DE2706138B2 - Elektrisch beheizter Toaster bzw. Grill o.dgl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch beheizten Toaster bzw. Grill o. dergl. mit einer einstellbaren und von der Temperatur beeinflußbaren elektrischen Zeitsteuerung für die Toast- bzw. Grillzeit, deren integrierende Stufe über eine Schaltschwelle mit einem Magnetauslöser sowie der Heizeinrichtung in &5 Schaltverbindung steht.

Derartige Haushaltsgeräte sollen nach Möglichkeit Rost- bzw. Grillgut mit stets gleichem Röstzustand liefern.

Bekanntgeworden ist ein automatischer elektrischer Brotröster, bei dem die Heizwicklung über einen Schalter an einer Wechselspannung anliegt Zwischen einem oberen und einem unteren Teil der Heizwicklung zweigt über eine Gleichrichterdiode und einen NTC-Widerstand ein ÄC-Glied, bestehend aus einem Kondensator und einem regelbaren Widerstand, ab. Diese integrierende Stufe steuert die Toast- bzw. Griüzeit Wenn der Kondensator aufgeladen ist gelangt über zwei als Schaltschwelle wirkende Schaltelemente ein Zündimpuls an einen Thyristor, durch den ein Magnetauslöser für den Brotscheibenauswurf geschaltet wird, der auch einen Schalter öffnet und einen Kurzschließer für den Kondensator der integrierenden Stufe schließt

Ein derartiger Toaster erscheint verbesserungsbedürftig. Die Zeitsteuerung arbeitet unabhängig von dem Röstzustand des Toast- bzw. Grillgutes, mit einer aus der Netzspannung abgeleiteten Gleichspannung lediglich nach Maßgabe des einstellbaren Widerstandes und des Kondensators der integrierenden Stufe. Um dabei unterschiedliche Temperatureinflüsse, beispielsweise durch das jeweils unterschiedlich aufgeheizte Gerät, zu berücksichtigen, ist im Ladestromkreis des Kondensators ein temperaturabhängiger Halbleiter, speziell ein NTC-Widerstand, vorgesehen.

Derartige Widerstände arbeiten normalerweise nur bei Temperaturen um etwa 150° Celsius, maximal bis zu Temperaturen von 350° Celsius. Sie dürfen nicht direkt der Rösttemperatur zwischen 500° Celsius und 600° Celsius ausgesetzt werden. Die temperaturabhängigen Halbleiterwiderstände sind im Toaster deshalb so eingebaut, daß sie von der Rösttemperatur nur indirekt beeinflußt werden können. Zwischen dem NTC oder auch PTC und der Röststelle muß ein mehr oder weniger voluminöser Luftraum zwischengeschaltet werden, dessen jeweiliges Temperaturverhalten von vielerlei Faktoren, etwa der Verschmutzung des Gerätes, einem dadurch bedingten, aber nicht genau beherrschbaren Schornsteineffekt der Luftfeuchtigkeit usw. beeinflußt wird. Eine Garantie für die Erreichung gewünschter Rost- bzw. Grillzustände kann von der Herstellerfirma der Geräte nicht übernommen werden. Zwar läßt sich eine gewisse Anpassung an die sich verändernden Betriebszustände durch Nachstellen des variablen Widerstandes der Zeitschaltung erreichen, jedoch unterbleibt in der Praxis diese Nachstellung in den meisten Fällen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Toaster bzw. Grill mit elektrischer Zeitsteuerung zu schaffen, der zuverlässiger arbeitet als alle bisher bekannten Geräte, und der zudem unabhängig von der Beschaffenheit des Rost- bzw. Grillgutes und dem Aufheizzustand des Gerätes stets Eßwaren, wie Brot Fleisch, Fisch o. dergL, die der Wärme im Röstraum ausgesetzt sind, mit gleichbleibendem Röstoder Garungsgrad liefert

Pc wiirHo cTpf'.inHpn d^a3 sich diese Aufgabe in einfacher Weise dadurch lösen läßt daß als Temperaturfühler für die Zeitsteuerung ein direkt der Toast- bzw. Grilltemperatur ausgesetztes Thermoelement mit einem im Toast- bzw. Grilltemperaturbereich konstanten Proportionalitätsfaktor zwischen der Arbeitstemperatur und der Ausgangsgröße verwendet wird, und daß die an das Thermoelement angeschlossene integrierende Stufe ausschließlich diese Ausgangsgröße oder eine aus ihr abgeleitete Spannung über der Zeit integriert.

