DE2744878A1

DE2744878A1 - Hochfrequenz-ofen

Info

Publication number: DE2744878A1
Application number: DE19772744878
Authority: DE
Inventors: Kenji Satoh; Hajime Tachikawa; Mitsuru Watanabe
Original assignee: Hitachi Heating Appliances Co Ltd
Current assignee: Hitachi Heating Appliances Co Ltd
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE2744878B2; SE7711145L; DE2744878C3; SE423776B; US4213023A; CA1081798A; GB1544596A

Description

Hochfrequenz-Ofen

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Ofen und insbesondere eine Steuervorrichtung für einen derartigen Hochfrequenz-Ofen, wie z. B. einen Mikrowellen-Ofen, zur automatischen und genauen Steuerung der Erwärmung von Heizgut.

Gewöhnlich wird in einem Hochfrequenz-Ofen, in dem Hochfrequenz-Energie in eine Heizkammer zur Erwärmung des darin enthaltenen Heizgutes gespeist wird, die Heizzeit für das Heizgut vom Bediener mittels eines Zeitgebers (Schaltuhr) eingestellt. Da sich jedoch

8l-(A 20QM-03)-KoE

809816/0662

die zum Erwärmen des Heizgutes erforderliche Heizzeit mit der Art des Heizgutes, wie z. B. dessen Masse, Beschaffenheit (z. B. dessen Wassergehalt und Zusammensetzung) und Form sowie mit der Lage des Heizgutes in der Heizkammer und mit dem Betrag der Hochfrequenz-Energie ändert, ist zur genauen Einstellung der Heizzeit hochqualifiziertes Fachpersonal erforderlich. Durch ungenaue Einstellung des Zeitgebers werden daher oft überhitzte oder nicht ausreichend erwärmte Zustände des Heizgutes verursacht.

Um diesen Fehler auszuschließen, kann die Temperatur des Heizgutes zur automatischen Steuerung der Heizzeit indirekt erfaßt werden, indem die Temperatur der aus der Heizkammer strömenden Luft (im folgenden als Abluft-Temperatur bezeichnet) ermittelt und ein ermittelter Tempe raturwert mit einem festen Bezugswert verglichen wird.

Wenn jedoch dabei der kontinuierliche Betrieb des Hochfrequenz-Ofens periodisch wiederholt wird, steigt die Abluft-Temperatur am Beginn des Heizens für jede Periode mehr und mehr an, und damit wird die Abluft-Temperatur am Ende der Heizperiode schrittweise größer. Das Vergleichen der Abluft-Temperatur mit dem festen Bezugswert zur Ermittlung des Heizzeit-Endes führt also zu großen Fehlern in der Heiz-Steuerung. Auch wenn der Ofen nicht kontinuierlich betrieben wird, ist es schwierig, eine genaue Erwärmung für Heizgut unterschiedlicher Massen durchzuführen, da der Temperaturanstieg der Abluft von der Masse des Heizgutes abhängt.

Ein weiterer Nachteil dieses oben erläuterten Verfahrens, bei dem lediglich die Abluft-Temperatur ermittelt wird, liegt darin, daß diese von der Umgebungstemperatur abhängt, in der sich der Hochfrequenz-Ofen befindet, was eine fehlerhafte Steuerung verursacht. Um diese zu vermeiden, wird die Temperatur der in die Heizkammer strömen-

809816/0662

den Luft (im folgenden als Zuluft-Temperatur bezeichnet) zusätzlich zur Ab luft-Temperatur am Luft-Einlaß der Heizkammer ermittelt, die Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Abluft wird gemessen, um den Temperaturanstieg der Abluft während der Heizzeit zu ermitteln, und der Temperaturanstieg der Abluft wird mit einem festen Bezugswert verglichen, um indirekt die Heizgut-Temperatur zu erfassen, wodurch automatisch die Heizzeit gesteuert wird.

