DE19839069A1 - Backofen mit Unterhitzeheizkörper - Google Patents

Abstract

Backofen mit einer Backofenmuffel mit einem außenliegenden Unterhitzeheizkörper und zumindest einem innenliegenden Zusatzheizkörper zum Beheizen des Garraums, mit einer Eingabeeinheit zum Vorgeben einer Backofentemperatur, und mit einer Steuereinheit zum Regeln der mittels eines Temperaturfühlers gemessenen Backofentemperatur auf den Eingabewert. Um bei hohen Backofentemperaturen ein Überhitzen des Muffelbodens zu vermeiden, reduziert die Steuereinheit die Heizleistung des Unterhitzeheizkörpers im Verhältnis zur Heizleistung des Zusatzheizkörpers, wenn die gemessene oder die eingestellte Backofentemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Backofen mit einer Backofenmuffel mit einem außenliegenden Unterhitzeheizkörper und zumindest einem innenliegenden Zusatz­ heizkörper zum Beheizen des Garraums, mit einer Eingabeeinheit zum Vorgeben einer Backofentemperatur, und mit einer Steuereinheit zum Regeln der mittels eines Tem­ peraturfühlers gemessenen Backofentemperatur auf den Eingabewert, sowie ein Ver­ fahren zum Betreiben eines Backofens mit Unterhitzeheizkörper.

Ein derartiger Backofen ist bekannt aus der Druckschrift DE 43 19 613 C1, wobei ein verbessertes Backergebnis in mehreren Ebenen des Backraumes dadurch erreicht wird, daß ein Backvorgang in einer ersten Betriebsart mit vorgebbarer, erster Taktzeit im Umluftbetrieb mit eingeschaltetem Gebläse und eingeschaltetem Gebläseheizkör­ per begonnen wird. Danach wird auf eine zweite Betriebsart mit vorgebbarer zweiter Taktzeit im Umluftbetrieb mit eingeschaltetem Gebläse und eingeschaltetem Ober­ hitze- und Unterhitze-Heizkörper umgeschaltet. Der Backvorgang wird abwechselnd in der ersten und zweiten Betriebsart mit der vorgegebenen ersten und der vorgege­ benen zweiten Taktzeit bis zum Ablauf der vorgegebenen Backzeit weitergeführt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Backofen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 im Muffelbodenbereich kritisch hohe Temperaturen sicher zu vermeiden.

Erfindungsgemäß ist dies bei einem Backofen nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 dadurch erreicht, daß die Steuereinheit die Heizleistung des Unterhitzeheiz­ körpers im Verhältnis zur Heizleistung des Zusatzheizkörpers reduziert, wenn die ge­ messene oder die eingestellte Backofentemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Bei konventionellen Backöfen ist die Nennheizleistung des Unterhitzeheizkörpers beim Backbetrieb üblicherweise größer als insbesondere die des Oberhitzeheizkörpers. Dies ist unter anderem dadurch bedingt, daß der Oberhitzeheizkörper innerhalb der Back­ ofenmuffel im Unterschied zu dem außen unterhalb der Muffel liegenden Unterhitze­ heizkörper angeordnet ist. Beispielsweise beim Backbetrieb wird die Temperatur im Garraum durch den Temperaturfühler mit den beiden genannten Heizkörpern so gere­ gelt, daß sich im Garraumschwerpunkt typischerweise eine Temperatur von etwa 220°C einstellt. Die sich dabei ergebende Wandtemperatur der Muffel ist deutlich hö­ her, wobei der Unterschied zur Temperatur im Garraumschwerpunkt grob geschätzt bei etwa 150 K liegt. Die Temperatur im Bodenbereich der Muffel ist typischerweise die höchste aller auftretenden Temperaturen. Beschichtungen der Backofenmuffel, bei­ spielsweise Email, besitzen eine kritische Temperatur von typisch etwa um 500°C. Bei Überschreitung der Wandtemperatur kommt es zur bleibenden Beschädigung des Emails. Andererseits ist es wünschenswert, die Nennheizleistung des Unterhitzeheiz­ körpers für Backvorgänge möglichst hoch zu wählen, um den Backprozeß von unten zu beschleunigen. Hinzu kommt, daß der Unterhitzeheizkörper jedoch beispielsweise auch zusammen mit dem Oberhitzeheizkörper bei Backvorgängen mit Backofentempe­ raturen von bis zu 300°C verwendet wird. Dies gilt beispielsweise bei der Zubereitung von Pizzas oder Brot in der Backofenmuffel. Erfindungsgemäß ist es nun möglich, ei­ nerseits bei typischen Backvorgängen eine möglichst große Unterhitzeheizleistung be­ reitzustellen und andererseits bei hohen gewünschten Backofentemperaturen sicher­ zustellen, daß die zulässigen Temperaturen im Bodenbereich der Backofenmuffel nicht überschritten werden.

