DE2304231B2 - Elektrischer backofen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Backofen, der in einem Hauptgehäuse eine für die Zubereitung von Speisen bestimmte Heizkammer aufweist in der Heizkörper angeordnet sind, für deren gesteuerte Stromversorgung entsprechend einer an einer Temperatureinstellvorrichtung eingestellten Temperatur eine Regelschaltung vorgesehen ist, die im der Stromversorgung der Heizkörper dienenden Haupt-Stromkreis mit der Wechselstromquelle in Reihe geschaltet ein steuerbares Halbleiterbauelement aufweist, an dessen Steuerelektrode ein von einer in der Heizkammer angeordneten Temperaturfühleinrichtung abgegebenes Signal gelegt ist.

Bei bekannten elektrischen Küchenöfen dieser Art erfolgt die Temperaturregelung meist durch einen mechanischen Thermostaten. Bei einem solchen mechanischen Thermostaten lassen sich aber Temperaturabweichungen von 20 bis 30°, bezogen auf die Einstelltemperatur. nicht vermeiden. Das erschwert die Zubereitung bestimmter Speisen. So ist beispielsweise für Fisch, Fleisch usw. eine bräunende Hitze erforderlich, für Kuchen. Eiergerichte u.dgl. hingegen eine nicht bräunende Hitze. Für die Zubereitung der erstgenannten Speisen kommt demgemäß Infrarotheizung in Betracht, fur die letztgenannten jedoch Konvektionsheizung. Ein üblicher mechanischer Thermostat gestattet indessen kein Umschalten zwischen den Beheizungssystemen entsprechend den jeweils zu bereitenden Speisen. Es können deshalb jeweils nur einige Speisen gut gekocht oder gebraten werden, andere aber nicht. Schwierig ist daneben auch die Temperaturregelung nahe der Raumtemperatur, wie sie bei der Hefegärung von Brot erforderlich ist. Dabei soll eine Temperatur von 36 ±4° C eingehalten werden, was mit Hilfe der üblichen Regelsysteme nur sehr schwer möglich ist.

Umschaltungen bei elektrischen Heizgeräten sind jedoch schon bekannt (US-PS 34 28 785 und 34 74 228). Im einen Fall erfolgt dabei eine Umschaltung zwischen dem gewöhnlichen Kochbetrieb mit einer Temperatursteuerung in einem sehr engen Temperaturbereich und einem Selbstreinigungsvorgang für die Heizkammer. Diese Selbstreinigung der Heizkammer stellt nicht eine Anpassung an eine andere Benutzungsform des Backofens dar, der somit nur eine einzige Betriebsweise kennt. Beim anderen bekannten Heizgerät erfolgt eine Umschaltung zwischen Tag- und Nacht-Betrieb. In beiden Fällen werden die Vor- und Nebenwiderstände in bezug auf einen temperaturabhängigen Widerstand umgeschaltet, um eine Bereichsveränderung vorzunehmen.

Bei Heizgeräten sind auch Differentialverstärker bereits bekannt (US-PS 34 75 593 und 35 53 4291

Schließlich sind auch mehrphasige Regelschaltungen bekannt (US-PS 34 04 313), bei denen die Kombination eines Thermistors mit einem Halbleiterbauelement an Stelle eines herkömmlichen Relais benutzt wird. Es soll dabei Überhitzung eines Motors od. dgl. verhindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, e.-nen elektrischen Backofen so auszugestalten, daß er für die verschiedenen Benutzungsarten wie Bräunungshitze, nichtbräunende Hitze und Hefegärung einstellbar ist und zugleich eine der jeweiligen Betriebsweise entsprechende Temperaturregelung erhält.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind den Unteran-Sprüchen zu entnehmen.

Man erkennt, daß hier eine Umschaltung zwischen den einzelnen Betriebsweisen erfolgt, die zugleich eine entsprechende Umschaltung des jeweils in Betrieb befindlichen Reglers bedeutet. Ohne besondere Aufmerksamkeit bei der Bedienung kann so zwischen den jeweiligen Betriebsweisen gewählt werden. Zugleich ist aber sichergestellt, daß die Temperaturregelung jeweils in einer der gewählten Betriebsweise angepaßten Weise erfolgt. Mit ein und demselben elektrischen Backofen können so die verschiedensten Arbeitsgänge jeweils mit optimaler Qualität durchgeführt werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des elektrischen Backofens,

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Backofen nach Fig. 1.

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Einzelheit im Hauptgehäuse des Backofens,

F i g. 4 eine schematische Darstellung der Heizkörperanordnung und der Temperaturverteilung in der Backebene,

F i g. 5 eine schematische Darstellung der herkömmlichen Heizkörperanordnung und der Temperaturverteilung in der Backebene,

F i g. 6a eine perspektivische Ansicht des Heizkörperaufbaus,

F i g. 6b einen Querschnitt der Heizkörperanordnung bei Linie ß-ßvonFig. 6a,

Fig. 7 eine Blockschaltung des elektrischen Backofens.

F i g. 8 ein Detailschaltbild als Ausführungsmöglichkeit für die elektrische Schaltungsanordnung nach F i g. 7,

Fig.9 und 10 Kennlinien der Thermistoren der Fig. 8.

F i g. 11 eine perspektivische Ansicht der Regelwiderstände für die Temperatureinstellung b^i der Infrarotheizung,

Fig. 12 den Spannungsverlauf an Stromquelle und Last in der Schaltung der F i g. 8,

F i g. 13 die Temperaturanstiegscharakteristik bei der Ausführungsform nach F i g. 8 für den Fall der Infrarot- und der Konvektionsheizung sowie der Hefegärungsbeheizung,

Fig. 14 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 15 den Spannungsverlauf an Stromquelle und Last in der Schaltung nach F i g. 14, fts

Fig. 16 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Steuerschaltung für die Hefegärungsbehei- Fig. 17 teilweise als Blockschaltung eine andere Ausführungsform der Steuerschaltung für die Hefegärungsbeheizung,

Fig. 18 eine vergleichende Gegenüberstellung der beiden Betriebszustände des Proportionalsteuerteils der Ausführungsform nach Fig. 17, und

Fig. 19 die Betriebstemperaturkennlinien für die beiden Betriebszustände der Ausführungsform nach Fig. 17.