Das zuletzt beschriebene Verfahren wird weniger durch Schwankungen der Umgebungstemperatur als die zuerst erläuterte Methode beeinflußt und führt zu einer verbesserten Meßgenauigkeit der Temperatur des Heizgutes. Dennoch führt das zuletzt beschriebene Verfahren zu einer fehlerhaften Steuerung, wie bei der zuerst erläuterten Methode, wenn der Hochfrequenz-Ofen kontinuierlich periodisch betrieben wird und wenn die Masse des Heizgutes schwankt. Da darüber hinaus die Lagen eines Einlaß-Temperatur-Fühlers und eines Auslaß-Temperatur-Fühlers voneinander beabstandet sind, ist die Zuluft-Temperatur nicht immer gleich der AbIuft-Temperatur, und diese anfängliche Temperaturdifferenz führt zu einem Fehler in der Steuerung.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Hochfrequenz-Ofen anzugeben, der automatisch und genau die Heizzeit für das Heizgut steuern kann, indem der Temperaturanstieg der Abluft während des Heizens exakt ermittelt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei der Erfindung die Abluft-Temperatur unmittelbar vor oder unmittelbar nach Beginn der Erwärmung in einem Speicher gespeichert, der gespeicherte Anfangswert der Abluft-Temperatur wird mit einer Abluft-Temperatur während des folgenden Heiz-

809816/0662

betriebes verglichen« um einen Temperaturanstieg der Abluft während dieses folgenden Heizbetriebes zu erfassen, und die Einspeisung von Hochfrequenz-Energie wird gesteuert, wenn der Temperaturanstieg der Abluft einen vorbestimmten Wert erreicht.

Vorzugsweise wird der voreingestellte Wert für den Temperaturanstieg der Abluft zur Steuerung der Einspeisung der Hochfrequenz-Energie mit fortschreitender Heizzeit schrittweise erhöht.

Die Erfindung sieht also einen Hochfrequenz-Ofen vor, bei dem Hochfrequenz-Energie in eine Heizkammer gespeist wird, die Heizgut enthält. Ein Temperaturfühler erfaßt entweder die Temperatur der Luft in der Heizkammer oder die Temperatur der aus der Heizkammer strömenden Luft, und ein Speicher speichert die erfaßte oder Ist-Lufttemperatur. Wenn die Differenz zwischen der erfaßten Lufttemperatur und der gespeicherten Temperatur einen vorgegebenen Wert erreicht, wird der Betrag der eingespeisten Hochfrequenz-Energie geändert. Der vorgegebene Wert wird mit der Heizzeit geändert, um das Heizgut genauer zu erwärmen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel eines herkömmlichen Hochfrequenz-Ofens mit einer Heiz-Steuervorrichtung,

Fig. 2 Kurven zur Erläuterung der bei der Heiz-Steuerung mit dem Hochfrequenz-Ofen der Fig. 1 auftretenden Fehler,

Fig. 3 Kurven ähnlich wie in Fig. 2,

809816/0662

Fig. 4 ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen Hochfrequenz-Ofens mit einer Heiz-Steuervorrichtung,

Fig. 5 Kurven zur Erläuterung der bei der Heiz-Steuerung mit dem Hochfrequenz-Ofen in Fig. l» auftretenden Fehler,

Fig. 6 einen Hochfrequenz-Ofen mit einer Heiz-Steuervorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 7 Kurven zur Erläuterung der Vorteile des AusfUhrungsbeispiels der Fig. 6,

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Ofens,

Fig. 9 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Heiz-Steuervorrichtungen in den AusfUhrungsbeispielen der Fig. 6 und 8,

Fig. 10 Kurven zur Erläuterung der Vorteile des Ofens nach den Fig. 8 und 9»

Fig. 11 Kurven zur Erläuterung der Vorteile des Ofens nach den Fig. 8 und 9,

Fig. 12 ein gegenüber Fig. 9 abgewandeltes Schaltbild,

Fig. 13 Kurven zur Erläuterung des Betriebs und der Vorteile des Ausführungsbeispiels nach dem Schaltbild der Fig. 12»

809816/0662

-y- 27U878

Pig. 14 ein Schaltbild eines weiteren AusfUhrungsbeispiels der Heiz-Steuervorrichtung in den Ausführungsbeispielen der Fig. 6 und 8, und

Fig. 15 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Heiz-Steuervorrichtung in den Ausführungsbeispielen der Fig. 6 und

Bevor die Erfindung in Einzelheiten näher erläutert wird, sollen zu deren besserem Verständnis zunächst Heiz-Steuervorrichtungen der herkömmlichen Hochfrequenz-Öfen (vgl. oben) beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Hochfrequenz-Ofens mit einer Heiz-Steuervorrichtung. Diese herkömmliche Heiz-Steuerung beruht darauf, daß Heizgut 3 auf einer Unterlage 2 in einer Heizkammer 1 durch Aufnahme von Hochfrequenz-Energie erwärmt wird, die von einer Hochfrequenz-Schwingröhre 4 eingespeist wird, wobei die Temperatur der Luft in der Heiζkammer 1 ansteigt, so daß die Abluft-Temperatur ebenfalls anwächst.