Das Thermoelement als elektrischer Temperaturfühler wandelt die Rösttemperatur in eine proportionale Thermospannung um, die ein direktes Abbild des Temperaturgeschehens im Röstraum ist. Erfindungsgemäß wird ausschließlich diese Thermospannung oder eine entsprechende Ausgangsgröße des Thermoelementes Ober der Zeit integriert. Die Ausgangsgröße der integrierenden Stufe steigt proportional zur Fläche unterhalb des Temperaturverlaufes und damit proportional zur jeweiligen Wärmemenge an. Durch die Schaltschwelle hinter der integrierenden Stufe wird erreicht, daß die aus der Ausgangsgröße abgeleitete Spannung die Heizeinrichtung sowie die Entriegelungsvorrichtung immer dann abschaltet, wenn die gewünschte bzw. erforderliche Wärmemenge abgegeben worden ist.

Hierbei geht die Erfindung von der Beobachtung aus, daß — eine hinreichend hohe Rost- bzw. Grilltemperatur vorausgesetzt — der gleiche Rost- oder Garungsgrad immer dann erzielt wird, wenn beispielsweise je Brotscheibe stets die gleiche Wärmemenge zum Toasten zur Verfügung gestellt wird, und zwar — in normalen Grenzen — unabhängig von der Beschaffenheit des Brotes (Feuchte, Dichte, Färbung, Temperatur etc.), des Vorheizzustandes des Gerätes sowie den zwischen den einzelnen Toastungen liegende Pausenzeiten.

Diese Vorteile lassen sich mit bekannten Anordnungen nicht erreichen. Durch eine mechanische bzw. elektronische Röstzeitsteuerung, auch wenn diese den unterschiedlichen Temperaturen im Gerät durch einen temperaturabhängigen Widerstand Rechnung trägt, läßt sich ein stets gleichbleibender Rost- bzw. Grillgrad nicht erzielen, weil eben eine reine Temperatur- oder Zeitschaltung kein Maß für die erforderliche Wärmemenge liefert

Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, einen stets gleichbleibenden Garungs- bzw. Röstgrad auch dann zu erzielen, wenn unterschiedliche Eßwaren, wie Brot, Fleisch, Fisch o. dergl, der Wärme im Röstraum ausgesetzt werden bzw. unterschiedliche Pausenzeiten zwischen den einzelnen Arbeitsgängen vorhanden sind. Zudem läßt sich ein beträchtlicher Zuwachs an Genauigkeit der Zeitsteuerung erreichen, zumal Thermoelemente keine Keramikhüllen benötigen, durch welche bekannte temperaturabhängige Widerstände vor zu hohen Temperaturen geschützt werden. Versuche haben ergeben, daß die erfindungsgemäße Anordnung bei Versorgungsspannungen zwischen 100 und 250 Volt voll funktionsfähig ist.

In einem Ausführungsbeispiel schließt die integrierende Stufe einen als Integrator geschalteten Operationsverstärker ein.

Die integrierende Stufe enthält in weiterer Ausgestaltung auch einen Kondensator, zu dem ein Kurzschlußschalter parallel geschaltet sein kann. Durch diesen wird die Zeitsteuerung nach Abschalten der Heizung stets wieder in den Anfangszustand versetzt. Der Kurzschlußschalter kann mit dem Magnetauslöser' kombiniert sein.

Die integrierende Stufe steht mit einem Thyristor für den Magnetauslöser im Stromkreis der Heizeinrichtung und/oder mit einer Entriegelungsvorrichtung, beispielsweise für einen Brotscheibenauswerfer, in Schaltverbindung.

Es kann aber auch die integrierende Stufe auch über einen Kondensator an ein Relais mit Schaltkontakten im Stromkreis der Heizeinrichtung und/oder der Entriegelungsvorrichtung ausgeschaltet sein.

Die Versorgungsspannung des als Integrator geschalteten Operationsverstärkers sowie eines Verstärkers mit einstellbarer Verstärkung für die Thermospannung sind über einen Vorwiderstand und einer Zener-Diode von der Netzspannung abnehmbar. Parallel zur Zener-Diode sind zwei Widerstände als Spannungsteiler geschaltet. Der Mittelabgriff dient den beiden Verstärkern als Masse.

ίο Durch diesen sogenannten getakteten Betrieb während der positiven Versorgungsspannung läßt sich ein Glättungskondensator einsparen, aber auch der Zeitbereich der Schaltung erweitern oder die Kapazität des Kondensators der integrierenden Stufe verringern.

Der Kondensator der integrierenden Stufe ist in vorteilhafter Weise mit einer Sperrdiode kombiniert Diese verhindert ein Entladen des Kondensators während der Versorgungsspannungspause (negative Halbwelle).