F i g. 1 zeigt einen elektrischen Backofen, der ein Hauptgehäuse 1 mit Heizkörpern 2 und 2' aufweist, die in einer Heizkainmer 3 in einem Innengehäuse 4 angeordnet sind, das ein Außengehäuse 5 unter Zwischenlage einer Wärmeabschirmung 6 umgreift. Eine Luftschicht 7 ist zwischen dem Innengehäuse 4 und der Wärmeabschirmung 6, eine weitere Luftschicht 8 zwischen der Wärmeabschirmung 6 und dem Außengehäuse 5 ausgebildet. Im Frontteil des Hauptgehäuses 1 ist eine öffnung 9 vorgesehen, die durch eine Tür tO mit Glasfenster 11 und Türgriff 12 verschließbar ist. An der Vorderfläche des Gehäuses ist eine Bedienungstatel 13 angeordnet Die Bauteile der elektronischen Schaltung zur Regelung des Betriebs der Heizkörper 2 und 2' sind an der Rückseite der Tafel 13 vorgesehen und mit Kühlrippen 14 verbunden. Füße 15. Führungsleisten 16 für das Einschieben einer Backplatte und eine Temperaturfühleinrichtung 17 an der Rückwand des Innengehauses 4 vervollständigen den elektrischen Backofen.

Fig. 2 zeigt den Innenaufbau, der zum Ausgleichen der Luftkonvektion in der Heiz- und Kochkammer und zur Vereinheitlichung der Temperatur in der gesamten Kammer zwecks Verringerung der einleitenden Temperaturspitze dient. Am oberen Teil der Rückwand des Innengehauses 4 ist zu diesem Zweck in der Temperaturfühleinrichtung 17 ein über Luftdurchlässe mit dem Innenraum verbundener Temperaturfühler 33 vorgesehen. Die Rückwand des Innengehäuses 4 wölbt sich in einem Teilbereich konvex gegen das Außengehäuse 5, so daß sich, wenn die zum Backen dienende Pfanne 34 eingeschoben ist, Luftströmungsbahnen 35 auch dann ausbilden können.

Fig. 3 zeigt den Aufbau der Kühlrippen 14, 14', die ein Regelelement tragen, das zu den benutzten elektronischen Bauteilen gehört. Die Wärmeabführleistung wird auf Grund des Kamineffekts verbessert, während gleichzeitig der bauliche Aufwand gering gehalten und ein leichtes Zusammenbauen ermöglicht wird. Die Kühlrippen 14 und 14' sind in bezug auf eine elektrisch und thermisch isolierende Platte 36 symmetrisch befestigt. Die Platte 36 wird von einer Metallstütze 37 getragen, wodurch eine Abschirmung gegen die Strahlungswärme des Innengehauses 4 erfolgt. Die Metallstütze 37 ist hierbei mit Schrauben auf eine Bodenplatte 25 mit Schlitzen 38 aufmontiert. Ein mit Leitungen 39 verbundenes Halbleiterbauelement 40 ist an den Kühlrippen 14 und 14' befestigt. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß ein aus den Schlitzen 38 aufsteigender Luftstrom infolge der Kaminwirkung der von den Kühlrippen 14 und 14' umgrenzten Kanäle E und des zwischen der Metallstütze 37 und der Platte 36 gebildeten Spalts F gut weitergeleitet wird, wobei es zu einem Wärmeaustausch mit den Kühlrippen kommt.

F i g. 4 zeigt das Prinzip der Heizkörperanordnung. Die Temperaturverteilung in der Heiz- und Kochkammer ist gleichmäßig, so daß die Speisen nicht örtlich überhitzt werden. In Fig. 5 ist zum Vergleich eine herkömmliche Anordnung gezeigt. Ein Infrarotheizkör-

per, allgemein also ein Strahlungstieizkörper, hat eine im Vergleich zur Konvektionsheizung und zur Wärmeleitungsbeheizung sehr gute Heizwirkung. Die Wärmeaufnahmefähigkeit eines Infrarotheizkörpers ist im Vergleich zu einem Ummantelungsheizkörper u. dgl. geringer und es ist eine rasche Temperatursteigerung gewährleistet. Auf Grund dieser Vorteile ist eine schnellere Zubereitung der Speisen möglich. Bildet man jedoch aus einer Vielzahl von Heizkörpern eine Heizebene, so kann sich infolge der Anordnung der einzelnen Heizkörper eine ungleichmäßige Temperaturverteilung ergeben. Ordnet man beispielsweise eine Vielzahl von Heizkörpern in gleichmäßiger Verteilung in der in Fig.5 gezeigten Weise an, so entsteht zwischen den Heizkörpern 2 im Zentralbereich und in den beiden seitlichen Bereichen ein sehr erheblicher Temperaturunterschied G. da es zu einer Wärmebündelung im Zentralbereich kommt, während in den seitlichen Bereichen Wärme abgeführt wird, so daß die Speisen ungleichmäßig erhitzt werden. Bei der in F i g. 4 gezeigten Anordnung der Heizkörper 2 und 2' unter Einhaltung einer geeigneten Distanz 41 in der Längsrichtung oder in der Querrichtung im oberen und im unteren Teil des Innengehäuses 4 ist dieser Nachteil ausgeschaltet.

Fig.6a und 6b zeigen bauliche Einzelheiten eines Heizkörpers. Ein Widerstand 43 ist in ein Quarz- oder Kristallglasrohr 42 eingeschmolzen, so daß ein Infrarot-Strahlungsheizkörper gebildet wird. Die beiden Enden des Rohres 42 sind durch Keramikteile 44 geschützt, die an einem Reflektor 45 befestigt sind. Auf der dem Reflektor 45 entgegengesetzten Seite der Röhren 42 sind zu deren Schutz Metallsläbe47 angeordnet.

Es soll nun die Regelschaltung des obenbeschriebenen elektrischen Backofens erläutert werden.