In Fig. 1 wird die Hochfrequenz-Schwingröhre 4 durch eine Stromquelle 6 angesteuert, um das Schwingen zu beginnen und um ihre Hochfrequenz-Ausgangsenergie in die Heizkammer 1 zur Erwärmung des Heizgutes 3 zu führen. Während des Heizens wird ein Belüftungs-Gebläse 7 für die Heizkammer 1 betrieben, so daß Außenluft über einen Einlaß 8 des Hochfrequenz-Ofens angesaugt wird, in die Heizkammer 1 über einen Einlaß 9 der Heizkammer 1 eintritt, um das Heizgut 3 verläuft, über einen Auslaß 10 der Heizkammer aus dieser abgesaugt wird und schließlich durch das Belüftungs-Gebläse 7 aus dem Hochfrequenz-Ofen entfernt wird. Während dieser Umwälzung wird die Temperatur

809816/0662

- r-

der aus der Heizkammer 1 abgesaugten Luft durch einen Auslaß-Temperaturfühler 12 erfaßt, und ein erfaßtes oder Ist-Signal wird zu einem Steuerglied 13 gespeist. Wenn die Auslaß-Temperatur einen vorgegebenen Wert erreicht, schaltet das Steuerglied 13 die Stromquelle 6 ab, so daß die Hochfrequenz-Schwingröhre ¹J das Schwingen unterbricht. Eine Tür 5 der Heizkammer dient zur Zufuhr und zur Abfuhr des Heizgutes 3.

Wenn bei diesem Aufbau die Temperatur des Heizgutes ansteigt, wächst die Auslaß-Temperatur ebenfalls, und daher kann eine vorbestimmte Korrelation zwischen diesen Temperaturanstiegen erhalten werden. Aufgrund einer derartigen Korrelation zwischen der Auslaß-Temperatur und der Heizgut-Temperatur erlaubt das Erfassen der Auslaß-Temperatur eine automatische Heiz-Steuerung.

Diese herkömmliche Heiz-Steuerung hat jedoch die folgenden Nachteile:

(1) Wenn ein periodischer Betrieb des Hochfrequenz-Ofens periodisch wiederholt wird, tritt ein großer Steuerungsfehler auf.

Mit einem Mikrowellen-Ofen einer Hochfrequenz-Ausgangsleistung von 600 W werden 200 cm Wasser (Heizgut) dreimal kontinuierlich von ihrer Anfangetemperatur von 20 ⁰C auf die Siedetemperatur erwärmt (die Aufheizzeit beträgt 2 min und 35 s für jede Heizperiode; das während der vorhergehenden Heizperiode erwärmte Wasser wird durch frisches Wasser innerhalb 10 s ersetzt und die anschließende Aufheizung wird fortgesetzt). Die in Fig. 2 dargestellten Temperaturanstieg-Kennlinien werden für die jeweiligen Auslaß-Temperatur-Kurven a-, a~ und

809816/0662

a, erhalten. Wie aus Fig. 2 folgt, steigt die Auslaß-Temperatur am Beginn des Aufheizens schrittweise an, wenn das kontinuierliche Aufheizen wiederholt wird. Dies beruht darauf, daß die Unterlage 2 und die Wände der Heizkamir.er eine erhöhte Temperatur während des vorhergehenden Aufheizens haben, und die vom Heizgut 3 erzeugte erwärmte oder Heißluft füllt die Heizkammer 1. Auf diese Weise steigt bei einem periodischen kontinuierlichen Betrieb des Ofens die Auslaß-Temperatur am Beginn des Aufheizens an, so daß die Auslaß-Temperatur am Ende jeder Periode (beim obigen Versuch wird das Ende des Aufheizens durch den Zeitpunkt festgelegt, in dem das Wasser zu sieden beginnt, und die Zeitdauer vom Beginn bis zum Ende des Aufheizens beträgt 2 min und 35 s) auch schrittweise ansteigt, wie dies durch T₁, T₂ und T, in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn daher die Heiz-Steuerung so vorgegeben wird, daß das Aufheizen unterbrochen wird, wenn die Auslaß-Temperatur einen vorbestimmten Wert erreicht, z. B. den Wert T₁, dann wird die Aufheizung für die zweite Periode unvollständig. D. h., die Einspeisung von Hochfrequenz-Energie wird unterbrochen, bevor ein gewünschter oder Soll-Heizzustand erreicht ist. Zusätzlich wird vor der dritten Periode das Aufheizen unterbrochen, so daß diese verhindert wird.

(2) Eine unterschiedliche Masse des Heizgutes 3 führt zu einem großen Steuerungsfehler.

