Backofen der Schaltkontakt geschlossen und so die Muffelheizung eingeschaltet. Dies beginnt also mit dem Heizbetrieb, und zwar wird die Backofenmuffel aufgeheizt für die Dauer einer sogenannten Vorheizphase. Die Vorheizphase wird beendet, wenn der mechanische Temperaturfühler das erste Mal anspricht und den Schaltkontakt öffnet. Dies erfolgt, weil eine Temperatur am mechanischen Temperaturfühler eine zu der eingestellten Backofentemperatur korrespondierende Schalttemperatur überschritten hat. Diese Schalttemperatur kann mit der eingestellten Temperatur übereinstimmen, muss dies aber nicht. Dies ist aber etwas, was beim Einstellen bzw. Justieren der elektromechanischen Temperaturregelung bei Herstellung im Werk erfolgt und deswegen keine Auswirkung hat für die Erfindung. Es geht jedenfalls um das erste Öffnen bzw. Schalten des Schaltkontakts durch den Temperaturfühler.
Als nächstes folgt nach der Vorheizphase, vorteilhaft direkt danach, eine Temperaturhaltephase. In dieser Temperaturhaltephase wird die Temperatur in der Backofenmuffel mittels Schalten des Schaltkontakts durch die elektromechanische Temperaturregelung bzw. durch den Temperaturfühler auf die eingestellte Backofentemperatur geregelt. Dies ist aber auch von üblichen elektromechanischen Backöfen bekannt. Dabei ist eine Dauer der Temperaturhaltephase entsprechend einer Anzahl von Schaltvorgängen des Schaltkontakts in einer Leistungs-Steuereinrichtung des Backofens abgespeichert. In der Leistungs-Steuereinrichtung wird dabei keine Zeit gemessen, um die Dauer der Temperaturhaltephase zu bestimmen. Vielmehr ist beispielsweise eine Anzahl von zehn Schaltvorgängen des Schaltkontakts in der Leistungs-Steuereinrichtung abgespeichert, so dass die Temperaturhaltephase also zehn Schaltvorgänge lang dauern soll. Vorteilhaft wird dabei jeweils einmal Einschalten als ein Schaltvorgang gewertet. Die Temperaturhaltephase ist vorteilhaft unterschiedlich von Null bzw. sie weist eine Mindestdauer auf, besonders vorteilhaft von mindestens einmal Einschalten der Muffelheizung.
Ist vom Schaltkontakt die in der Leistungs-Steuereinrichtung abgespeicherte Anzahl von Schaltvorgängen durchgeführt worden endet die Temperaturhaltephase. Dann beginnt eine Leistungssteuerungsphase, vorteilhaft direkt danach, mit einem gleichbleibenden Verhältnis von Einschaltdauer zu Taktperiode, welches im Folgenden auch Verhältnis ED genannt wird. Eine Taktperiode besteht dabei aus einer Einschaltdauer und einer anschließenden Ausschaltdauer. Wurde während der Temperaturhaltephase die Temperatur auf die eingestellte Backofentemperatur geregelt, wird in der Leistungssteuerungsphase nur noch die in den Backofen eingebrachte Leistung gesteuert. Das vorab bestimmte und anschließend in der Leistungs-Steuereinrichtung hinterlegte Verhältnis ED wird dazu genutzt, einen zusätzlich in die Ansteuerung der Muffelheizung geschalteten Zusatz-Schalter so anzusteuern zum Einschalten und zum Ausschalten der Muffelheizung, dass nur der Zusatz-Schalter die Muffelheizung schaltet und nicht mehr der vorgenannte Schaltkontakt während der Temperaturhaltephase. Dieser Schaltkontakt ist immer geschlossen.
Dabei wird das Verhältnis ED so gewählt, dass eine sich im eingeschwungenen Zustand des Backofens einstellende Temperatur während der Leistungssteuerungsphase unterhalb der Soll-Temperatur liegt, so dass der Backofen bzw. die Backofenmuffel also eine unter der eingestellten Backofentemperatur liegende Temperatur aufweist. Somit kann Energie eingespart werden während der Leistungssteuerungsphase im Vergleich zur vorbeschriebenen Temperaturhaltephase sowie im Vergleich zu einem Dauerbetrieb des Backofens mit der Backofentemperatur. Bei der Erfindung geht es also im Kern im Wesentlichen darum, mit einer einfachen elektromechanischen Temperaturregelung ohne genaues Erfassen der tatsächlich im Backofen bzw. in der Backofenmuffel herrschenden Temperatur einen Betrieb mit einer Temperatur zu bewirken, die etwas unterhalb der eingestellten Backofentemperatur liegt. Es wird ausgehend von einem kalten Backofen die Dauer der Vorheizphase gemessen, also bis zum ersten Schalten des Schaltkontakts, und wenn diese nur relativ kurz gedauert hat, so liegt erwartungsgemäß eine geringere eingestellte Backofentemperatur vor. Dauert die Vorheizphase länger, bis also der Backofen auf ungefähr die gewünschte eingestellte Backofentemperatur aufgeheizt ist, so liegt die eingestellte Backofentemperatur wohl höher. In der Leistungssteuerungsphase wird auch nicht mehr auf eine genaue eingestellte Temperatur geregelt, sondern es wird eine genau definierte Leistung zugeführt, es wird also sozusagen nur noch gesteuert bzw. Leistungs-gesteuert.