Fig.7 zeigt eine Grundausführungsform der Regelschaltung. Eine Wechselstromquelle 50 versorgt über ein steuerbares Halbleiterbauelement 51 Heizkörper 52 mit Strom. Der an die Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterbauelements 51 angeschlossene, von einer durchbrochenen Linie umgrenzte Regelschaltungsaufbau wird aus einer Sekundär-Stromquelle 53 mit Strom versorgt Ein Thermistor ermittelt als Temperaturfühleinrichtung 54 die Temperatur in der Umgebung der Heizkörper. Eine Bezugstemperatur wird an einer Temperatureinstellvorrichtung 55 eingestellt. Die Bezugstemperatur und die jeweils ermittelte Temperatur werden in einem Vergleicher 56 miteinander verglichen, der einen differentiellen Ausgang erzeugt. Zur Wahl der Betriebsweise, also Konvektionsheizung, Infrarotheizung oder Hefegärungsbeheizung, dient ein Umschalter 57. Ein Konvektionsregler 58 hat einen Temperatur änderungsbereich, der sehr klein ist Es wird eine nichtbräunende Hitze erzeugt Ein Infrarotregler 59 hat einen großen Temperaturänderungsbereich. Es wird Bräunungshitze erzeugt. Ein Gärangsregier 60 wird benutzt, wenn man Brotteig mit Hefe aufgehen lassen w3L Ein Triggersignalgenerator wird durch das Signal des den Reglers 58,59 oder 60 angesteuert und CeIeTt eben Ausgang, der an die Steuerelektrode des Halbleiterbauelements 51 gelegt wird.

Fig.8 zeigt eine AusFührungsform, die der in Fig. 7 in schematisierter Form gezeigten Schaltung entspricht, wobei bier tue Methode der .Nullspannungsregelung in Anwendung kommt Bei der Anordnung dieser Figur besteht tine der Stromquelle 53 in F i g. 7 entsprechende SekundärstroTnqQelle SQr den Rcgelsebaltungsaufbau aas einem Widerstand 62, einer Diode 63 and einem Elektrolytkondensator 64. Diese und alle Teile sind geschaltet, wie es die Figuren zeigen. Ein erster Thermistor 65 zur Temperaturermittlung und ein Regelwiderstand 66 zur Temperatureinstellung im Fall der Infrarot- und der Konvektionsheizung sowie ein zweiter Thermistor 67 zur Temperaturermittlung und ein Einstellwiderstand 68 zur Temperatureinstellung im Fall der Hefegärungsbeheizung sind über einen Umschalter 69 mit der Sekundärstromquelle für den

ίο Regelschaltungsaufbau verbunden. Ein Regelwiderstand 70 zur Erzielung einer konstanten Temperaturbreite im Fall der Infrarotheizung ist ebenfalls an die Stromquelle für den Regelschaltungsaufbau gelegt. Steuerbare Halbleiterbauelemente 51 und 51' sowie Heizkörper 52 und 52' sind jweils in Hintereinanderschaltung an die Stromquelle 50 gelegt.

Die Kennlinien der beiden Thermistoren für die Infrarot- und Konvektionsheizung sowie für die Hefegärungsbeheizung sind in F i g. 9 und 10 dargestellt.

Der Thermistor für die Infrarot- und Konvektionsheizung arbeitet gemäß F i g. 9 in dem Widerstandsbereich von 4 bis 100 Kiloohm, was dem Temperaturbereich von 130 bis 250°C entspricht. Der Thermistor für die Hefegärungsbeheizung hingegen arbeitet gemäß

Fig. 10 in dem Widerstandsbereich von 40 bis 50 Kiloohm, was dem Temperaturbereich von 30 Ibis 4O⁰C entspricht. Die Kombination der Thermistoren 65 oder 67 mit einem Regel- oder Einst eil widerstand 66 bzw. 68 stellt eine Spannungsteilerschaltung dar, die mit den Widerständen 83 und 84 eine Brücke bildet. Ein Differentialverstärker wird durch Transistoren 85 und 86 gebildet. Die gewünschte Schaltungsanordnung wird mit Hilfe des Umschalters 69 und mit Hilfe von Schaltern 69" und 69'" gewählt Der Ausgang des

Differentialverstärkers wird Transistoren 89 und 90 in Emitterfolgeschaltung zugeleitet.

Fig. 11 zeigt einen Aufbau, der dazu dient, die Infrarotheizung nur in demjenigen Bereich einzusetzen, in dem sie am wirksamsten ist. Zu diesem Zweck sind der zur Einstellung der Lufterhitzungstemperatur dienende Regelwiderstand 66 und der zur Erzielung einer konstanten Temperaturbreite im Fall der Infrarotheizung dienende Regelwiderstand 70 miteinander verblockt wie dies in dem Schaltbild der F i g. 8 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist Die baulichen Einzelheiten sollen im folgenden an Hand der F i g. 11 erläutert werden. Eine aus Isolierstoff bestehende Unterlage 71 trägt ein leitendes Bauteil 72, ein Widerstandsbauteil 73 zur Einstellung der Temperatur bei der Konvektionsheizung, das in der Nähe des leitenden Bauteils 72 vorgesehen ist ein weiteres, in ähnlicher Weise angeordnetes leitendes Bauteiil 74 und schließlich ein weiteres Widerstandsbauteil 75 zur Erzielung einer konstanten Temperaturbreite im Fall der Infrarotheizung. Das Widerstandsbauteil 75 besteht aus einem Teilstück 76, dessen Widerstand bis m 200⁰C sehr groß ist, und aus einem weiteren Teflstück 77 mit einem oberhalb 200⁰C endlichen Widerstarad. Ein Gleitstück 78 weist ein Leiterteil 79 zur Herstellung

einer elektrischen Verbindung mit dem idtenden Bauteil 72 und dem Widerstandsbaui^fl 73 sowie ein weiteres Leiterteil 80 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem leitenden Baute! 74 and dem Widerstandsbauteil 75 auf. Diese beiden Leiterteile 79

⁶S und 80 werden zur Einstellung der Temperatur In dem Ofen gemeinsam mittels eines Griffs 81 verschoben. Em Gehäuse 82 dient zum Abdecken dieser Bauteile.
Es sou im folgenden die Wirkweise der obenbeschrie-

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benen Schaltung erläutert werden.

