-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Temperaturregelung eines Backofens mit Katalysator der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Art.
-
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus
der
DE 197 06 186 bekannt.
Bei diesem Verfahren sind die Backmuffeltemperatur und die Katalysatortemperatur
separat regelbar, da der Katalysator über eine eigene Katalysatorheizung
verfügt.
In der Steuereinheit sind von einer gewählten Betriebsart, beispielsweise
Pyrolysebetrieb, abhängige
Temperatur-Zeit-Verläufe
bzw. Schwellenwerte für
die Backmuffeltemperatur und die Katalysatortemperatur hinterlegt.
Wird die Pyrolysetemperatur nicht innerhalb einer vorher festgelegten
Zeit erreicht, so erfolgt eine Sicherheitsabschaltung der Backmuffelbeheizung. Sollten
während
der Pyrolyse ebenfalls vorher festgelegte Schwellenwerte für die Katalysatortemperatur überschritten
werden, so erfolgt ebenfalls ein Abschalten der Backmuffelbeheizung
bzw. der Katalysatorbeheizung.
-
Der Erfindung stellt sich somit das
Problem ein einfaches Verfahren zur Temperaturregelung eines Backofens
mit Katalysator anzugeben.
-
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch
ein Verfahren zur Temperaturregelung eines Backofens mit Katalysator
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden
Unteransprüchen.
-
Die mit der Erfindung erreichbaren
Vorteile bestehen neben einem einfachen Verfahren zur Temperaturregelung
eines Backofens mit Katalysator insbesondere in einer konstruktiv
einfachen und damit kostengünstigen
Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, dass die Verarbeitung in der Auswerteschaltung der Steuereinheit auch
davon abhängt,
ob die Katalysatortemperatur höher
oder niedriger als die Backmuffeltemperatur ist. Durch diese weitere
Bedingung für
das Erreichen des Schaltzustands ist ein zusätzlicher Freiheitsgrad in Bezug
auf die Regelung geschaffen.
-
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der
vorgenannten Ausführungsform
sieht vor, dass ein erstes elektrisches Stellsignal aufgrund eines
ersten Schaltzustands erzeugt wird, wobei der erste Schaltzustand
dann erreicht ist, wenn die Katalysatortemperatur höher als
die Backmuffeltemperatur und die Temperaturdifferenz zwischen der
Katalysatortemperatur und der Backmuffeltemperatur größer als
ein oder gleich einem ersten Schwellenwert ist. Auf diese Weise
ist die erfindungsgemäße Lehre besonders
einfach verwirklicht.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der
vorgenannten Ausführungsform
sieht vor, dass das erste elektrische Stellsignal derart auf die
Heizquelle einwirkt, dass die Backmuffeltemperatur im Wesentlichen
konstant gehalten wird. Hierdurch ist eine besonders einfache Regelung
der Backmuffeltemperatur erreicht.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung
der vorgenannten Ausführungsform
sieht vor, dass ein zweites elektrisches Stellsignal aufgrund eines
zweiten Schaltzustands erzeugt wird, wobei der zweite Schaltzustand
dann erreicht ist, wenn die Katalysatortemperatur höher als
die Backmuffeltemperatur und die Temperaturdifferenz zwischen der
Katalysatortemperatur und der Backmuffeltemperatur zuerst größer als
der erste Schwellenwert und zeitlich danach kleiner als ein zweiter
Schwellenwert ist. Auf diese Weise ist eine Regelung, bei der die
Trägheit des
zu regelnden Systems kompensierbar ist, ermöglicht.
-
Grundsätzlich ist die Einwirkung des
zweiten elektrischen Stellsignals auf die Heizquelle in weiten geeigneten
Grenzen wählbar.
Zweckmäßigerweise wirkt
das zweite elektrische Stellsignal derart auf die Heizquelle ein,
dass die Backmuffeltemperatur ansteigt oder für eine vorher festgelegte erste
Zeitdauer auf einem vorher festgelegten ersten Wert im Wesentlichen
konstant gehalten wird.