In Ausgestaltung der Erfindung kann die sich im eingeschwungenen Zustand des Backofens einstellende Temperatur während der Leistungssteuerungsphase, also die im Vergleich zur Soll-Temperatur abgesenkte Temperatur, zwischen 10K und 40K unterhalb dieser Soll-Temperatur liegen. Vorteilhaft können es zwischen 12K und 25K sein. Eine solche Temperaturabsenkung bewirkt eine nur unmerkliche Veränderung des Garergebnisses, so dass ein in dem Backofen durchgeführter Gar- oder Backvorgang im Wesentlichen so abläuft, wie von einer Bedienperson gewünscht. Evtl. dauert der Gar- oder Backvorgang etwas länger. Gleichzeitig kann dadurch aber eine erhebliche Menge an Energie eingespart werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die elektromechanische Temperaturregelung einen Thermostaten auf, der besonders vorteilhaft ein mit einem sich temperaturabhängig ausdehnenden Öl versehener Thermostat ist. Derartige Thermostate sind aber aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannt.
In Ausgestaltung der Erfindung kann die Leistungs-Steuereinrichtung eine Zusatz-Leiterplatte aufweisen mit einem Microcontroller darauf für eine Steuerung der Leistungs-Steuereinrichtung und für Timerfunktionen sowie mit dem Zusatz-Schalter. Diese Bauteile sind also auf der Zusatz-Leiterplatte vorgesehen. Sie wird so angeschlossen, dass bevorzugt der Zusatz-Schalter in Serie zum Schaltkontakt der elektromechanischen Temperaturregelung angeschlossen ist, besonders bevorzugt davor. Somit kann ein Heizbetrieb der Muffelheizung von einem der beiden Schalter allein unterbrochen werden. Des Weiteren kann bei geschlossenem Schaltkontakt auch nur der Zusatz-Schalter, wie zuvor erläutert worden ist, die Muffelheizung auf einfache Art und Weise einschalten und ausschalten. Diese Zusatz-Leiterplatte ist ein Teil, das dann in einen erfindungsgemäßen Backofen eingebaut ist. Ein nachträglicher Einbau in einen Backofen, beispielsweise wenn er schon bei einer Bedienperson in der Küche eingebaut ist, ist unter Umständen zu aufwändig. Wie aber zuvor angesprochen worden ist, kann eine an sich bestehende Konstruktion eines Backofens damit leicht werksseitig ergänzt werden. Weist der Backofen einen Betriebsartenwahlschalter auf, wie er eingangs genannt worden ist, der auch zum Starten des Verfahrens verwendet werden kann, so kann eine Zusatz-Leiterplatte vorteilhaft an dem Betriebsartenwahlschalter selbst befestigt werden, besonders vorteilhaft an dessen hinterem Ende. Somit braucht sich am elektrischen Anschluss eigentlich nicht viel zu ändern, insbesondere muss nicht an einer sonstigen Steuerung oder an sonstigen Schalteinrichtungen des Backofens eine Veränderung vorgenommen werden. Des Weiteren muss auch nichts am Sicherheitskonzept des Backofens oder an Zulassungen geändert werden, da die Abschaltfunktion des temperaturgesteuerten Schaltkontakts ja nicht geändert wird. Der Zusatz-Schalter schaltet nur einfach früher bzw. bei niedrigeren Temperaturen als der eingestellten Backofentemperatur, so dass der eigentliche Schaltkontakt nicht zum Schalten kommt. Sollte der Zusatz-Schalter aber versagen oder beispielsweise nicht mehr öffnen, so kann durch die Serienschaltung der beiden Schalter ein Abschalten der Muffelheizung durch den Schaltkontakt auf alle Fälle erfolgen. Des Weiteren wird in einem solchen Fehlerfall ein unsicherer Gerätezustand durch mindestens einen im bekannten Backofen bereits standardmäßig vorhandenen Sicherheitstemperaturbegrenzer vermieden.