Hierbei soll für die Schaltung der F i g. 8 zunächst auf den Fall der Infrarotheizung eingegangen werden: das bewegliche Schaltstück des Umschalters 69 ist nach der Seite des Kontakts h umgelegt, während der Schalter s 69" geschlossen und der Schaller 69'" geöffnet ist. Zuerst sei der Fall erörtert, daß eine Temperatur unter 200⁰C eingestellt wird und die Infrarotheizung daher nicht wirksam ist. Der Kondensator 64 wird aus der Stromquelle 50 aufgeladen und stellt eine Gleichstromquelle dar. Die Gleichspannung wird zur Einstellung der !nfrarotheizierrspcratur an die aus dern Temperaturfühler-Thermistor 65 und dem Regelwiderstand 66 bestehende Reihenschaltung und weiter an die Widerstände 83 und 84 angelegt, die mst dieser Reihenschaltung eine Brücke bilden. Infolge der Spannungsdifferenz zwischen den Verbindungen zwischen dem Thermistor 65 und dem Regelwiderstand 66 einerseits und zwischen den Widerständen 83 und 84 anderseits wird einer der Transistoren 85 und 86 angesteuert, die einen Differentialverstärker bilden. Im hier betrachteten Fall ist der Widerstand des Thermistors 65 hoch und es wird der Transistor 86 angesteuert. Es fließt daher ein Gleichstrom aus dem Kondensator 64 durch den Widerstand 87, den Transistor 86 und den Widerstand 88, wodurch die Transistoren 89 und 90 angesteuert werden, so daß den Steuerelektroden der Halbleiterbauelemente 51 und 51' ein Signal zugeleitet wird. Den Heizkörpern 52 und 52' wird demgemäß Strom zugeführt, so daß eine Heizwirkung hervorgebracht wird. Durch die in dem Kondensator 91 gespeicherte Ladung wird hierbei über Widerstand 92 der Transistor 93 in Betrieb genommen und es fließt ein Strom durch den Widerstand 94. Es wird also auch der Transistor 95 angesteuert und der Regelwiderstand 70 zur Erzielung einer konstanten Temperaturbreite im Fall der Infrarotheizung wird dem Regelwiderstand 66 parallelgeschaltet. Die Einstelltemperatur liegt jedoch unter 200⁰C und der Widerstandswert des Regeiwiderstandes 70 ist in diesem Fall sehr groß, wie dies in Verbindung mit F i g. 11 ausgeführt wurde. Der dem Widerstand 66 parallelgeschaltete Regelwäderstand 70 kann daher vernachlässigt werden. Die Halbleiterbauelemente 51 und 51' werden somit durch den Ausgang der Regelschaltung nach der Null-Methode in den leitenden Zustand gesteuert. Die Heizkörpertemperatur unterliegt also in ähnlicher Weise wie bei der Konvektionsheizung einer Steuerung durch die Einstelltemperatur durch den Thermistor 65 und den Regelwiderstand 66. Der Spannungsverlauf über dem Heizkörper ist in Fig. 12 durch die Kurve b wiedergegeben. Die Kurven a, b. b'. c. c'. d und d' bezeichnen in Fig. 12 den Spannungsverlauf an Stromquelle oder Last

Als nächstes soll der Fall der Infrarotheizung mit einer Einstelltemperatur über 200⁰C erörtert werden. In diesem Fall wird der Widerstandswert des zur Einstellung einer konstanten Temperaturbreite bei der Infrarotheizung vorgesehenen, mit dem Regelwiderstand 66 verblockten Regelwiderstandes 70 endlich. Wird also der Transistor 95 angesteuert, so wird eine Parallelschaltung der Regelwiderstände 66 und 70 aufgebaut and folglich wird der Gesamtwiderstand herabgesetzt Wirkungsmäßig ist dies gleichbedeutend mit einer Erhöhungder Enistefltemperatur.

Wird der Widerstand des Thermistors 65 verringert ⁶S and der Transistor 85 angeschaltet, so wird eine Spannung von normaler Polarität aus der WechselstroraqueJle 50 durch die Diode 96, den Widerstand 97, die Diode 98, den Widerstand 99 und den Widerstand 6 übertragen, während eine Spannung von entgegenge setzter Polarität durch den Widerstand 62, di Zenerdiode 100, die Diode 101, den Widerstand 97 um die Diode 104 übertragen wird. Bei einer sinusförmige] Wechselspannung werden die Transistoren 102 und 10; in diesem Fall im Gesamtbereich angesteuert, auch ii der Nähe der Nullspannung, so daß alle Torsignal· blockiert werden und die Erregung der Heizkörpe unterbleibt. In diesem Augenblick verschwindet aucl die an den Widerstand 87 angelegte Spannung und dii Transistoren 93, 89 und 95 werden ebenfalls abgescha! tet. Es entfällt daher der Parallelwiderstand zu den Regelwiderstand 66 und die Spannung über den Regelwiderstand 66 erhöht sich. Die Zeitspanne bis zu Erzeugung eines Triggersignals und zum Beginn dei nächsten Aufheizung ist damit verlängert, d. h. die zun Erreichen der Einstelltemperatur erforderliche Zeit spanne ist verlängert. Der An- und Ausschaltzustand dei Heizkörper 52 und 52' sowie der Spannungsverlauf sine in Fig. 12 dargestellt. Fließt ein Strom durch di< Heizkörper 52 und 52' für eine relativ längere Zeitdauer wie dies in Fig. 12 bei c'im Vergleich zu 6'dargestell ist, so steigt die Temperatur der Heizkörper 52 und 52 ganz erheblich stärker an, und die Strahlungsenergie, die sich nach dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz propor tional der vierten Potenz der Absoluttemperatur ändert erhöht sich in noch stärkerem Maße, so daß die Speiser in dem Ofen anbräunen.