Wenn dabei die gemessene Backofentemperatur als Schaltkriterium verwendet wird, ist sichergestellt, daß bereits im Aufheizvorgang die maximale Unterhitzeheizleistung verwendet werden kann. Andererseits ist es aufgrund der thermischen Trägheit des Systems Heizkörper-Backofenmuffel-Temperaturfühler dabei problematisch, beim Auf­ heizvorgang für die Beschichtung der Muffelwand im Bodenbereich schädliche Heiz­ spitzen zu vermeiden. Deshalb muß der Grenzwert bei dieser erfindungsgemäßen Lö­ sung jeweils entsprechend gewählt sein. Sicherheitstechnisch günstiger kann es des­ halb sein, bereits beim Einstellen einer kritischen Backofentemperatur in der Bedien­ einheit, die Heizleistung des Unterhitzeheizkörpers von Anfang an entsprechend zu reduzieren.

Erfindungsgemäß gibt die Steuereinheit den Grenzwert in Abhängigkeit von der einge­ stellten Betriebsart des Backofens vor. In Abhängigkeit von den Betriebsarten ergeben sich unterschiedliche Temperaturverteilungen im Garraum. Die Temperaturdifferenzen zwischen dem Garraumschwerpunkt und der Muffelbodenwand kann also schwanken. Um die maximal mögliche Heizleistung des Unterhitzeheizkörpers zur Beschleunigung des Backvorganges von unten verwenden zu können, wird deshalb zunächst in Ver­ suchsreihen beim Backofenhersteller festgestellt, welcher Grenzwert bei welcher Be­ triebsart eine ausreichende Sicherheit gewährleistet. Die entsprechende Information kann anschließend in einem nicht flüchtigen Speicher der Steuereinheit des Backofens abgelegt werden.

Bei derzeit typischen Anordnungen der Heizelemente und der Regelungseinrichtung des Backofens hat sich bei emaillierten Backofenmuffeln ein Grenzwert von etwa 250°C als günstig erwiesen. Falls anstelle des Emails andere Schutzschichten, beispiels­ weise spezielle extrem dünne Schichten in Sol-Gel-Technik, verwendet werden, oder andere Heizleistungsverteilungen und Heizkörperanordnungen realisiert werden, ist der Grenzwert herstellerseitig entsprechend anzupassen.

Um den Backvorgang günstig gestalten zu können, beträgt erfindungsgemäß die Nennheizleistung des außenliegenden Unterhitzeheizkörpers etwa 1800 W. Dieser Wert ist einerseits groß genug, um den Backprozeß von unten ausreichend beschleu­ nigen zu können. Andererseits ist er klein genug, um bei herkömmlichen Dimensionie­ rungen der anderen Heizkörper des Backofens bzw. eines beigestellten Kochfeldes das Haushaltsnetz sicher nicht zu überlasten.