Fig. 3 zeigt den Anstieg der Auslaß-Temperatur in Abhängigkeit von der Wasser-Temperatur, wenn Wasser als Heizgut 3 verwendet wird. Als Parameter für die Masse des Wassere entsprechen Kurven a, b und c jeweils 100 cm , 300 cm' und 1000 cm·⁵. Ein vorgegebener Wert der Auslaß-

809816/0662

Temperatur wird so festgelegt, daß das Aufheizen in einem Zeitpunkt abgeschlossen wird, in dem 100 cnr Wasser auf 100 ⁰C aufgeheizt sind. Wegen der Abhängigkeit des Gradienten des Anstiegs der Auslaß-Temperatur bezüglich der Wasser-Temperatur von der Masse des Wassers ist das Aufheizen, das genügt, damit 100 cm* Wasser 100 ⁰C erreichen, nicht ausreichend für 300 cm* Wasser und 1000 cm^ Wasser, so daß jeweils nur 68 ⁰C und 56 ⁰C erreicht werden. Auf diese Weise schwankt die Endtemperatur stark mit der Masse des Wassers, und genaues Aufheizen wird verhindert.

Anhand Fig. k wird im folgenden ein weiteres Beispiel des herkömmlichen Hochfrequenz-Ofens mit einer Heiz-Steuervorrichtung beschrieben. In der Fig. ¹J sind einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Die Heiz-Steuervorrichtung unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 1 dadurch, daß die Temperatur der Außenluft, die in den Hochfrequenz-Ofen über den Einlaß 8 gesaugt wird und die dann bereit ist, in die Heizkammer 1 abgeführt zu werden, durch einen Temperaturfühler 11 erfaßt wird, und ein erfaßtes oder Ist-Signal wird ebenfalls an das Steuerglied 13 abgegeben. Die Differenz in den erfaßten Temperaturen zwischen den Temperaturfühlern 11 und 12 wird als Auslaß-Temperatur-Anstieg während des Aufheizens bestimmt. Wenn der Auslaß-Temperatur-Anstieg einen vorgegebenen Wert erreicht, schaltet das Steuerglied 13 die Stromquelle 6 ab, so daß die Hochfrequenz-Schwingröhre 4 das Schwingen unterbricht.

Diese zweite herkömmliche Heiz-Steuervorrichtung, bei der die Differenz zwischen der Einlaß-Temperatur in die Heizkammer und der Auslaß-Temperatur aus dieser erfaßt wird, um den Auslaß-Temperatur-Anstieg während des Heizens zu bestimmen, und bei der dann das Aufheizen durch diesen Auslaß-Temperatur-Anstieg gesteuert wird,

809816/0662

ist weniger durch Schwankungen in der Umgebungstemperatur als das erste Beispiel beeinflußbar, bei dem der Wert der Auslaß-Temperatur zur Steuerung des Heizens dient, indem lediglich die Auslaß-Temperatur erfaßt wird, und damit wird die Genauigkeit bei der Erfassung der Temperatur des Heizgutes 3 verbessert. Diese zweite Anordnung kann jedoch nicht frei von den oben anhand den Fig. 2 und 3 erläuterten Nachteilen sein. Ein zu Fig. 2 ähnlicher Nachteil wird im folgenden anhand Fig. 5 näher beschrieben. Fig. 5 zeigt Ergebnisse eines Versuches, der unter gleichen Bedingungen wie das Experiment der Fig. 2 durchgeführt wurde, wobei Auslaß-Temperatur-Kurven a_lf a₂ und a, jeweils wie in Fig. 2 für eine erste, eine zweite und eine dritte Heizperiode vorgesehen sind. Diese Kurven a.^_t a,, und a, in Fig. 5 entsprechen offenbar den Kurven in Fig. 2 und steigen mit fortschreitenden Heizperioden nacheinander schrittweise an. Der Grund hierfür wurde bereits oben näher erläutert. Andererseits wird eine Einlaß-Temperatur (Zuluft-Temperatur) b im wesentlichen unabhängig vom Fortschreiten der Heizperioden konstant gehalten. Daher wird die Differenz zwischen der Einlaß-Temperatur und der Auslaß-Temperatur am Beginn des Heizens mit fortschreitender Periode größer, so daß die Differenz zwischen der Einlaß-Temperatur und der Auslaß-Temperatur am Ende des Heizens für jede Periode (der Zeitpunkt des Abschlusses des Aufheizens wird als der Zeitpunkt festgelegt, in dem das Wasser zu sieden beginnt, und die Zeitdauer vom Beginn bis zum Ende des Aufheizens beträgt 2 min und 35 s) schrittweise anwächst, wie dies durch AT₁, ΔΤ₂ und ΔT, in Fig. 5 dargestellt ist. Wenn ein vorgegebener Wert so festgelegt ist, daß das Aufheizen unterbrochen wird, wenn die Differenz zwischen der Einlaß-Temperatur und der Auslaß-Temperatur einen vorbestimmten Wert erreicht, ζ. Β. ΔT₁, dann wird die zweite Periode unvollständig, und vor der dritten Periode wird das Aufheizen unterbrochen, wodurch die