Die Temperaturcharakteristik für diesen Fall ist ir Fig. 13 durch die Kurve e wiedergegeben. Die Temperaturbr.eite (oder -änderung) ist hier erheblich Die Temperatur der Heizkörper erhöht sich infolge eines länger andauernden Stromflusses und die Infrarotstrahlung, die der vierten Potenz der Absoluttemperatui proportional ist, nimmt so stark zu, daß es zu einei Anbräunung kommt.

Als nächstes sei der Fall der Konvektionsheizung betrachtet, wobei der Umschalter 69 also nach der Seite des Kontaktes Λ umgelegt ist, während der Schalter 69' geöffnet und der Schalter 69'" geschlossen ist. In diesem Fall wird der Kondensator 105 infolge der über dein Elektrolytkondensator 64 aufgebauten Gleichspannung über den Widerstand 87 aufgeladen. Ist der Widerstandswert des Thermistors 65 hoch und wird demzufolge der Transistor 86 angesteuert, so wird der Ausgangsstrom zu einem Tortriggersignal für die Steuerelektroden der Halbleiterbauelemente 51 und 5Γ und diese werden ähnlich wie bei der Infrarotheizung angeschaltet. Gleichzeitig wird der Kondensator 105 entladen. Dieser Entladungsstrom bewirkt eine Erhöhung der Basisspannung des Transistors 85. Der Transistor 85 wird daher angeschaltet wenn der Transistor 86 abgeschaltet wird. Hat sich der Kondensator 105 wieder aufgeladen, so arbeiten die Transistoren 85 und 86 im entgegengesetzten Sinne, so daß sich diese Vorgänge wiederholen. In dieser Weise wird also die relative Einschaltdauer festgelegt in der die Halbleiterbauelemente 51 und 51' leiten. Der Strom kann hierbei während kurzer, sich wiederholender Perioden fließen, so daß die Heizwirkung fast ausschließlich durch Konvektion hervorgebracht wird und eine Temperaturregelung von hoher Exaktheit erzielt werden kann. Die Temperaturcharakteristik für diese Beheizungsart ist in Fig. 13 durch die Kurve f wiedergegeben, die eine geringere Temperaturbreite erkennen läßt Der Folgezyklus der An- und Ausschaltung der Heizkörper 52 and 52' ist hierbei kürzer, wie dies in Fig. 12 durch die

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Kurve b' dargestellt ist. und die Temperatur der Heizkörper 52 und 52' erhöht sich daher nicnt so stark und unterscheidet sich nicht allzu sehr von der Umgebungstemperatur, so daß die Speisen ohne Anbi äunung bereitet werden können.

In Fig. 12 ist die Leistungsaufnahme während einer gegebenen Zeitspanne im Fall der Kurven ö'und c'die gleiche. Die Einstelltemperatur ist ebenfalls die gleiche, wie dies aus den Kurven eund /in Fig. 13 zu entnehmen ist, nur die Temperaturbreite ist eine andere.

Im folgenden sei der Fall der Hefegärungsbeheizung betrachtet, wobei der Umschalter 69 nach der Seite / umgelegt ist. während der Schalter 69" geöffnet und der Schalter 69'" geschlossen ist. Der Einstellwiderstand 68 ist hierbei so eingestellt, daß der Widerstand des eine negative Charakteristik aufweisenden Thermistors 67 in einem Bereich entsprechend der für die Hefegärung erforderlichen Temperatur gehalten werden kann, also beispielsweise um 37°C. Als Widerstandsbereich für den Thermistor 67 kommt somit ein solcher von 40 bis 50 Kiloohm in Betracht, während sonst üblicherweise mit einem Wert von etwa 4 Megohm gearbeitet wird. Die Einstellung des Einstellwiderstandes 68 kann daher sehr leicht vorgenommen werden.

In diesem Fall ist die Funktionsweise der Schaltung ähnlich wie bei der Konvektionsheizung und die Temperaturcharakteristik ist in Fig. 13 durch die Kurve g wiedergegeben, während der Arbeitsspannungsverlauf der Kurve c/'in Fi g. 12 entspricht.

Fig. 12 zeigt den Spannungsverkiuf an Stromquelle und Last bei Nullspannungsregelung, und zwar stellt die Kurve a den Spannungsverlauf der Wechselstromquelle dar, die Kurve b die Arbeitsspannung in der Anfangsphase der Konvektionsheizung.die Kurve b'die Arbeitsspannung in der Sättigungsphase der Konvektionsheizung, die Kurve c die Arbeitsspannung in der Anfangsphase der Infrarotheizung, die Kurve c' die Arbeitsspannung in der Sättigungsphase der Infrarotheizung, die Kurve d die Arbeitsspannung in der Anfangsphase der Hefegärungsbeheizung und die Kurve d' die Arbeitsspannung in der Sättigungsphase der Hefegärungsbeheizung.

Fig. 14 zeigt eine Ausführuiigsiorm, bei der die Phasenregelungsmethode in Anwendung kommt. Es soll zunächst auf den Fall der Konvektionsheizung eingegangen werden, wobei ein Umschalter 106 nach der Seite h umgelegt und ein Schalter 106' geöffnet ist. Bei der Anordnung dieser Figur bilden Dioden 107,108,109 und 110. ein Widerstand 111 und eine Zenerdiode 112 eine Sekundärstromquelle entsprechend der Stromquelle 53 in Fig. 7, wobei an diese Sekundärstromquelle über den Umschalter 106 ein Temperaturfühler-Thermistor 113, ein Regelwiderstand 114 für die Temperatureinstellung bei der Konvektions- und Infrarotheizung und ein Einstellwiderstand 114' für die Temperatureinsteflung bei der Hefegärungsbeheizung gelegt sind. Widerstände 115 und 116 bilden zusammen mit dem Thermistor 113 und mit der Temperatureinstellung dienende Regelwiderstände 114 bzw. 114' eine Brücke. Das Ansgangssigna! dieser Brücke wird einem aus Transistoren 117 und 118 bestehenden Differentialverstärker zugeleitet. Der Ausgang des Transistors 117 geht ober Widerstände 119, 120, 121 und 122 einem Transistor 123 zu, der hierdurch angeschalte' wird. Der Ausgang des Transistors 123 wird über einen Widerstand 124, einen Kondensator 125. einen Transistor 126, Widerstände 127, 128 and 129 scwie über eine Diode !30 abgegeben und geht einem Kondensator 131 zu.