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Toaster entlang der Linie I-I in Fig. 2,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Toaster entlang der Linie 11-11 in Fig. 1,

F i g. 3 ein elektrisches Blockschaltbild einer Zeitsteuerung,

F i g. 4 ein Schaltungsdetail,
F i g. 5 eine teilweise Abwandlung der Schaltung nach F i g. 3 und

F i g. 6 schaubildliche Darstellungen zur Erläuterung der Funktionsweise.

Obzwar sich die Erfindung nicht nur für Toaster, sondern auch für Grillgeräte oder entsprechende Haushaltsgeräte eignet, wird sie der Einfachheit halber in Verbindung mit einem Toaster als Ausführungsbeispiel nachfolgend erläutert. Jeder Fachmann ist imstande, ohne erfinderisches Zutun die erläuterte Erfindung auch auf andere Heiz- bzw. Grillgeräte zu übertragen.

Der Toaster 1 ist schematisch angedeutet. Er besitzt ein Gehäuse 2 mit Seitenteilen 3. In eines dieser Seitenteile wird eine Netzanschlußleitung 4 eingeführt.
Die Heizeinrichtung 5 weist Heizwiderstände 6 auf.

•ij Der Rösiraum ist mittels einer Trennwand 7 von dem Teil des Toastergehäuses abgetrennt, welches neben einer Zeitsteuerung 8 Funktionsteile des Toasters aufweist. Die Zeitsteuerung 8 läßt sich mittels eines Einstellknopfes 9 auf den gewünschten Bräunungsgrad

so der Toastscheiben einstellen. Ein schematisch angedeuteter und allgemein mit 14 bezeichneter Brotscheibenauswerfer ist mittels einer Entriegelungsvorrichtung 10 mit einem Magnetauslöser kombiniert, von dem ein Anker 11 sowie eine Wicklung 12 angedeutet sind. Die Entriegelungsvorrichtung 10 weist eine Klinke 13 auf, die den Brotscheibenauswerfer 14 mit dem Anker 11 des Magnetauslösers in Wirkverbindung bringt. Der Brotscheibenauswerfer 14 steht weiterhin unter dem Einfluß einer Feder 15, gegen deren Kraft er mittels einer Handhabe 16 in die Verriegelungsstellung gebracht werden kann.

Als Temperaturfühler wird im vorliegenden Fall ein Thermoelement 17 verwendet, welches im Röstraum etwa in der Mitte einer Brotscheibe angeordnet ist. Bei Mehrscheibentoastern ist diejenige Röstkammer gekennzeichnet, die das Thermoelement 17 enthält. Wird bei Mehrscheibentoastern jeweils nur eine Toastscheibe geröstet, muß diese in der mit dem Thermoelement

versehenen Röstkammer geröstet werden.

Die durch ein elektrisches Blockschaltbild gem. F i g. 3 dargestellte Zeitsteuerung 8 enthält eine Stromversorgung 80, einen Bereich 81 zur Ermittlung und Verstärkung der Thermospannung, eine integrierende Stufe 82, eine Schaltstufe 83 sowie — schemalisch angedeutet — eine Stufe 84 mit der Heizeinrichtung und der Entriegelungsvorrichtung.

Die Stromversorgung der Zeitsteuerung 8 wird über einen Vorwiderstand 20 und eine Zener-Diode 21 sowie über den geöffnet dargestellten Netzschalter 37 dem Wechselstromnetz entnommen. Von einem Spannungsteiler mit den Spannungsteilerwiderständen 22 und 23 wird die Nullspannung der Stromversorgung abgenommen.

Zur Ermittlung der Thermospannung ist im Bereich 81 das Thermoelement 17 vorgesehen. Es liefert bei Erwärmung als aktives Element eine Thermospannung.

Das Thermoelement 17 liegt über einen Vorwiderstand 24 an einem Verstärker 25 an, dessen Nullspannungsabgleich mittels eines Trimmers bei 27 vorgenommen wird. Zur Einstellung bzw. zur Veränderung der Verstärkung ist ein Widerstand 26 vorgesehen.

An den Bereich 81 schließt sich eine integrierende Stufe 82 an, die einen als Integrator geschalteten Operationsverstärker 30 enthält. Dieser ist über ein Potentiometer 28 und einen festen Widerstand 29 an den Bereich 81 angeschlossen. Parallel zum Kondensator 31 des Operationsverstärkers 30 ist ein Kurzschlußschalter 32 geschaltet. Eine Sperrdiode 33 sorgt für eine einwandfreie Funktion der integrierenden Stufe 82. An die integrierende Stufe 82 schließt sich eine Schaltstufe 83 an, die im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Thyristor 35 enthält, der über einen Trimmer 34 als Schaltschwelle von der integrierenden Stufe 82 angesteuert wird.