Nachfolgend ist anhand schematischer Darstellungen ein Ausführungsbeispiel des er­ findungsgemäßen Backofens beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 in einer Seitenansicht teilweise in Schnittdarstellung stark vereinfacht den Backofen;

Fig. 2 ein Schaltmuster des Oberhitze- und des Unterhitzeheizkörpers bei ei­ ner eingestellten Backofentemperatur von 220°C,

Fig. 3a und Fig. 3b ein Schaltmuster des Oberhitze- und des Unterhitzeheizkörpers bei ei­ ner eingestellten Backofentemperatur von 300°C, wobei in Fig. 3a der vorgegebene Grenzwert und in Fig. 3b der gemessene Grenzwert als Schalterkriterium dient, und

Fig. 4 ein Diagramm der prinzipiellen Temperaturverteilung in der Backofen­ muffel bei den unterschiedlichen Backofentemperaturen gemäß Fig. 2 und 3.

Ein Backofen 1 gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem eine metallische Muffel 5 gehaltert ist, die frontseitig durch eine Backofentür 7 verschließbar ist. Die Muffel 5 ist quaderförmig ausgebildet und emailliert. Die Grenzbetriebstemperatur des Emailles beträgt etwa 500°C. Die Backofenmuffel 5 ist zur Wärmedämmung im wesentlichen allseitig umgeben von einem an sich bekannten Backofenisolationsmaterial 9. Im Gar­ raum bzw. der Backofenmuffel 5 ist deckseitig ein mehrfach gebogener Rohrheiz­ körper als Oberhitzeheizkörper 11 angeordnet. Unterhalb des Bodens der Backofen­ muffel 5 ist ein Unterhitzeheizkörper 13 in Form eines an sich bekannten Rohrheiz­ körpers gehaltert und außenseitig durch die Backofenisolation 9 abgedeckt. Der Un­ terhitzeheizkörper 13 ist thermisch in Verbindung mit dem Boden der Muffel 5. Die Nennheizleistung des Oberhitzeheizkörpers 11 beträgt beim Backbetrieb 1100 Watt und die des Unterhitzeheizkörpers 13 1750 Watt. Im Bereich des Oberhitzeheizkör­ pers 11 ist ein Platin 500-Meßwiderstand als Temperaturfühler 15 angeordnet. Hinter einer parallel zur Rückwand der Backofenmuffel 5 in dieser gehalterten Prallwand 17 mit nicht näher gezeigten Ansaug- und Ausblasöffnungen ist ein an sich bekanntes Umluftgebläse 19 vorgesehen. Damit kann die erhitze Luft in der Muffel 5 umgewälzt werden und eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in der Muffel 5 erreicht werden. Gegebenenfalls kann das Lüfterrad des Umluftgebläses 19 von einem ringförmigen Umluftheizkörper umzogen sein (nicht gezeigt). Mittels in einer Bedienblende des Backofens 1 gehalterter Bedienknebel 21 sind unter anderem Betriebsarten für den Backofen 1 und die gewünschte Backofentemperatur (Solltemperatur) vorgebbar. Die Bedienknebel 21 sind mittels Verbindungsleitungen 27 mit einer Steuereinheit 23 des Backofens 1 verbunden. Diese Steuereinheit 23 weist insbesondere einen Mikro­ prozessor und entsprechende Speicherbausteine auf. Zur Steuerung der Heizleistung des Backofens 1 ist die Steuereinheit 23 über Verbindungsleitungen 27 mit einer Schalteinheit 25 verbunden. In dieser sind entsprechende elektrische Schalter vorge­ sehen, die ein Ein- und Ausschalten der Heizkörper 11, 13 und gegebenenfalls des Umluftgebläses 19 ermöglichen. Zur Regelung der Backofentemperatur ist der Tempe­ raturfühler 15 ebenfalls über eine Verbindungsleitung 27 mit der Steuereinheit 23 ver­ bunden. Das geregelte Heizsystem Backofen ist derart abgestimmt, daß entsprechend der Temperaturvorgabe mit dem Bedienknebel 21 die Steuereinheit 23 die gemäß der Betriebsart gewählten Heizkörper 11, 13 derart taktet, daß trotz indirekter Tempe­ raturmessung durch den Temperaturfühler 15 im Bereich der Decke der Backofen­ muffel 5 die voreingestellte und gewünschte Backofentemperatur im Schwerpunkt der Muffel 5 eingeregelt wird. Ein in dem Garraum beispielsweise auf einem Backblech angeordnetes Backgut wird dann entsprechend mit der Unter- und der Oberhitze 11, 13 gebacken.