Dieser Kondensator 131 wird über einen Widerstand 132 mit der Frequenz der Stromquelle aufgeladen, doch sind Maßnahmen getroffen, um eine Inbetriebnahme der Last durch diese Aufladung zu verhindern. Wird die s Spannung über dem Kondensator 131 höher als die über einem Widerstand 134, die durch den über einen Widerstand 133 zugeführten Strom aufgebaut wird, so wird eine Vierschichtschaltdiode 135 angeschaltet und durch die Primärwicklung eines Impulsübertragers 136

ίο fließt ein Impulsstrom. Die Sekundärwicklungen 138' und 138" dieses Übertragers 136 sind jeweils zwischen die Steuerelektrode und die erste Elektrode zweier steuerbarer Halbleiterbauelemente 137 und 137' gelegt. Falls ein Impulsstrom fließt, so werden diese angeschaltet und die Heizkörper 139 und 139' werden in Betrieb genommen. Beim Aufheizen dieser Heizkörper 139 und 139' ändert sich der Widerstandswert des Thermistors 113. der in der Nähe der Heizkörper angeordnet ist. Wird ein Voreinstellwert erreicht, so wird der Transistor 118 angesteuert und der Ausgang durch den Transistor 117 hört auf. Es erscheint also kein Steuersignal mehr, und die Heizkörper 139 und 139' werden nicht mehr erhitzt. Durch Wiederholung dieser Vorgänge stellt sich eine konstante Temperatur ein.

Als nächstes sei der Fall der Infrarotheizung beschrieben, wobei der Schalter 106' geschlossen ist. In diesem Fall wird ein Kondensator 140 durch das Anlegen einer Spannung über einen Widerstand 121 aufgeladen. Hierdurch wird über einen Widerstand 141

}o ein Transistor 142 angesteuert, was zur Folge hat, daß über einen Widerstand 143 auch ein Transistor 144 gesteuert wird. Infolgedessen wird nun dem Regelwidersiand 114 ein Widerstand 145 parallelgeschaltet. Die Arbeitsprinzipien sind ähnlich wie im Fall der Nullspannungsregelung bei der Anordnung der F i g. 8.

Wird der Umschalter 106 nach der Seite / umgelegt und sind die Schalter 106' und 106" geöffnet, so ist ein Schaltkreis für die Hefegärungsbeheizung aufgebaut, wobei in diesem Fall zur Verringerung des Laststroms

4c ein Widerstand 146 in den Stromkreis eingeschaltet ist. Die Arbeitsweise ist ähnlich wie bei der Konvektionsheizung.

Fig. 15 gibt den Spannungsverlauf an Stromquelle und Last für den Fall der Phasenregelung wieder. Das Kurvenbild a stellt die Spannung der Stromquelle dar. das Bild b die Spannung über der Last in der Anfangsphase der Konvektionsheizung, das Bild 6'die Arbeitsspannung in der Sättigungsphase der Konvektionsheizung, das Bild c die Arbeitsspannung in der Anfangsphase der Infrarotheizung, das Bild c' die Arbeitsspannung in der Sättigungsphase der Infrarotheizung das Bild d die Arbeitsspannung in der Anfangsphase der Hefegärungsbeheizung und das Bild d' die Arbeitsspannung in der Sättigungsphase der Hefegärungsbeheizung.

Die Betriebstemperaturcharakteristik der Schaltung der F i g. 14 ist ähnlich jener der Schaltung der Fi g. 8 und entspricht der Darstellung der Fig. 13. Die Temperaturregelung bei der Konvektions- und bei der infrarotheizung kann in dem Bereich der erforderlichen Kochtemperaturen von etwa 80 bis 250⁰C erfolgen. Temperaturen um 6O⁰C sind ausgeschlossen, da die Speisen bei diesen Temperaturen nicht gar werden, und die Möglichkeit der Einpunktregelung bei 37°C dient

⁶S a a. der Vornahme der Hefegärung.

Fig. 16 zeigt eine wertere Ausführungsform für die Hefegärungsbeheizung, wobei hier ein steuerbares Halbleiterbauelement 148, das eine Steuerelektrode

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aufweist, und ein Heizkörper 149 zwischen den Polen einer Wechselstromquelle 147 hintereinandergeschaltet sind. Der Heizkörper 149 kann aufgeheizt werden. indem der Steuerelektrode des Halbleiterbauelemenis 148 ein Triggersignal zugeleitet wird, so daß dieses in den leitenden Zustand übergeht. Ein Widerstand 150, eine Diode 151 und ein Elektrolytkondensator 152 stellen eine Stromquelle für den Regelteil dar. Ein Temperaturfühler-Thermistor 153 und ein Einstellwiderstand 154' für die Temperatureinstellung bei der Hefegärungsbeheizung sind an diese Stromquelle für den Regelteil gelegt.