-
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, dass ein drittes elektrisches Stellsignal aufgrund eines
dritten Schaltzustands erzeugt wird, wobei der dritte Schaltzustand
dann erreicht ist, wenn die Katalysatortemperatur höher als
die Backmuffeltemperatur und die Temperaturdifferenz zwischen der
Katalysatortemperatur und der Backmuffeltemperatur größer als
ein oder gleich einem dritten Schwellenwert ist. Auf diese Weise
ist die erfindungsgemäße Regelung
weiter verfeinert, so dass die Backmuffeltemperatur in deren zeitlichen
Verlauf noch besser einem vorher festgelegten Verlauf folgt.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der
vorgenannten Ausführungsform
sieht vor, dass das dritte elektrische Stellsignal derart auf die
Heizquelle einwirkt, dass die Backmuffeltemperatur auf oder unter einen
vierten Schwellenwert sinkt. Hierdurch ist eine schnelle Regelung
ermöglicht,
so dass die gewünschten
Temperaturen mit einer geringen zeitlichen Verzögerung erreichbar sind.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung
sieht vor, dass ein viertes elektrisches Stellsignal aufgrund eines
vierten Schaltzustands erzeugt wird, wobei der vierte Schaltzustand
dann erreicht ist, wenn die Katalysatortemperatur höher als
die Backmuffeltemperatur, die Temperaturdifferenz zwischen der Katalysatortemperatur
und der Backmuffeltemperatur zuerst größer als der dritte oder gleich
dem dritten Schwellenwert und die Backmuffeltemperatur zeitlich danach
auf dem vierten Schwellenwert ist. Auf diese Weise ist die Kompensation
der Trägheit
des zu regelnden Systems weiter verbessert.
-
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der
vorgenannten Ausführungsform
sieht vor, dass das vierte elektrische Stellsignal derart auf die
Heizquelle einwirkt, dass die Backmuffeltemperatur auf dem vierten
Schwellenwert im Wesentlichen konstant gehalten wird. Hierdurch
ist erreicht, dass sich die Regelung trotz einer verbesserten Kompensation
der Trägheit
des zu regelnden Systems einschwingt.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, dass das erste und/oder das dritte elektrische Stellsignal
derart auf die Heizquelle einwirken/einwirkt, dass die Backmuffeltemperatur
für mindestens
eine vorher festgelegte zweite Zeitdauer auf einem vorher festgelegten
zweiten Wert im Wesentlichen konstant gehalten wird. Auf diese Weise
ist beispielsweise bei Pyrolysebetrieb eine Anpassung der Pyrolysedauer
an den Verschmutzungsgrad des Backofens ermöglicht.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend
näher beschrieben.
Es zeigt
-
1 eine
teilweise dargestellte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in perspektivischer Ansicht,
-
2 einen
ersten in einem Temperatur-Zeit-Diagramm dargestellten beispielhaften
Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
3 einen
zweiten in einem Temperatur-Zeit-Diagramm dargestellten beispielhaften
Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
-
4 einen
dritten in einem Temperatur-Zeit-Diagramm dargestellten beispielhaften
Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
In 1 ist
eine Anordnung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beispielhaft dargestellt. Bei der Anordnung handelt es sich um einen
Backofen (2) mit Katalysator (4), wobei der Katalysator
(4) in dem Abluftweg für
die Wrasen angeordnet ist. Zur Beheizung der Backmuffel (6)
des Backofens (2) ist in der Backmuffel (6) eine
als elektrischer Strahlungsheizkörper
ausgebildete Heizquelle (8) angeordnet. Die Heizleistung
der Heizquelle (8) ist über
eine Steuereinheit (10) regelbar. Hierfür ist in der Backmuffel (6)
ein als elektrischer Widerstandstemperaturfühler ausgebildeter Backmuffeltemperatursensor
(12) und in Strömungsrichtung
hinter dem Katalysator (4) ein ebenfalls als elektrischer
Widerstandstemperaturfühler
ausgebildeter Katalysatortemperatursensor (14) angeordnet.