809816/0662

dritte Periode verhindert wird.

Der anhand der Fig. 3 erläuterte Nachteil gilt auch für das zweite Beispiel.

Zu den Nachteilen (vgl. oben) des zweiten Beispieles der Pig. 4 zählt auch die zusätzliche Anordnung des Einlaß Temperatur-Fühlers zum Auslaß-Temperatur-Fühler.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgen den anhand der Fig. 6 näher erläutert, in der ein Hochfrequenz-Ofen mit einer Heiz-Steuervorrichtung dargestellt ist_} wobei einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in den Fig. 1 und ¹I. Der in Fig. 6 schematisch gezeigte Ofen hat einen Speicher lH und einen Vergleicher 15, die ein Steuerglied 13' bilden. Der Vergleicher 15 hat zwei Eingangsanschlüsse 16 und 17. Im Betrieb wird die Temperatur der aus der Heizkammer gesaugten Abluft unmittelbar vor oder nach Beginn des Heizens in jeder Periode durch den Auslaß-Temperatur-Fühler 12 gemessen, d. h. es wird ein Anfangswert der Auslaß-Temperatur ermittelt, und ein erfaßtes Signal wird im Speicher 14 gespeichert. Der Speicher 14 gibt den gespeicherten Anfangswert an den ersten Eingangsanschluß 14 des Vergleichers 15 während der Heiz-Zeitdauer ab.

Wenn dann das Heizgut 3 erwärmt ist, wird eine Auslaß-Temperatur, die aufgrund der vom Heizgut 3 erzeugten Wärme mit der Zeit ansteigt, durch den Auslaß-Temperatur-Fühler 12 erfaßt, und ein dadurch erfaßtes Signal wird zum zweiten Eingangsanschluß 17 des Vergleichers 15 gespeist. Dieser Vergleicher 15 vergleicht nacheinander den gespeicherten Anfangswert der Auslaß-Temperatur mit der Auslaß-Temperatur, die während des Aufheizens erfaßt wird, und wenn eine sich ergebende Temperaturdifferenz einen vorgegebenen Wert erreicht, wird die Stromquelle 6

809816/0662

abgeschaltet, wodurch die Hochfrequenz-Schwingröhre oder -Oszillatorröhre 4 das Schwingen unterbricht.

Wie aus den obigen Erläuterungen folgt, kann der Anstieg der Auslaß-Temperatur fehlerfrei erfaßt werden, indem der Anfangswert der Auslaß-Temperatur gespeichert und mit der Auslaß-Temperatur verglichen wird, die während des Heizens erfaßt wird.

Wenn der kontinuierliche Betrieb des Hochfrequenz-Ofens periodisch wiederholt wird, steigt die Auslaß-Temperatur am Beginn des Aufheizens schrittweise mit fortschreitenden Perioden an. Daher wird zwangsläufig ein großer Steuerungsfehler hervorgerufen, wie dies oben anhand der Fig. 2 und 5 erläutert wurde für die erste herkömmliche Anordnung der Fig. 1, bei der lediglich die Auslaß-Temperatur mit dem festen Bezugswert verglichen wird, um das Aufheizen zu unterbrechen, wenn diese Auslaß-Temperatur den Bezugswert erreicht, und für die zweite herkömmliche Anordnung, bei der die Differenz zwischen der Auslaß-Temperatur und der Einlaß-Temperatur mit einem Bezugswert verglichen wird, um das Aufheizen zu unterbrechen, wenn die se Differenz den Bezugswert erreicht. Dagegen werden bei der Erfindung Auslaß-Temperatur-Anstiege AT₁', ΔΤ ' und Δ T ' bezüglich den Anfangswerten der Auslaß-Temperatur für Aufheizperioden erfaßt, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist (in der Auslaß-Temperatur-Kurven a^, a~ ^und ^a% ^für Aufheizperioden eingetragen sind), und das Aufheizen wird gesteuert, indem diese Auslaß-Temperatur-Anstiege Δ T₁',

Δ T₂ ¹ und Δ T,' mit den gespeicherten Bezugswerten verglichen werden, so daß der Steuerungsfehler aufgrund des kontinuierlichen, periodischen Betriebs des Ofens stark verringert werden kann. Weitere Ausführungen zu den Vorteilen dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung gegenüber dem ersten Beispiel eines herkömmlichen Ofens nach Fig. 1

809816/0662

}0

sind nicht erforderlich. Das gleiche gilt auch für den Vergleich mit dem zweiten Beispiel eines herkömmlichen Ofens.