In dem genannten Energiespar-Modus kann der Microcontroller den Backofen für eine bestimmte Zeit in bzw. mit der Leistungssteuerungsphase betreiben. Vorteilhaft wird der Backofen so lange in dem Energiespar-Modus bzw. in der Leistungssteuerungsphase betrieben, bis er von der Bedienperson entweder ganz ausgeschaltet wird oder aber bis der Energiespar-Modus beendet wird, vorteilhaft wieder durch einen Schaltvorgang am genannten Betriebsartenwahlschalter. Es kann zwar anhand der Dauer der Vorheizphase erkannt werden, ob die Backofenmuffel auf eine eher hohe oder eine eher niedrige Temperatur aufgeheizt wird. Bei einer langen Vorheizphase kann auf eine eher hohe eingestellte Temperatur und bei einer kurzen Vorheizphase auf eine eher niedrige eingestellte Temperatur geschlossen werden. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann also die Dauer der Leistungssteuerungsphase in Abhängigkeit von der Dauer der Vorheizphase bemessen werden. Dabei kann dann vorteilhaft angenommen werden, dass bei einem Aufheizen auf eine relativ hohe Temperatur auch die Leistungssteuerungsphase relativ kurz dauern soll und bei einem Aufheizen auf eine relativ niedrige Temperatur auch die Leistungssteuerungsphase relativ lang dauern soll.
Zum Beenden des Energiespar-Modus kann entweder vorgesehen sein, dass die Bedienperson diesen Energiespar-Modus abschaltet, beispielsweise am Betriebsartenwahlschalter oder an einem Bedienelement der Temperatureinstellung, wodurch ggf. der ganze Backofen ausgeschaltet werden könnte. Alternativ kann in der Steuerung einprogrammiert sein, dass die Leistungssteuerungsphase bzw. der Energiespar-Modus nach einer vorprogrammierten Zeit beendet wird. Diese Zeit ist dann in der Steuerung hinterlegt. Sie kann beispielsweise von der eingestellten Backofentemperatur abhängen, welche ja ungefähr erkannt oder abgeschätzt werden kann wie zuvor beschrieben. In einer nochmals weiteren Alternative kann eine timergesteuerte Beendigung der Leistungssteuerungsphase vorgesehen sein, so dass beispielsweise im Energiespar-Modus der Backofen immer nach zwei oder maximal drei Stunden ausgeschaltet wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Zusatz-Schalter als Relais ausgebildet. Dadurch kann er leicht von dem genannten Microcontroller samt einfacher Ansteuerung angesteuert werden.
In Ausgestaltung der Erfindung kann der Microcontroller über einen eigenen Eingang erkennen, ob und wann die Temperaturregelung die Muffelheizung über den Schaltkontakt einschaltet und ausschaltet. So kann der Microcontroller eben nach einer vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen der Temperaturhaltephase die Leistungssteuerungsphase starten.
Es gibt mehrere Arbeitsmöglichkeiten für das Verfahren bzw. den Microcontroller. Einerseits kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Schaltvorgänge während der Temperaturhaltephase abhängt von einer Dauer der Vorheizphase, die ja vom Microcontroller erfasst werden kann. Bei langer Dauer der Vorheizphase bis zum ersten Schalten des Schaltkontakts durch den Temperaturfühler bzw. die Temperaturregelung kann die Anzahl der Schaltvorgänge in der Temperaturhaltephase eher größer sein. Bei kurzer Dauer bis zum ersten Schalten des Schaltkontakts kann die Anzahl der Schaltvorgänge in der Temperaturhaltephase eher kleiner sein, so dass die Leistungssteuerungsphase auch früher beginnt. Üblicherweise kann die Anzahl der Schaltvorgänge in der Temperaturhaltephase zwischen 1 und 10 liegen.
Vorteilhaft wird in der Leistungssteuerungsphase die Menge der an die Muffelheizung gegebenen Energie durch den Zusatz-Schalter bestimmt, besonders vorteilhaft nur durch den Zusatz-Schalter. Es schaltet also nur der Zusatz-Schalter und nicht der Schaltkontakt, bzw. die elektromechanische Temperaturregelung kommt hier sozusagen gar nicht zum Einsatz, da der Schaltkontakt einfach geschlossen bleibt.