Der Backmuffeltemperatursensor (12), der Katalysatortemperatursensor
(14) und die Heizquelle (8) sind mit der Steuereinheit
(10) elektrisch leitend verbunden, so dass elektrische
Signale zwischen den Temperatursensoren (12, 14)
und der Steuereinheit (10) austauschbar sind. Ferner wird
die Heizquelle (8) in Abhängigkeit eines elektrischen
Signals der Steuereinheit (10) mit einem elektrischen Heizstrom
versorgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
weist die Steuereinheit (10) einen nicht dargestellten
Mikroprozessor und einen Speicher auf. In dem Speicher sind Daten
zu den verschiedenen Betriebsarten des Backofens, beispielsweise
Pyrolysebetrieb, abgelegt. Die elektrischen Sensorsignale des Backmuffeltemperatursensors (12)
und des Katalysatortemperatursensors (14) werden in einer
ebenfalls nicht dargestellten Auswerteschaltung der Steuereinheit
(10) derart verarbeitet, dass die Steuereinheit (10)
bei Erreichen eines von den elektrischen Sensorsignalen abhängigen Schaltzustands
mindestens ein elektrisches Stellsignal erzeugt, das die Heizquelle
(8) in vorher festgelegter Weise beeinflusst. Beispielsweise
vergleicht die Steuereinheit (10) während des Pyrolysebetriebs
die aktuellen elektrischen Sensorsignale mit den in dem Speicher
abgelegten Daten. Erfindungsgemäß wird in
der Steuereinheit (10) dieses Ausführungsbeispiels die aktuelle
Temperaturdifferenz zwischen der Backmuffeltemperatur und der Katalysatortemperatur
mit den abgespeicherten Daten verglichen. Sofern eine Übereinstimmung
besteht, ist ein Schaltzustand erreicht, der seinerseits ein elektrisches
Stellsignal erzeugt, wodurch die Heizstromzufuhr zu der Heizquelle
(8) beeinflusst wird. Bei einer daraus resultierenden Veränderung
der Heizleistung der Heizquelle (8) ergibt sich wiederum
eine Veränderung
der Temperaturdifferenz zwischen der Backmuffeltemperatur und der
Katalysatortemperatur.
-
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
die Verarbeitung in der Auswerteschaltung der Steuereinheit auch
davon abhängig,
ob die Katalysatortemperatur höher
oder niedriger als die Backmuffeltemperatur ist.
-
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren
des obigen Ausführungsbeispiels
anhand der 2 bis 4 erläutert:
-
In 2 ist
der Verlauf der Backmuffeltemperatur und der Katalysatortemperatur
während
des Pyrolysebetriebs für
den Fall einer lediglich geringen Backmuffelverschmutzung in einem
Temperatur-Zeit-Diagramm beispielhaft gezeigt. Für den Fall einer nur geringen
Backmuffelverschmutzung kommt es lediglich zu einer geringen Rauchentwicklung,
so dass die Katalysatorleistung nicht Wesentlich beeinträchtigt wird.
Bei dem gewählten
Beispiel bleibt die Katalysatortemperatur während des gesamten in dem Diagramm
dargestellten Zeitintervalls unter der Backmuffeltemperatur. In
diesem Fall wird die Backmuffeltemperatur zuerst kontinuierlich
auf etwa 320°C
angehoben. Bei etwa 320°C
wird die Backmuffeltemperatur für
etwa 10 min. im Wesentlichen konstant gehalten. Nach dieser ersten
Haltephase (a) wird die Backmuffeltemperatur weiter erhöht. Bei etwa
460°C wird
die Backmuffeltemperatur für
etwa 50 min. im Wesentlichen konstant gehalten. Nach dieser zweiten
Haltephase (b) wird die Backmuffeltemperatur kontinuierlich gesenkt.
Wie aus 2 hervorgeht,
folgt die Katalysatortemperatur dem zeitlichen Verlauf der Backmuffeltemperatur.