Der Schallungsaufbau soll nun in Verbindung mit der Funktionsweise der Schaltung erläutert werden. Der Kondensator 152 wird aus der Wechselstromquelle 147 aufgeladen und stellt eine Gleichstromquelle dar. Die Spannung der Wechselstromquelle 147 wird in geteilter Form auch an eine Reihenschaltung des als Temperaturfühler dienenden Thermistors 153 und des Widerstandes 154 mit einer Bezugsspannungs-Einstellstufe, bestehend aus dem Einstellwiderstand 154' für die Temperatureinstellung bei der Hefegärungsbeheizung und aus Widerständen 155 und 156, angelegt. Die Spannung wird ferner an Widerstände 157 und 158 angelegt, die mit der Bezugsspannungs-Einstellstufe eine Brücke bilden. Die Spannungsdifferenz zwischen der Bezugsspannungs-Einstellstufe und den Widerständen 157 und 158 wird einem Differentialverstärker zugeführt, der aus Transistoren 159 und 160 besteht, wodurch einer dieser Transistoren angesteuert wird. In dem hier betrachteten Fall ist der Widerstand des Thermistors 153 hoch und der Transistor 160 wird angesteuert. Aus dem Kondensator 152 fließt dann ein Gleichstrom durch einen Widerstand 161. den Transistor 160 und einen Widerstand 162 den in der Emitterfolgeschaltung vorgesehenen Transistoren 163 und 164 zu. die hierdurch angesteuert werden, so daß dem Starter des Halbleiterbauelements 148 ein Signal zugeht. Durch den Heizkörper 149 kann daher ein Strom zur Aufheizung fließen. Verringert sich der Widerstand des Thermistors 153 und werden die Transistoren 165 und 159 angeschaltet, so wird die Spannung mit normaler Polarität durch eine Diode 166, einen Widerstand 167. eine weitere Diode 168 und einen weiteren Widerstand 169 übertragen, während die Spannung mit umgekehrter Polarität durch einen Widerstand 150. eine Zenerdiode 170, eine Diode 171, den Widerstand 167 und eine weitere Diode 172 übertragen wird. Bei dem obenbeschriebenen Schaltungsaufbau werden Transistoren 173 und 174 während der Gesamtdauer der Sinusschwingung des Stroms der Wechselstromquelle angeschaltet, auch in der Nähe der Null· pannung, so daß der Torstrom blockiert und die Wärmeerzeugung des Heizkörpers 149 unterbrochen wird. Wird der Transistor 160 angeschaltet, so wird über dem Widerstand 161 eine Spannung aufgebaut und der Kondensator 175 wird aufgeladen. Durch die Aufladung des Kondensators 175 wird über den Widerstand 176 auch der Transistor 177 angeschaltet Hierauf wird über einen Widerstand 178 ein Kondensator 179 aufgeladen und ein Transistor 181 wird über einen Widerstand 180 angesteuert. Im weiteren Verlauf des Ladevorgangs erhöht sich die Spannung über dem Widerstand 156. Erreicht die Temperatur den mittels des Regelwiderstandes 154' eingestellten Temperaturweit beispielsweise also 37° C. so wird der Torstrom auf Grund der Wirkweise der Transistoren 173,159 und 174 im Gesamtspannungsberetch der Wechselstromquelle blockiert, also auch nahe

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65 der Nullspannung. Falls nämlich die Transistoren 165 und 159 angesteuert werden, so wird das Torsignal vollkommen unterbrochen und das Halbleiterbauelement 148 wird abgeschaltet, so daß der Stromdurchgang durch den Heizkörper 149 aufhört. Dank der Wirkweise des die Transistoren 177 und 181 enthaltenden Schaltkreises wird ferner der Last intermittierend die Nennleistung zugeführt, so daß die Temperaturspitze beseitigt wird, wie dies für die Regelung bei der Hefegärungsbeheizung erforderlich ist.

Fig. 17 zeigt eine andere Ausführungsform für die Hefegärungsbeheizung, bei der ein zu starker Temperaturanstieg in dem Ofen verhindert und eine für die Vornahme der Hefegärung geeignete, exakte Temperaturführung ermöglicht wird. An eine Wechselstromquelle 82 sind ein Heizkörper 183 und ein steuerbares Halbleiterbauelement 184 (Bidirektionalthyristor mit drei Anschlüssen) in Reihe angeschlossen. Man erkennt weiter einen spannungserniedrigenden Widerstand 185, einen Steuersignalgenerator 186 zur Zuleitung eines Signals zur Steuerelektrode des Halbleiterbauelements 184, wodurch dieses in den leitenden Zustand übergeht, eine Diodenbrückenschaltung 187 für die Regelschaltung, eine spannungsstabilisierende Diode 188, eine Bezugsspannungs-Einstellvorrichtung 189, einen Vergleicher 190. Kondensatoren 191 und 192, Transistoren 193 und 194, Widerstände 195 und 196. einen Umschalter 197. einen in der Nähe des Heizkörpers vorgesehenen Thermistor 198. einen Regelwiderstand 199. der in Verbindung mit dem Thermistor 198 die Einstelltemperatur festlegt, und einen in Verbindung mit der Bezugsspannungs-Einstellvorrichtung 189 in jeder Periode der Stromquelle zum Entladen der Kondensatoren 191 und 192 betätigbaren Transistor 200.

Im folgenden soll die Funktionsweise der oben beschriebenen Schaltung erläutert werden. Die Spannung der Bezugsspannungs-Einstellvorrichtung 189 und die von dem Thermistor 198 in Verbindung mit dem Regelwiderstand 199 abgegebene temperaturentsprechende Spannung werden in der Vergleichseinrichtung 190 miteinander verglichen und deren Ausgangssignal wird der Steuersignalgenerator 186 zugeleitet. Es fließt demzufolge ein Triggerstrom durch die Steuerelektrode, wodurch- das Halbleiterbauelement 184 in den leitenden Zustand übergeht, so daß der Heizkörper 183 als Verbraucher vom Heizstrom durchflossen wird.