Gemäß Fig. 2 ist beispielsweise mit Hilfe des Bedienknebels 21 eine gewünschte Backofentemperatur (Solltemperatur) von 220°C beim Backen mit Ober- und Unter­ hitze 11, 13 vorgegeben. Zu einem Zeitpunkt t = 0 wird deshalb sowohl der Oberhitze­ heizkörper 11 (OH) als auch der Unterhitzeheizkörper 13 (UH) an die Netzspannung des Backofens 1 gelegt. Der Temperaturfühler 15 fühlt die Garraumtemperatur und schaltet über die Steuereinheit 23 beim Erreichen einer bestimmten Temperatur, die einer Schwerpunktbackofentemperatur von etwa 220°C entspricht, die beiden Heiz­ körper 11, 13 ab. Für eine Abschaltzeit t_A bleiben die beiden Heizkörper 11, 13 dann abgeschaltet, um anschließend für eine Einschaltzeit t_E wieder eingeschaltet zu wer­ den. Durch das zyklische Ein- und Ausschalten der beiden Heizkörper 11,13 wird die Backofentemperatur mit Hilfe des Temperaturfühlers 15 auf etwa 220°C konstant ge­ regelt (Isttemperatur). Dabei beträgt im Aufheizvorgang eine Heizleistung P_OH1 1100 Watt, während sie im eingeschwungenen Zustand gemäß Fig. 2 durch das Takten gemäß P_OH2 etwa halbiert, also deutlich reduziert ist. Entsprechendes gilt für die Heizleistung des Unterhitzeheizkörpers 13 mit der Nennheizleistung P_UH1 = 1750 Watt im Aufheizvorgang und der reduzierten Heizleistung in eingeschwungenem Zu­ stand P_UH2.

Gemäß Fig. 3a und 3b ist eine Backofentemperatur von 300°C (Solltemperatur) beim Backbetrieb mit Ober- und Unterhitze 11, 13 vorgegeben. Im ersten Fall gemäß Fig. 3a erkennt die Steuereinheit 23 bereits beim Vorgeben dieser hohen Backofen­ temperatur mit dem Bedienknebel 21, daß ein abgespeicherter Grenzwert in Höhe von 250°C für die Backofenschwerpunktstemperatur bei der Betriebsart Backen über­ schritten ist. Entsprechend wird im Unterschied zum Oberhitzeheizkörper 11 der Un­ terhitzeheizkörper 13 bereits beim Aufheizvorgang mit reduzierter Leistung gefahren. Dies ist dadurch erreicht, daß während des Aufheizvorganges immer wieder für Zeiten t₁ der Unterhitzeheizkörper 13 durch die Schalteinheit 25 abgeschaltet wird. Damit wird die Leistung des Unterhitzeheizkörpers 13 während des Aufheizvorganges von beispielsweise 1750 auf 1500 Watt reduziert. Beim Erreichen der Schwerpunktsback­ ofentemperatur von 300°C (Isttemperatur), die einer bestimmten Temperatur des Tem­ peraturfühlers 15 entspricht, werden zeitgleich die beiden Heizkörper 11, 13 abge­ schaltet und getaktet. Dadurch wird die Backofentemperatur auf etwa 300°C geregelt. Dabei wird die mittlere Leistung des Unterhitzeheizkörpers 13 P_UH3 gegenüber der Leistung des Oberhitzeheizkörpers 11 reduziert. Das Heizleistungsverhältnis von Oberhitzeheizkörper 11 zu Unterhitzeheizkörper 13 wird also gemäß Fig. 3a im Unter­ schied zu Fig. 2 zu Gunsten des Oberhitzeheizkörpers 11 verschoben, wie im Zusam­ menhang mit Fig. 4 näher erläutert ist.