Auf die Schaltstufe 83 folgt die Stufe 84 mit den Heizwiderständen 5,6 und dem schematisch angedeuteten Magnetauslöser 11, 12. Parallel dazu ist eine Diode 36 geschaltet, die den Thyristor 35 der Schaltstufe 83 vor Zerstörung durch induktive Spannungen des Magnetauslösers 11,12schützen soll.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 3 liegt über einen nur schematisch angedeuteten Netzschalter 37 am Wechselstromnetz an.

F i g. 4 zeigt eine Abwandlung 84a der Stufe 84. Der Magnetauslöser 12 in Parallelschaltung mit der Diode 36 ist in Reihe mit einem Vorwiderstand 38 geschaltet. Während in der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 der Magnetauslöser 12 durch den Thyristor 35 eingeschaltet wird, wird der Magnetauslöser 12 gemäß Fig.4 ausgeschaltet. Das bedeutet, daß der Magnet 12 während der Verriegelungsphase mit Ruhestrom arbeitet. Im Gegensatz dazu ist der Magnet 12 nach F i g. 3 in der Verriegelungsstellung stromlos.

Fig.5 zeigt eine abgewandelte integrierende Stufe 82a und eine ebenfalls abgewandelte Schaltstufe 83a Die integrierende Stufe 82a enthält ein /?C-Glied mit einem Kondensator 40 und einem Kurzschlußschalter 41. Als Widerstände des ÄC-Gliedes werden ein fester Widerstand 29 und ein Potentiometer 28 verwendet

Die Schaltstufe 83a enthält einen Komparator 42, dessen Schaltschwelle mittels eines Widerstandes 43 und eines Trimmers 44 festgelegt wird. Der Komparator 42 steuert ein Relais 45, dessen nicht dargestellte Schaltkontakte die Entriegelungsvorrichtung 10 bzw. die Heizeinrichtung 5 mit den Heizwiderständen 6 pause (— Ub) verhindert

steuert.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung wird anhand der Schaubilder in F i g. 6 erläutert.

In der oberen Zeile der F i g. 6 sind mit 81, 82, 83 die Ermittlung und Verstärkung der Thermospannung, die integrierende Stufe sowie die Schaltstufe angedeutet. In der mittleren Zeile der F i g. 6 ist die Wirkungsweise bei der ersten Toastung dargestellt Der Temperaturverlauf geht von Null bis zu einer Rösttemperatur zum Zeitpunkt Ti. Dieser Temperaturverlauf wird gemäß dem zweiten Schaubild im Verstärker verstärkt. In der integrierenden Stufe 82 wird die Wärmemenge unter der Temperaturkurve nach dem zweiten Schaubild in der mittleren Zeile ermittelt Die Ausgangsspannung der integrierenden Stufe 82 ist unterhalb des Kastens dargestellt. Wenn diese Ausgangsspannung eine bestimmte Größe erreicht hat, die durch die Schaltschwelle 34 bzw. 44 vorgegeben wird, schaltet die Schaltstufe mit dem Schaltelement 35 bzw. 45 vom Zeitpunkt Ti.

In der letzten Zeile ist die Arbeitsweise der Anordnung bei der zweiten Toastung dargestellt. Da das Gerät nun aufgeheizt ist, liefert das Thermoelement der Stufe 81 bereits eine Anfangsspannung, infolge der die integrierende Stufe 82 ihre Ausgangsspannung schon zu einem früheren Zeitpunkt T2 erreicht Die Schaltstufe 83 schaltet daher die Heizeinrichtung 6 und die Entriegelungsvorrichtung 10 zu einem Zeitpunkt T2 ab, so daß damit auch die Lieferung der Thermospannung zu einem Zeitpunkt T2 unterbleibt

Die dem Toastbrot zugeführte Wärmemenge, die zum Toasten und damit zum Erreichen eines gewünschten Toastgrades notwendig ist, entspricht der Fläche unterhalb der Temperaturkurve im zweiten Bild der beiden Zeilen in Fig.6. Die Fig.6 zeigt deutlich, daß die zum Toasten aufzubringende Wärmemenge bei der zweiten Toastung bereits früher erreicht wird als bei der ersten Toastung. Entsprechende Veränderungen ergeben sich infolge mehr oder weniger langer Pausen zwischen den einzelnen Toastungen bzw. bei einem noch größeren Aufheizzustand des Toasters, beispielsweise bei der siebten oder achten Toastung.