-
3 zeigt
den Verlauf der Backmuffeltemperatur und der Katalysatortemperatur
während
des Pyrolysebetriebs beispielhaft für den Fall einer mittleren
Backmuffelverschmutzung in einem Temperatur-Zeit-Diagramm. Würde in diesem
Fall analog zu dem anhand der 2 beispielhaft
erläuterten
Falls einer lediglich geringen Backmuffelverschmutzung verfahren,
könnte
der durch die Backmuffelverschmutzung hervorgerufene Rauch durch
den Katalysator (8) nicht mehr vollständig umgesetzt werden. Die
Reaktionsfläche
des Katalysators (8) würde
von den nicht umgesetzten Wrasenbestandteilen belegt werden und
die Katalysatorleistung würde
verringert. Für
den Fall einer mittleren Backmuffelverschmutzung würde demnach
die Katalysatorleistung beeinträchtigt.
Um dies zu verhindern, weist das Ausführungsbeispiel folgende Verfahrensschritte
auf: Es wird ein erstes elektrisches Stellsignal aufgrund eines
ersten Schaltzustands erzeugt, wobei der erste Schaltzustand dann
erreicht ist, wenn die Katalysatortemperatur höher als die Backmuffeltemperatur und
die Temperaturdifferenz zwischen der Katalysatortemperatur und der
Backmuffeltemperatur größer als
ein erster Schwellenwert (c), nämlich
20 K, ist. Es wird ein zweites elektrisches Stellsignal aufgrund eines
zweiten Schaltzustands erzeugt, wobei der zweite Schaltzustand dann
erreicht ist, wenn die Katalysatortemperatur höher als die Backmuffeltemperatur
und die Temperaturdifferenz zwischen der Katalysatortemperatur und
der Backmuffeltemperatur zuerst größer als der erste Schwellenwert
(c), nämlich 20
K, und zeitlich danach kleiner als ein zweiter Schwellenwert (d),
nämlich
15 K, ist. Die beiden Verfahrensschritte sind nachfolgend anhand
der 3 näher erläutert:
-
Analog zu dem ersten Fall wird in
dem Pyrolysebetrieb kontinuierlich auf eine Backmuffeltemperatur
von etwa 320°C
aufgeheizt und diese Backmuffeltemperatur für etwa 10 min. gehalten. Am
Ende dieser ersten Haltephase (a) wird weiter aufgeheizt. Während dieses
Aufheizens steigt die Katalysatortemperatur schneller als die Backmuffeltemperatur an
und die Temperaturdifferenz zwischen Katalysatortemperatur und Backmuffeltemperatur übersteigt
den ersten Schwellenwert (c) von 20 K. Der erste Schaltzustand ist
erreicht und das erste elektrische Stellsignal wird erzeugt. Aufgrund
dieses Stellsignals wird der elektrische Heizstrom zu der Heizquelle
(8) etwa konstant gehalten, so dass die Heizleistung und
damit die Backmuffeltemperatur im Wesentlichen konstant gehalten
wird, siehe 3. Wie aus 3 ebenfalls hervorgeht,
wird die Backmuffeltemperatur solange konstant gehalten, bis der
zweite Schaltzustand erreicht ist, nämlich bis die Temperaturdifferenz
zwischen Katalysatortemperatur und Backmuffeltemperatur auf den
zweiten Schwellenwert (d) von 15 K gefallen ist. Bei dem Erreichen
des zweiten Schaltzustands wird das zweite elektrische Stellsignal
erzeugt. Aufgrund dieses Stellsignals wird der elektrische Heizstrom
zu der Heizquelle (8) wieder erhöht, so dass die Backmuffeltemperatur
erneut ansteigt. Für
den Fall, dass der erste Schaltzustand während der ersten Haltephase
(a) erreicht wird, erzeugt das zweite elektrische Stellsignal zuerst
eine nicht dargestellte weitere 10-minütige Haltephase und zeitlich
danach den weiteren Anstieg der Backmuffeltemperatur. Die weiteren
Verläufe
der Katalysatortemperatur und der Backmuffeltemperatur sind ähnlich dem
ersten Fall, wobei das erste elektrische Stellsignal zusätzlich zu
der oben genannten Wirkung die Dauer der zweiten Haltephase (b)
um etwa 10 min. auf insgesamt 60 min. verlängert.