Daraus ergibt sich gemäß Fig. 4 folgende prinzipielle Temperaturverteilung in der Backofenmuffel 5. An dem räumlichen Schwerpunkt der Backofenmuffel 5 x_S liegt nach dem Aufheizvorgang bei einer mittels des Bedienknebels 21 vorgegebenen Soll­ temperatur von 220°C eine Isttemperatur von annähernd tatsächlich 220°C vor. Diese steigt in Richtung auf die Muffeldecke (x = x1) an. Entsprechendes gilt für den Tem­ peraturverlauf in Richtung auf den Muffelboden (x = x2). Zu beachten ist, daß aufgrund der höheren Unterhitzeleistung die Temperatur bei x2 (Muffelboden) größer ist als die bei x1 (Muffeldecke) (T(x2) < T(x1)). Entsprechendes gilt für die Seitenwände der Muffel 5. Erfindungsgemäß ist der Temperaturverlauf bei einer vorgegebenen Back­ ofentemperatur von 300°C beim Backbetrieb gemäß Fig. 4 nicht parallel verschoben zur Kurve des Temperaturverlaufes bei 220°C. Vielmehr wird durch die Veränderung des Leistungsverhältnisses von Oberhitzeleistung zu Unterhitzeleistung die Tempera­ tur am Ort x2 (Muffelboden) deutlich geringer angehoben als am Ort x1 (Muffeldecke) bzw. im Muffelschwerpunkt (x = x_S). Dadurch ist sichergestellt, daß im Muffelboden (x = x2) unzulässig hohe Temperaturen nicht erreicht werden und somit das Backofen­ email vor Beschädigung allerorts sicher geschützt ist.

Gemäß Fig. 3b ist im Unterschied zu Fig. 3a die Taktung der Heizkörper 11, 13 im Backbetrieb dargestellt, wenn der durch den Temperaturfühler 15 gemessene Wert der Backofentemperatur als Schaltkriterium für die Steuereinheit 23 dient. Dabei muß dieser Grenzwert nicht mit dem oben angegebenen Grenzwert übereinstimmen. Zu­ nächst werden gemäß Fig. 3b beide Heizkörper 11, 13 mit Nennheizleistung, also 1100 und 1750 Watt, betrieben. Bei Erreichen des Grenzwertes zum Zeitpunkt t_G re­ duziert die Steuereinheit 23 die Heizleistung des Unterhitzeheizkörpers 13. Erst durch das gleichzeitige Weiterheizen mit dem Oberhitzeheizkörper 11 wird die gewünschte Backofentemperatur von 300°C (Solltemperatur) erreicht. Um dann die Temperatur konstant zu regeln, werden wie oben beschrieben, die beiden Heizkörper 11, 13 lei­ stungsmäßig getaktet.

Claims (5)

1. Backofen mit einer Backofenmuffel mit einem außenliegenden Unterhitze­ heizkörper und zumindest einem innenliegenden Zusatzheizkörper zum Be­ heizen des Garraums, mit einer Eingabeeinheit zum Vorgeben einer Back­ ofentemperatur, und mit einer Steuereinheit zum Regeln der mittels eines Temperaturfühlers gemessenen Backofentemperatur auf den Eingabewert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (23) die Heizleistung des Unterhitzekörpers (13) im Verhältnis zur Heizleistung des Zusatzheizkör­ pers (11) reduziert, wenn die gemessene oder die eingestellte Backofentem­ peratur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

2. Backofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (23) den Grenzwert in Abhängigkeit von der eingestellten Betriebsart des Backofens (1) vorgibt.

3. Backofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Grenzwert etwa 250°C beträgt.

4. Backofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nennheizleistung des Unterhitzeheizkörpers (13) etwa 1800 W beträgt.

5. Verfahren zum Betreiben eines Backofens mit einem Unterhitzeheizkörper und einem Zusatzheizkörper, wobei der Garraum des Backofens auf eine vor­ gegebene Backofentemperatur geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung des Unterhitzeheizkörpers (13) im Verhältnis zur Heizleistung des Zusatzheizkörpers (11) reduziert wird, wenn die gemessene oder einge­ stellte Backofentemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.