Trotzdem wurde ein Vergleichsexperiment über den Auslaß-Temperatur-Anstieg zwischen dem obigen Ausführungsbeispiel der Erfindung und dem herkömmlichen Ofen nach Fig. 1 durchgeführt, indem z. B. 200 cm^ Wasser einer Anfangstemperatur von 20 ⁰C auf Siedetemperatur erhitzt wurden. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 1 angegeben. Aus Tabelle 1 folgt, daß die Änderung des Auslaß-Temperatur-Anstiegs für jede Periode des kontinuierlichen Betriebs beträchtlich gering ist, wodurch die Genauigkeit der Steuerung verbessert wird.

Tabelle 1

	Auslaß-Temperatur-Anstieg (⁰C)	2. Periode	3. Periode
Bisher (Fig. 5)	1. Periode	ΔΤ₂ = 11,1»	ΔΤ, = 16,0
Erfindung (Fig. 7)	ΔΤ_χ = 7.2	ΔΤ₂· = 7,1	AT₃' = 6,6
AT₁' = 7.2

Da weiterhin beim obigen Ausführungsbeispiel der Anfangswert der Auslaß-Temperatur als Bezugswert zum Vergleich verwendet wird, kann der nachteilhafte Einfluß der Einlaß-Temperatur auf die Steuerungsgenauigkeit aus-

809816/0662

geschlossen werden, wie z. B. der Einfluß der Differenz zwischen der Einlaß-Temperatur und der Auslaß-Temperatur am Beginn des Aufheizens, der bei der herkömmlichen Anordnung der Pig. 4 beobachtet wird. Theoretisch benötigt dieses Ausführungsbeispiel keinen Einlaß-Temperatur-Fühler, wie z. B. den Fühler H₁ so daß auch der Nachteil ausgeschlossen ist, der auf Unregelmäßigkeiten der physikalischen Eigenschaften des Einlaß-Temperatur-Fühlers 11 beruht.

Beim obigen Ausführungsbeispiel dient ein Thermistor oder ein Thermoelement für den Auslaß-Temperatur-Fühler 12, und es wird ein die durch den Fühler erfaßte Auslaß-Temperatur darstellendes Signal in eine Spannung umgewandelt, die ihrerseits einer Signalverarbeitung ausgesetzt wird. Der Speicher 11 kann ein Analog-Speicher sein, wie z. B. ein Kondensator-Speicher, oder ein Digital-Speicher.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 8 erläutert, in der einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 6. Die in Fig. 8 dargestellte Anordnung hat weiterhin ein Korrekturglied 18. Der Speicher 14 speichert den Anfangswert der erfaßten Auslaß-Temperatur als Bezugswert für den Vergleich mit der Auslaß-Temperatur, die während des Aufheizens erfaßt wird, und das Korrekturglied 18 ändert den gespeicherten Bezugswert mit der Zeit, so daß der Einstellwert für den Auslaß-Temperatur-Anstieg, der zum Unterbrechen des Aufheizens dient, auch schrittweise mit der Heizzeit geändert wird, wodurch der Steuerungsfehler ausgeschlossen wird, der von der Masse des Heizgutes abhängt, wie dies anhand Fig. 3 erläutert wurde.

Fig. 9 zeigt den speziellen Aufbau eines bei diesem

809816/0662

Ausführungsbeispiel verwendeten Steuergliedes 13". In Pig. 9 sind einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 8. Das Steuerglied 13" mit dem in Fig. 9 dargestellten Schaltungsaufbau hat einen Auslaß-Temperatur-Fühler 12 aus einem Thermistor, einen nichtinvertierenden Operationsverstärker 19 (im folgenden als Verstärker bezeichnet), einen Speicher 14 mit einem Kondensator C, ein Korrekturglied aus einem Widerstand R, das in Fig. 8 das Bezugszeichen 18 hat, um den von der Masse des Heizgutes abhängigen Steuerungsfehler zu korrigieren, und einen Vergleicher 15. Wenn der Widerstand R weggelassen wird, kann das Steuerglied mit diesem Aufbau auch für das Steuerglied 13' der Fig. 6 verwendet werden.