Mit der gleichen Schaltung läßt sich auch die Beschaffenheit (feucht/trocken) des Toastbrotes berücksichtigen. Beispielsweise wird ein feuchteres Brot eine längere Toastzeit bei einer infolge der Verdunstung von Feuchtigkeit geringeren Rösttemperatur als ein trockenes Brot benötigen. Die beschriebene Anordnung schaltet auch in diesem Fall erst dann ab, wenn eine durch die Schaltschwelle 34 bzw. 44 vorgegebene, für den Röstvorgang erforderliche Wärmemenge abgestrahlt ist.

F i g. 3 läßt erkennen, daß die Betriebsspannung Ub für den Verstärker 25 sowie den als Integrator geschalteten Operationsverstärker 30 von der Klemme Ub in der Stufe 80 abgenommen werden. Hieraus ergibt sich, daß die beiden Verstärker 25 und 30 im sogenannten getakteten Betrieb arbeiten, der durch den Kurvenverlauf in der Stufe 82 (F i g. 3) angedeutet ist Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Spannung der positiven Halbwelle etwa 30 V, wohingegen die geringe Spannung der negativen Halbwelle nur —0,6 V beträgt Durch diesen getakteten Betrieb läßt sich ein Glättungskondensator einsparen. Zugleich ergibt sich eine Erweiterung des Zeitbereiches oder eine kleinere Kapazität des Kondensators 31.

Voraussetzung für die einwandfreie Funktion bei getaktetem Betrieb ist die Diode 33, die ein Entladen des Kondensators 31 während der Versorgungsspannungs-

Nach jedem Röstvorgang muß der Kondensator 31 bzw. 40 entladen werden. Hierzu ist ein mechanisch betätigter Schalter 32 bzw. 41 zum Kondensator parallelgeschaltet. Dieser Schalter 32 bzw. 41 kann zusammen mit dem Schalter 37 durch den Magnetauslöser 12 betätigt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrisch beheizter Toaster bzw. Grill oder dergleichen mit einer einstellbaren und von der Temperatur beeinflußbaren elektrischen Zeitsteuerung für die Toast- bzw. Grillzeit deren integrierende Stufe über eine Schaltschwelle mit einem Magnetauslöser sowie der Heizeinrichtung in Schaltverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler für die Zeitsteuerung (8) ein direkt der Toast- bzw. Grilltemperatur ausgesetzes Thermoelement (17) mit einem im Toast- bzw. Grilltemperaturbereich konstanten Proportionalitätsfaktor zwischen der Arbeitstemperatur und der Ausgangsgröße verwen- ι s det wird, und daß die an das Thermoelement angeschlossene integrierende Stufe (82, 82a) ausschließlich diese Ausgangsgröße oder eine aus ihr abgeleitete Spannung über der Zeit integriert

2. Elektrisch beheizter Toaster bzw. Grill nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die integrierende Stufe (82) einen als Integrator geschalteten Operationsverstärker (30) einschließt

3. Elektrisch beheizter Toaster bzw. Grill nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß die integrierende Stufe (82, 82a) einen Kondensator (31, 40) enthält zu dem ein Kurzschlußschalter (32,41) parallel geschaltet ist

4. Elektrisch beheizter Toaster bzw. Grill nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet daß die integrierende Stufe (82) mit einem Thyristor (35) für den Magnetauslöser (11, 12) im Stromkreis der Heizeinrichtung (5, 6) und/oder mit einer Entriegelungsvorrichtung (20), beispielsweise für einen Brotscheibenauswerfer oder dergleichen, in Schaltverbindung steht

5. Elektrisch beheizter Toaster bzw. Grill nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierende Stufe (82, 82a) über einen Komparator (42) an ein Relais (45) mit Schaltkontak- *o ten im Stromkreis der Heizeinrichtung (5, 6) und/oder der Entriegelungsvorrichtung (10) angeschlossen ist

6. Elektrisch beheizter Toaster bzw. Grill nach einem der Ansprüche 1 — 5, dadurch gekennzeichnet, *5 daß die Versorgungsspannung des als Integrator geschalteten Operationsverstärkers (30) sowie eines Verstärkers (25) mit einsteilbarer Verstärkung (27) für die Thermospannung über einen Vorwiderstand (20) und einer Zener-Diode (21) von der Netzspan- so nung abnehmbar ist

7. Elektrisch beheizter Toaster bzw. Grill nach einem der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (31) der integrierenden Stufe (82) mit einer Sperrdiode (33) kombiniert ist