Weitere Randbedingungen für einen Betrieb können vorsehen, dass bei einer Abfolge von Schaltvorgängen während der Temperaturhaltephase mit tendentiell kürzeren bzw. relativ kurzen Taktperioden und eher großem ED eine hohe thermische Last in der Backofenmuffel angenommen wird. Dies bedeutet, dass sich voraussichtlich ein Gargut mit großer Masse in der Muffel befindet bzw. ein Gargut, das eine relativ große Wärmekapazität aufweist und daher der Backofen in der Temperaturhaltephase mehr Energie in die Muffel geben muss. In ähnlicher Form kann eine Abfolge von Schaltvorgängen während der Temperaturhaltephase mit tendentiell längeren bzw. relativ langen Taktperioden und tendentiell kleinerem bzw. relativ kleinem ED eine geringe thermische Last in der Muffel angenommen wird. Dies bedeutet, dass sich voraussichtlich ein Gargut mit kleiner Masse in der Muffel befindet bzw. ein Gargut, das eine relativ kleine Wärmekapazität aufweist und daher der Backofen in der Temperaturhaltephase weniger Energie in die Muffel geben muss. Dies kann über die Anzahl und Dauer der Ein- und Ausschaltvorgänge des Schaltkontakts pro Zeiteinheit vom vorgenannten Microcontroller erfasst werden und als mögliche Information zur Bestimmung des Verhältnisses ED für die anschließende Leistungssteuerungsphase verwendet werden.
Neben dem reinen Verhältnis ED wird vorteilhaft ein zeitlicher Abstand des Taktens bzw. die Häufigkeit des Taktens des Zusatz-Schalters über den Microcontroller pro Zeit in einer Größe gewählt, die nahe an dem Verhalten des Schaltkontakts während der der Temperaturhaltephase liegt. So kann beispielsweise ein Taktintervall zwischen zwei und fünf Minuten liegen, und die Aufteilung innerhalb dieses Intervalls zwischen einer einzigen Einschaltdauer und einer einzigen Ausschaltdauer wird eben durch das Verhältnis ED bestimmt.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine 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 und Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Backofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Betriebsartenwahlschalters mit einer Zusatz-Leiterplatte samt Steuerung und Relais für den erfindungsgemäßen Energiespar-Modus,
3 eine schematische Darstellung einer Temperatureinstellung mit elektromechanischer Temperaturregelung gemäß dem Stand der Technik und
4 ein Diagramm des Verlaufs von Temperatur und Leistung in einem Backofen bei Betrieb mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einerseits und bei Betrieb gemäß dem Stand der Technik andererseits.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Backofen 1 dargestellt mit einer Backofenmuffel 2, in der unten eine Muffelheizung 3 angeordnet ist. Diese kann elektrisch sein, aber auch im Prinzip beliebig funktionieren bzw. betrieben werden. Gesteuert wird der Backofen über einen Betriebsartenwahlschalter 11 mit einem Drehknebel 14 an einer Vorderseite des Backofens 1. Der Betriebsartenwahlschalter 11 ist mit einer Signalanzeige 19 verbunden, beispielsweise um anzuzeigen, wenn der Backofen in Betrieb ist und vor allem wenn er in einem erfindungsgemäßen Energiespar-Modus ist.
Neben dem Betriebsartenwahlschalter 11 ist eine Temperatureinstellung 21 mit Drehknebel 22 vorgesehen. Diese ist im Prinzip genau wie im Stand der Technik ausgebildet, durch Drehen an dem Drehknebel 14 kann eine Temperatur mittels einer an der Vorderseite angegebenen Temperaturskala eingestellt werden, welche dann vom dem Backofen 1 in der Backofenmuffel 2 mittels Betrieb der Muffelheizung 3 erzeugt wird. Dabei wird die Muffelheizung 3 vorteilhaft taktend betrieben, wenn sie elektrisch oder mit Gas arbeitet, und zwar durch Schalten mit voller Leistung einerseits und Null-Leistung andererseits. Derartige Geräte zur Temperatureinstellung sind dem Fachmann jedoch bekannt.
In der zugehörigen 3 ist dargestellt, wie in einem Gehäuse 23 der Temperatureinstellung 21 ein Schaltkontakt 24 vorgesehen ist, dessen Schaltweg durch den Drehknebel 22 verstellt werden kann. Auf den Schaltkontakt 24 wirkt auch eine Ausdehnungsdose 26 eines mechanischen Temperaturfühlers in Form eines Fühlerrohrs 27, das mittels eines Kapillarröhrchens 28 mit der Ausdehnungsdose 26 verbunden ist. Darin befindet sich ein Öl, welches sich in Abhängigkeit von der Temperatur ausdehnt, insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur am Fühlerrohr 27, welches gemäß der 1 oben in der Backofenmuffel 2 angeordnet ist. Ausdehnungsdose 26, Fühlerrohr 27 und Kapillarrohr 28 bilden mit ihrer Einwirkung auf den Schaltkontakt 24 also eine elektromechanische Temperaturregelung für die Muffelheizung 3 bzw. für den Backofen 1. Zur genaueren Funktion wird auf die eingangs genannte EP 962951 A2 verwiesen, in der auch die Funktionsweise samt dem Zusammenwirken mit dem Drehknebel 22 erläutert wird.