-
In 4 ist
der Verlauf der Backmuffeltemperatur und der Katalysatortemperatur
während
des Pyrolysebetriebs beispielhaft für den Fall einer starken Backmuffelverschmutzung
in einem Temperatur-Zeit-Diagramm dargestellt. In dem Vergleich
mit dem vorgenannten Fallbeispiel würde noch weniger Rauch durch
den Katalysator umgesetzt und die Katalysatorleistung noch mehr
beeinträchtigt.
Um dies zu verhindern, weist das Ausführungsbeispiel folgende Verfahrensschritte
auf: Es wird ein drittes Stellsignal aufgrund eines dritten Schaltzustands
erzeugt, wobei der dritte Schaltzustand dann erreicht ist, wenn die
Katalysatortemperatur höher
als die Backmuffeltemperatur und die Temperaturdifferenz zwischen der
Katalysatortemperatur und der Backmuffeltemperatur größer als
ein oder gleich einem dritten Schwellenwert (e), nämlich 100
K, ist. Es wird ein viertes elektrisches Stellsignal aufgrund eines
vierten Schaltzustands erzeugt, wobei der vierte Schaltzustand dann
erreicht ist, wenn die Katalysatortemperatur höher als die Backmuffeltemperatur,
die Temperaturdifferenz zwischen der Katalysatortemperatur und der
Backmuffeltemperatur zuerst größer als
der dritte Schwellenwert (e), nämlich
100 K, und die Backmuffeltemperatur zeitlich danach auf dem vierten
Schwellenwert (f), nämlich
270°C, ist.
Die beiden Verfahrensschritte sind nachfolgend anhand der 4 näher erläutert:
-
Analog zu den beiden vorangegangenen Fallbeispielen
der 2 und 3 wird die Backmuffel zuerst
auf 320°C
aufgeheizt und diese Backmuffeltemperatur während der etwa 10-minütigen ersten Haltephase
(a) im Wesentlichen konstant gehalten. Während des weiteren Aufheizens
der Backmuffel übersteigt
die Katalysatortemperatur die Backmuffeltemperatur um mehr als 20
K, der erste Schwellenwert (c) ist überschritten und das anhand
von 3 bereits erläuterte erste
elektrische Stellsignal wird erzeugt, so dass die Backmuffeltemperatur
auf deren aktuellen Wert von etwa 360°C konstant gehalten wird. Aufgrund
der starken Backmuffelverschmutzung ist diese Maßnahme jedoch nicht ausreichend, um
die Rauchentwicklung auf ein von dem Katalysator umsetzbares Maß zu reduzieren
bzw. zu verhindern, so dass die Katalysatortemperatur weiter ansteigt
und die Temperaturdifferenz zwischen Katalysatortemperatur und Backmuffeltemperatur
den dritten Schwellenwert (e) von etwa 100 K erreicht. Das dritte
elektrische Stellsignal wird erzeugt, woraufhin die Heizquelle (8)
ausgeschaltet wird. Die Backmuffeltemperatur und die Katalysatortemperatur
sinken. Sobald die Backmuffeltemperatur auf den vierten Schwellenwert
(f), nämlich
270°C, gesunken
ist, wird der vierte Schaltzustand erreicht und das vierte elektrische
Stellsignal erzeugt. Das vierte elektrische Stellsignal bewirkt,
dass die Backmuffeltemperatur bei etwa 270°C im Wesentlichen konstant gehalten wird,
während
die Katalysatortemperatur weiterhin abfällt. Sobald die Temperaturdifferenz
zwischen Katalysatortemperatur und Backmuffeltemperatur auf den
zweiten Schwellenwert (d), nämlich
15 K, zurückgegangen
ist, wird -wie oben bereits erläutert-
das zweite elektrische Stellsignal erzeugt, so dass eine weitere
Backmuffelaufheizung erfolgt. Der weitere Verlauf der Katalysatortemperatur
und der Backmuffeltemperatur ist ähnlich dem der beiden vorgenannten
Fallbeispiele, wobei das dritte elektrische Stellsignal ferner bewirkt,
dass die Dauer der zweiten Haltephase (b) bei etwa 460°C um weitere
10 min. auf dann insgesamt 70 min. ausgedehnt wird.