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird zunächst eine Schaltungsanordnung anhand der Fig. 6, 9 und IO erläutert, bei der der Widerstand R weggelassen ist. In Fig. 9 teilen ein Widerstand R. und der Auslaß-Temperatur-Fühler 12 eine Spannung einer Gleichspannungsquelle 20, und ein Signal entsprechend einer erfaßten Auslaß-Temperatur wird in einen Eingangsanschluß des Verstärkers 19 gespeist. Eine Ausgangsspannung V_ vom Verstärker 19, die der erfaßten Auslaß-Temperatur entspricht, liegt am zweiten Eingangsanschluß 17 des Vergleichers 15. Die Ausgangsspannung V₁ wird andererseits durch Widerstände R^ und R₁^ geteilt und liegt am Speicher 14, der einen Schalter S und den Kondensator C aufweist. Da der Schalter S unmittelbar vor Beginn des Aufheizens geschlossen ist, lädt die Klemmenspannung V am Widerstand Rj. entsprechend der durch die Widerstände R, und R₁₁ geteilten erfaßten Auslaß-Temperatur-Spannung V₃. den Kondensator C auf. Danach beginnt das Aufheizen im Zeitpunkt t_Q, und der Schalter S öffnet. In diesem Zeitpunkt erreicht die Ladespannung am Kondensator C einen

809816/0662

274A878

Spannungswert V_R, der dem Anfangswert der erfaßten Auslaß-Temperatur entspricht. Die Spannung V_R wurde im Kondensator C gespeichert, und sie wird im wesentlichen dann konstant gehalten, wenn der Korrekturwiderstand R weggelassen ist (vgl. die Strichlinie B in Fig. 10). Diese gespeicherte Spannung V_R wird als Bezugsspannung an den ersten Eingangsanschluß 16 des Vergleichers 15 gelegt.

Der Vergleicher 15 vergleicht die erfaßte Auslaß-Temperatur-Spannung V₁ mit der Bezugsspannung V_R entsprechend dem Anfangswert der Auslaß-Temperatur, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das seinerseits an eine Erregerspule eines Relais RL abgegeben wird. Ein Kontaktstück des Relais RL ist mit der Stromquelle 6 verbunden, die die Hochfrequenz-Schwingröhre 4 versorgt, und wenn das Kontaktstack geöffnet ist, wird der Ausgang der Stromquelle 6 ausgeschaltet, wodurch das Schwingen der Hochfrequenz-Schwingröhre M unterbrochen wird. Bevor das Aufheizen beginnt, wird Vj > V_R mittels eines Spannungsabfalles am Widerstand R, gehalten, damit die Ausgangsspannung des Vergleichers 15 auf einem hohen Wert bleibt, so daß ein Strom durch die Erregerspule des Relais RL zum Schließen des Kontaktstackes geschickt wird, wodurch die Hochfrequenz-Schwingröhre 4 zum Schwingen angeregt wird. Wenn danach das Aufheizen beginnt, steigt die Temperatur der aus der Heizkammer 1 strömenden Luft an, und der Widerstandswert des als Auslaß-Temperatur-Fühler 12 verwendeten Thermistors nimmt schrittweise ab. In Abhängigkeit hiervon nimmt die Eingangsspannung des Verstärkers 19 ab, und die durch den Verstärker 19 verstärkte erfaßte Auslaß-Temperatur-Spannung V₁ wird ebenfalls schrittweise verringert. Gegebenenfalls bleibt im Zeitpunkt t^_t in dem die Auslaß-Temperatur auf einen vorbestimmten Wert bezüglich des vor dem Aufheizen erreichten Anfangswertes angestiegen ist, V₁ < V_R. Folglich wird die Ausgangsspannung des Vergleichers 15 von

809816/0662

einem hohen Wert auf einen niederen Wert umgekehrt, um den durch die Spule des Relais RL fließenden Strom zu verringern, so daß das Kontaktstück geöffnet wird, wodurch die Hochfrequenz-Schwingröhre ¹J das Schwingen unterbricht.

Entsprechend dem oben erläuterten Betrieb wird der gespeicherte Anfangswert der Auslaß-Temperatur nacheinander mit der während des Aufheizens erfaßten Auslaß-Temperatur verglichen, um den Zeitpunkt zu bestimmen, in dem der sich ergebende Temperatur-Bezugswert den eingestellten Wert erreicht, wodurch das Aufheizen mittels des Anstiegs der Auslaß-Temperatur gesteuert wird.