In der 2 ist schematisch ein Aufbau des Betriebsartenwahlschalters 11 dargestellt, der ein Gehäuse 12 aufweist. Im Prinzip ist ein solcher Betriebsartenwahlschalter 11 auch gemäß dem Stand der Technik aufgebaut. Durch Drehen an dem Drehknebel 14 können unterschiedliche Betriebsarten für den Backofen 1 vorgegeben werden, und zwar elektromechanisch. Das heißt, dass in verschiedenen Drehpositionen Betriebsarten wie Unterhitze, Oberhitze, Unterhitze plus Oberhitze, Grill, Heißluft odgl. eingestellt werden können. Die zugehörige Temperatur bzw. Grillstufe wird dann über die Temperatureinstellung 21 von einer Bedienperson eingestellt. Bei der Erfindung ist an dem Betriebsartenwahlschalter 11 im Vergleich zu einem konventionell ausgebildeten Betriebsartenwahlschalter eine weitere Drehposition vorgesehen mit Schaltkontakten für ein erfindungsgemäßes Verfahren bzw. einen vorbeschriebenen Energiespar-Modus. Dazu ist an der Rückseite des Betriebsartenwahlschalters 11 eine Zusatz-Leiterplatte 15 vorgesehen bzw. befestigt, auf der eine Steuerung 16 in Form eines Microcontrollers und ein Relais 17 als vorgenannter Zusatz-Schalter enthalten sind. Die Zusatz-Leiterplatte 15 ist mittels Anschlusskabeln 18 mit dem Betriebsartenwahlschalter 11 verbunden. Des Weiteren ist natürlich der Betriebsartenwahlschalter 11 mit der Temperatureinstellung 21 mittels nicht dargestellter Kabel verbunden sowie mit einem Netzanschluss des Backofens. Die Verbindung von Betriebsartenwahlschalter 11 bzw. Zusatz-Leiterplatte 15 und Temperatureinstellung 21 ist derart, dass die Steuerung 16 an einem Eingang überprüfen kann, ob der Schaltkontakt 24 geschlossen ist bzw. wenn die Muffelheizung 3 eingeschaltet ist. Genauso erfasst die Steuerung 16, wenn die Muffelheizung 3 vom Schaltkontakt 24 ausgeschaltet wird.
Das Relais 17 ist zusätzlich in die Ansteuerung der Muffelheizung 3 geschaltet derart, dass eine Serienschaltung von Relais 17 und Schaltkontakt 24 vorliegen kann bzw. derart, dass die Muffelheizung 3 von dem Relais 17 und dem Schaltkontakt 24 abgeschaltet werden kann durch Öffnen eines der beiden. Zum Betrieb der Muffelheizung 3 müssen Relais 17 und Schaltkontakt 24 gemeinsam geschlossen sein.
Beim Betrieb des Backofens 11 gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es in der 4 gezeigt ist, hat eine Bedienperson am Betriebsartenwahlschalter 11 eine beliebige Betriebsart außer dem Energiespar-Modus eingestellt, beispielsweise Betrieb mit Unterhitze mittels der Muffelheizung 3 und mit einer Temperatur von 185°C durch Einstellen der Temperatureinstellung 21. Zum Zeitpunkt t = 0 sind Relais 17 sowie Schaltkontakt 24 geschlossen und die Muffelheizung 3 beginnt das Heizen. Dann steigt die Temperatur an, bis zu einem Zeitpunkt t₁ von etwa 8,2 Minuten eine eingestellte Temperatur von 185°C etwas überschritten worden ist, nämlich etwa 205°C vorliegen. Diese Einschaltverzögerung kann aufgrund der bekannten Trägheit der elektromechanischen Temperaturregelung vorliegen. Nach Ausschalten der Muffelheizung 3 durch Öffnen des Schaltkontakts 24, auf den die Ausdehnungsdose 26 einwirkt, fällt die Temperatur ab auf etwa 180°C. Dann schaltet die Ausdehnungsdose 26 den Schaltkontakt 24 wieder ein, es liegt wieder volle Leistung an der Muffelheizung 3 an und die Temperatur steigt wieder. Dies erfolgt, wie mit der dicken Linie dargestellt ist, mehrere Male mit einer Taktdauer von etwa 3,4 Minuten. Zum Zeitpunkt von etwa 40,5 Minuten wurde ein Gargut aus dem Backofen 1 genommen. Durch Öffnen einer Tür der Backofenmuffel 2 fällt die Temperatur deutlich ab, steigt dann aber wieder an aufgrund der weiteren Beheizung. In diesem Fall ist angenommen, dass der Garvorgang auch nach Herausnehmen des Gargutes noch nicht vom Anwender beendet wurde. Hier dauert eine Taktdauer dann aber länger als zuvor, da nun ja keine thermische Last mehr in der Backofenmuffel 2 vorhanden ist, siehe die obigen Erläuterungen, die Taktdauer kann bei etwa 4,5 Minuten liegen. Da an der Temperatureinstellung 21 aber nichts geändert worden ist, variiert die Temperatur weiterhin um die eingestellte Temperatur von 185°C.