Es sei nun der Fall betrachtet, daß der Stromkreis mil dem Kondensator 191 unterbrochen ist, wie dies ir F i g. 17 dargestellt ist. Die Kapazität des Kondensator! 192 ist sehr gering gewählt und liegt beispielsweise be 0.022 oder 0.033 Mikrofarad, so daß die Ladezeit de« Kondensators 192 sehr kurz ist. Der Kondensator 19: wird daher in jeder Periode der Stromquelle aufgeladen bis die tempera'urentsprechende Spannung in der Näht der Bezugsspannung liegt Das Ausgangssignal dei Vergleichers J90 wird andererseits erzeugt, wenn dei Kondensator 192 aufgeladen ist und sich die Emitter spannung des Transistors 194 verringert und dei Arbeitsstrom ändert sich daher kaum, bis die Einstell temperatur erreicht ist Die Beziehungen sind in F i g. 1} veranschaulicht in der die Ordinate den Widerstand de; Thermistors 198 bezeichnet und die Abszisse dei Widerstandswert für die Einstellung der Temperatur der durch den Widerstand 199 gegeben ist Dit gestrichelten Linien π steilen die Kennlinien für den FaI dar, daß das Ausgangssignal des Vergleichers 19Θ nn durch die Charakteristik des Kondensators 19: bestimmt wird. In diesem FaO ist der Bereich, m dem eh

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Ausgangssignal des Vergleichers 190 verfügbar ist. bei einem sinusförmigen Spannungsverlauf sehr schmal Die Betriebstemperaturcharakteristik bei dieser Methode ist in Fig. 19 durch die Kurve N wiedergegeben. Wie aus Fig. 19 hervorp^ht, ist die Anstiegszeit bis zur Solltemperatur sehr kurz, doch pflegt eine Temperaturspitze in Erscheinung zu treten.

Es soll nun der Fall erörtert werden, daß der Schalter umgelegt ist und die den Kondensator 191 und den Transistor 193 enthaltenden Stromkreise geschlossen sind. Die Kapazität des Kondensators 191 ist größer gewählt als die des Kondensators 192 und liegt beispielsweise bei 0,056 bis 0,22 Mikrofarad, und auch der Widerstaindswert des Widerstandes 195 ist größer als der des Widerstandes 1%. so daß eine hohe

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Zeitkonstante erhalten werden kann. Die Ladezeit des Kondensators 191 fällt somit relativ lang aus. Die temperaturentsprechende Spannung ändert sich auch jetzt entsprechend der durch das Aufheizen bewirkten Widerstandsänderung des Thermistors 198. Gleichzeitig ändert sich die Ladezeil der Kondensatoren 191 und 192 Es ändert sich somit auch die Phase der Signalerzeugung des Vergleichers 190 in jeder Periode der Stromquelle. Die Beziehungen sind durch die ausgezogenen Linien w in Fig. 18 verdeutlicht. Der Bereich, in dem ein Ausgangssignal verfügbar ist, ist nun viel breiter. Wie aus der Kurve Win Fig. 19 zu ersehen ist, ist jetzt die Arbeitsstromleistung wie ebenso auch der Temperaturanstieg verringert und die anfängliche Temperaturspitze entfällt.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Backofen, der in einem Hauptgehäuse eine für die Zubereitung von Speisen bestimmte Heizkammer aufweist, in der Heizkörper angeordnet sind, für deren gesteuerte Stromversorgung entsprechend einer an einer Temperatureinstellvorrichtung eingestellten Temperatur eine Regelschaltung vorgesehen ist, die im der Stromversorgung der Heizkörper dienenden Hauptstromkreis mit der Wechselstromquelle in Reihe geschaltet ein steuerbares Halbleiterbauelement aufweist, an dessen Steuerelektrode ein von einer in der Heizkammer angeordneten Temperaturfühleinrichtung abgegebenes Signal gelegt ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung zur wahlweisen Ansteuerung des steuerbaren Halbleiterbauelements (51) drei Regler (38, 59, 60) aufweist, von denen der erste eine Proportionalsteuerung mit einem kleinen Temperaturänderungsbereich hat und eine nichtbräunende Hitze erzeugt (Konvektionsregler 58), der zweite eine Ein-Aus-Steuerung mit einem größeren Temperaturänderungsbereich hat und eine bräunende Hitze erzeugt (Infrarotregler 59). der dritte eine Proportionalsteuerung mit großem Temperaturänderungsbereich hat und eine von anfänglichen Übertemperaturspitzen (Fig. 19) freie Hefegärungshitze erzeugt (Gärungsregler 60), und durch einen Schalter (57) wahlweise einer der drei Regler (58, 59, 60) zwischen das steuerbare Halbleiterbauelement (51) und die Temperaturfühleinrichtung (17; 54) schaltbar ist.

2. Elektrischer Backofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hefe-Gärungsregler (60) aus einem zwischen die Temperaturfühleinrichtung und die Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterbauelements (51) schaltbaren Differentialverstärker besteht, der einen ersten und einen zweiten Transistor (85, 86) aufweist, wobei ein Teil des Ausgangs des ersten der Transistoren (85, 86) und zum Eingang des zweiten der Transistoren (85, 86) addiert die eingestellte Temperatur in den Temperaturfühleinrichtungen veränderlich ist.

3. Elektrischer Backofen nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühleinrichtungen einen im Fall der Konvektions- und der Infrarotstrahlungsheizung auf die Temperatur ansprechenden ersten Thermistor (65) und einen im Fall der Hefegärungsbeheizung auf die Temperatur ansprechenden zweiten Thermistor (67) aufweist.

4. Elektrischer Backofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung für die Temperatureinstellung einen Regelwiderstand (66) hat, und mit dem ersten Thermistor (65) in der Regelschaltung für die Infrarotstrahlungsheizung verbunden ist.

5. Elektrischer Backofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Hauptstromkreis zwischen dem in der Heizkammer angeordneten Heizkörper (183) und die Wechselstromquelle (182) geschalteten steuerbaren Halbleiterbauelemente (184) ansteuernde Regelschaltung zum Erzeugen eines Steuersignals eine die Phase aus dem Vergleich einer temperaturentsprechenden Spannung und einer Bezugsspannung bestimmende Phasenschaltung aufweist, sowie einen ersten Kondensator (192), einen ersten Transistor (194) und einen Widerstand (1%) enthaltenden Regler m schmalem Proportional bereich und einen einen der ersten Kondensator (192) über einen ersten Schalte (197) parallelgeschalteten zweiten Kondensato (191). einen in Verbindung mit dem ersten Transisto (194) zur Zweistufenverstärkung betätigbaren zwei ten Transistor (193). einen mit dem ersten Schalte (197) verblockten und zum Umschalten zwischei Ein- und Zweistufenverstärkung betätigbaren zwei ten Schalter und einen an den zweiten Schaltei anschaltbaren Widerstand (195) einbegreifend< Regler mit breitem Proportionalbereich.