Mit der dünnen Linie ist der erfindungsgemäße Verlauf der Temperatur dargestellt, passend dazu sind auch die Schaltzustände der Muffelheizung 3 unten dargestellt. Hier ist also der Betriebsartenwahlschalter 11 auf einen Energiespar-Modus gestellt worden, bei dem auch die Muffelheizung 3 betrieben wird, und Betrieb mit Unterhitze mittels der Muffelheizung 3 und mit einer Temperatur von 185°C. Der Aufheizvorgang als Vorheizphase läuft genau gleich ab. Zum Zeitpunkt t₁ = 8,2 Minuten wird zum ersten Mal die Muffelheizung 3 ausgeschaltet. Diese Zeit t₁ erfasst die Steuerung 16 und schließt daraus auf die Höhe der in etwa eingestellten Temperatur der Temperatureinstellung 21. Schließlich liegt dieser Wert in der Steuerung 16 nicht vor bzw. er kann von dieser nicht erfasst werden, da es sich ja um eine elektromechanische Temperatureinstellung 21 handelt ohne Temperaturfühler mit Ausgabe eines konkreten Temperaturwertes. Des Weiteren ist in der Steuerung 16 beispielhaft einprogrammiert, dass der Schaltkontakt 24 nach dem Zeitpunkt t₁ genau einmal wieder einschalten soll und dann genau einmal ausschalten soll. Wenn dann das nächste Mal wieder ein Einschalten nötig wäre, weil die Temperatur die eigentliche Ansprech-Temperatur der elektromechanischen Temperaturregelung am Fühlerrohr 27 unterschritten hat, so schaltet der Schaltkontakt 24 zwar ein bzw. schließt, die Steuerung 16 hat allerdings das Relais 17 als Zusatz-Schalter geöffnet, beispielsweise auch bereits gleichzeitig mit Öffnen des Schaltkontakts 24 oder durch dieses Öffnen veranlasst, so dass die Temperatur zunächst weiter absinkt. Während also die Vorheizphase bis zur Zeit t₁ gedauert hat und die Temperaturhaltephase von t₁ bis t₂, hier also nur knapp 5 Minuten, beginnt danach die vorbeschriebene erfindungsgemäße Leistungssteuerungsphase. In dieser wird die Muffelheizung 3 durch taktenden Betrieb vom Relais 17 angesteuert. Der Schaltkontakt 24 ist dabei stets geschlossen. Der Taktbetrieb erfolgt gesteuert mit einem gleichbleibenden Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer als Verhältnis ED, wie zuvor erläutert, und nicht mehr temperaturgeregelt wie im Standardverfahren. Vor allem erfolgt er leistungsgesteuert. Hier ist erkennbar, wie dieses Takten mit dem Verhältnis ED relativ schnell erfolgt und jedenfalls erheblich häufiger als beim Standardverfahren, beispielsweise mit einer Periodendauer von etwa 1 Minute. Dabei ist die Ausschaltdauer etwa dreimal so lang wie die Einschaltdauer, so dass das Verhältnis ED etwa 25% beträgt. Dieses Verhältnis ED könnte auch mit längeren Einschaltdauern und längeren Ausschaltdauern erreicht und gehalten werden. Diese Auswahl kann von verschiedenen Aspekten abhängen und bestimmt werden bzw. in die Steuerung 16 und den entsprechenden Microcontroller einprogrammiert werden. Auch Netzrückwirkungen können hier zu beachten sein, so dass eventuell eine Mindest-Taktdauer zu beachten ist. Der Vorteil des hier dargestellten häufigen Taktens liegt darin, dass die im eingeschwungenen Zustand des Backofens erreichte Temperatur von etwa 148°C während der Leistungssteuerungsphase mit nur wenigen Kelvin Abweichung nach unten und nach oben gehalten wird. Stärkere Temperaturabweichungen nach unten, welche dann eventuell eine unerwünschte Auswirkung auf das Garergebnis haben könnten, abhängig vom gestrichelt dargestellten Gargut G in der Backofenmuffel 2, können so verhindert werden. Da des Weiteren der Energiespar-Modus nicht so häufig verwendet wird wie ansonsten der Schaltkontakt 24 zur Temperaturregelung takten muss, kann das Relais 17 relativ häufig schalten, ohne auf die Lebensdauer des Backofens 1 gesehen übermäßig belastet zu werden. Schematisch dargestellt ist zum Teil ein Verlauf der Taktung der Leistung an der Muffelheizung 3. Für das Standardverfahren der Temperaturregelung während der ganzen Gardauer ist der Verlauf der Leistung bzw. das Takten der Muffelheizung nicht dargestellt, aber es ist auch leicht vorstellbar.
Zum Zeitpunkt von etwa 47 Minuten ist hier das Gargut aus der Backofenmuffel 2 entnommen worden. Entweder schaltet die Bedienperson dann am Betriebsartenwahlschalter 11 diesen Energiespar-Modus ab oder am Drehknebel 22 der Temperatureinstellung 21 den ganzen Backofen aus. Alternativ kann in der Steuerung 16 einprogrammiert sein, dass die Leistungssteuerungsphase nach einer vorprogrammierten Zeit beendet wird. Diese Zeit muss in der Steuerung hinterlegt sein. Sie kann beispielsweise von der eingestellten Backofentemperatur bzw. von der Dauer der Vorheizphase, anhand der die eingestellte Backofentemperatur abgeschätzt werden kann, abhängen. In einer nochmals weiteren Alternative kann eine timergesteuerte Beendigung der Leistungssteuerungsphase vorgesehen sein, so dass beispielsweise im Energiespar-Modus der Backofen immer nach zwei oder drei Stunden ausgeschaltet wird.
Auch wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren nur 1,5 Taktperioden mit der elektromechanischen Temperaturregelung durchgeführt worden sind, bevor der Energiespar-Modus eingesetzt hat und die Leistungszufuhr sowie die Temperatur abgesenkt hat, reichen diese aber aus, damit die Steuerung 16 nicht nur anhand der Dauer der Vorheizphase bis zum Zeitpunkt t₁ in etwa die an der Temperatureinstellung 21 eingestellte Soll-Temperatur bzw. Backofentemperatur abgeschätzt hat. Gleichzeitig konnte noch erfasst werden, dass die thermische Last in der Backofenmuffel 2 bzw. das zu garende Gargut G eine gewisse Auswirkung auf die Periodendauer des Taktens mit der Temperaturregelung hat. Hier ist die thermische Last als eher hoch angenommen worden, weswegen das Takten in der Temperaturhaltephase relativ häufig erfolgt mit kurzer Einschaltdauer des Taktens. Die Werte für Einschalten, Ausschalten sowie das Verhältnis ED in der Leistungssteuerungsphase sind nicht korreliert mit der thermischen Last im Backofen, sie sind von der Steuerung 16 vorgegeben. Diese Korrelation gilt nur während der Temperaturhaltephase.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 962951 A2 [0002, 0005, 0029]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Backofens (1) mit – einer Backofenmuffel (2), – einer Muffelheizung (3), – einer elektromechanischen Temperaturregelung (26, 27, 28) für die Muffelheizung (3) mit einer Temperatureinstellung (21), mit einem mechanischen Temperaturfühler (27) und mit einem Schaltkontakt (24), wobei die elektromechanische Temperaturregelung dazu ausgebildet ist, in der Backofenmuffel (2) mittels Ansteuerung der Muffelheizung (3) eine mechanisch an der Temperatureinstellung eingestellte Backofentemperatur durch Takten der Muffelheizung (3) einzustellen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – ausgehend von einem kalten Backofen (1) ist der Schaltkontakt (24) geschlossen und nach Einschalten der Muffelheizung (3) beginnt diese mit dem Heizbetrieb für die Dauer einer Vorheizphase, – die Vorheizphase wird beendet, wenn der mechanische Temperaturfühler (27) das erste Mal anspricht und den Schaltkontakt (24) öffnet, weil eine Temperatur am mechanischen Temperaturfühler eine zu der eingestellten Backofentemperatur korrespondierende Schalttemperatur überschritten hat, – in einer darauffolgenden Temperaturhaltephase wird die Temperatur in der Backofenmuffel (2) mittels Schalten des Schaltkontakts (24) durch die Temperaturregelung auf die eingestellte Backofentemperatur geregelt, – eine Dauer der Temperaturhaltephase ist als Anzahl von Schaltvorgängen des Schaltkontakts (24) in einer Leistungs-Steuereinrichtung abgespeichert, – nach Durchführen der abgespeicherten Anzahl von Schaltvorgängen beginnt eine Leistungssteuerungsphase mit einem gleichbleibenden Verhältnis von Einschaltdauer zu Taktperiode (ED), – mit diesem vorgegebenen Verhältnis ED wird ein zusätzlich in die Ansteuerung der Muffelheizung (3) geschalteter Zusatz-Schalter (17) angesteuert zum Einschalten und zum Ausschalten der Muffelheizung (3), – wobei das Verhältnis ED so gewählt wird, dass eine sich im eingeschwungenen Zustand des Backofens (1) einstellende Temperatur während der Leistungssteuerungsphase unterhalb der Soll-Temperatur liegt, so dass der Schaltkontakt (24) der elektromechanischen Temperaturregelung (26, 27, 28) während der Dauer der Leistungssteuerungsphase geschlossen bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass die sich im eingeschwungenen Zustand des Backofens (1) einstellende Temperatur während der Leistungssteuerungsphase zwischen 10K und 40K unterhalb der Soll-Temperatur liegt, vorzugsweise zwischen 12K und 25K.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Temperaturregelung (26, 27, 28) einen Thermostat aufweist, vorzugsweise einen Thermostat mit einem sich temperaturabhängig ausdehnenden Öl.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungs-Steuereinrichtung eine Zusatz-Leiterplatte (15) aufweist mit einem Microcontroller (16) darauf für eine Steuerung der Leistungs-Steuereinrichtung und für Timerfunktionen sowie mit dem Zusatz-Schalter (17), wobei vorzugsweise der Zusatz-Schalter (17) in Serie zum Schaltkontakt (24) der elektromechanischen Temperaturregelung angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Backofen (1) in einem Energiespar-Modus mittels des Microcontrollers (16) für eine bestimmte Zeit in der Leistungssteuerungsphase betrieben wird, wobei vorzugsweise eine Zeitdauer der Leistungssteuerungsphase ermittelt wird aus einer Dauer der Vorheizphase.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz-Schalter als Relais (17) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Backofen (1) einen Betriebsartenwahlschalter (11) aufweist und an dem Betriebsartenwahlschalter ein Energiespar-Modus zum Starten des Verfahrens eingestellt wird, wobei anschließend an der Temperatureinstellung (21) eine gewünschte Temperatur für den Backofen eingestellt wird, wobei vorzugsweise dann der zusätzlich in die Ansteuerung der Muffelheizung (3) geschaltete Zusatz-Schalter (17) geschlossen ist und der Backofen während der Vorheizphase beginnt aufzuheizen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Microcontroller (16) nach Anspruch 4 oder 5 über einen Eingang erkennt, ob und wann die Temperaturregelung die Muffelheizung (3) über den Schaltkontakt (24) einschaltet und ausschaltet und nach einer vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen die Leistungssteuerungsphase startet.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schaltvorgänge abhängt von einer Dauer der Vorheizphase, die erfasst wird, wobei bei langer Dauer bis zum ersten Schalten des Schaltkontakts (24) der elektromechanischen Temperaturregelung die Anzahl der Schaltvorgänge in der Temperaturhaltephase größer ist und bei kurzer Dauer bis zum ersten Schalten des Schaltkontakts (24) der elektromechanischen Temperaturregelung die Anzahl der Schaltvorgänge in der Temperaturhaltephase kleiner ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leistungssteuerungsphase die Menge der an die Muffelheizung (3) gegebenen Energie durch den Zusatz-Schalter (17) bestimmt wird und nicht durch die elektromechanische Temperaturregelung, wobei der Schaltkontakt (24) der elektromechanischen Temperaturregelung geschlossen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei kurzer Dauer bis zum ersten Schalten des Schaltkontakts (24) der elektromechanischen Temperaturregelung eine Soll-Temperatur von dem Microcontroller (16) als niedrig angenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei langer Dauer bis zum ersten Schalten des Schaltkontakts (24) der elektromechanischen Temperaturregelung eine Soll-Temperatur von dem Microcontroller (16) als hoch angenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abfolge von Schaltvorgängen während der Temperaturhaltephase mit tendentiell kurzer Taktperiode und tendentiell langer Einschaltdauer ED als hohe thermische Last in der Backofenmuffel (2) gewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abfolge von Schaltvorgängen während der Temperaturhaltephase mit tendentiell langer Taktperiode und tendentiell kurzer Einschaltdauer ED als geringe thermische Last in der Backofenmuffel (2) gewertet wird.
Backofen (1), der zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und der einen Betriebsartenwahlschalter (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsartenwahlschalter die Zusatz-Leiterplatte (15) nach Anspruch 4 aufweist, die insbesondere an dem Betriebsartenwahlschalter (11) befestigt ist.