Wenn nebenbei der eingestellte Wert des Auslaß-Temperatur-Anstiegs zum Unterbrechen des Schwingens der Hochfrequenz-Schwingröhre konstant gehalten wird, entsteht ein großer Fehler in der Endtemperatur abhängig von der Masse des Heizgutes, wie dies anhand Fig. 3 erläutert ist.

Auf diese Weise sind die Anordnungen der Fig. 8 und 9 mit dem Korrekturglied versehen. Das Signal entsprechend dem Anfangswert der erfaßten Auslaß-Temperatur, die im Speicher 1Ί gespeichert ist, dient als Bezugswert für den Vergleich mit der Auslaß-Temperatur, die während des Aufheizens erfaßt wird, und der gespeicherte Bezugswert V_R wird mit der Zeit durch das Korrekturglied 18 der Fig. 8 bzw. dem Widerstand R der Fig. 9 geändert, so daß der eingestellte Wert des Auslaß-Temperatur-Anstiegs, der zum Unterbrechen des Aufheizens dient, schrittweise mit der Heizzeit vergrößert wird, wodurch Fehler in der Aufheizsteuerung aufgrund Schwankungen der Masse des Heizgutes korrigiert werden.

Der Betrieb des Korrekturgliedes wird im folgenden anhand Fig. 11 näher erläutert. In Fig. 11 sind mit Wasser

809816/0662

2$

als Heizgut über der geeigneten Heizzeit die Bezugsspannung V_R am ersten Eingangsanschluß 16 des Vergleichers 15 und die erfaßte Auslaß-Temperatur-Spannung V₁ am zweiten Eingangsanschluß 17 des Vergleichers 15 aufgetragen. Die geeignete Heizzeit bedeutet hier die Zeit, die benötigt wird, damit Wasser mit unterschiedlicher Masse von 20 ⁰C Anfangstemperatur zum Sieden kommt.

In Pig. 11 zeigen Punkte W₁, W₃, W₅, w und w_1Q jeweils die gemessenen Zeitpunkte, in denen 100 cm⁵, 200 cm , 300 cm·*, 500 cm^ und 1000 cnr Wasser bis zum Sieden erwärmt wurden, sowie die entsprechende erfaßte Auslaß-Temperatur-Spannung V^. Eine Vollinie A, die durch diese Punkte w., w_, w, ... W₁₀ verläuft, gibt die Änderung der erfaßten Auslaß-Temperatur-Spannung Vj an. Wie aus der obigen Beschreibung folgt, entspricht die erfaßte Auslaß-Temperatur-Spannung Vj dem Auslaß-Temperatur-Anstieg. Daher kann der Vollinie A entnommen werden, daß der eingestellte Wert, der den geeigneten Auslaß-Temperatur-Anstieg angibt, mit der Masse des Heizgutes geändert werden sollte, um geeignetes Aufheizen fUr das einzelne Heizgut zu erzielen. Anhand Fig. soll ein Fall betrachtet werden, in dem z. B. 100 cnr Wasser auf die Siedetemperatur erhitzt werden sollen. Aus Fig. 11 folgt, daß durch Einstellen der Bezugsspannung V_R auf 4,9 V, um das Aufheizen zu unterbrechen, wenn die von 5,2 V ausgehende Spannung V₁ auf 4,9 V abfällt, eine Heizzeit von 1 min und 20 s das Heizgut auf die gewünschte End- oder Siedetemperatur bringt. Wenn auf ähnliche Weise 500 cm·' Wasser auf die Siedetemperatur erwärmt werden sollen, wird eine erfaßte Auslaß-Temperatur-Spannung V₁ von 1,1V benötigt, um das Aufheizen zu unterbrechen, und durch Einstellen der Bezugsspannung V_R auf 4,1 V kann das Aufheizen gerade unterbrochen werden, wenn die Temperatur des Wassers die Siedetemperatur erreicht, was 5 min und 36 s benötigt.

809816/0662

- fS - 27A4878

Wie oben erläutert wurde, wird für eine größere Wassermasse die geeignete Heizzeit verlängert, und die Änderung der erfaßten Auslaß-Temperatur-Spannung V₁ wird erweitert. Daher können die Änderungen oder Schwankungen der Endtemperatur aufgrund der Wassermasse verringert werden, indem der eingestellte Wert des Auslaß-Temperatur-Anstiegs erhöht wird, der zum Unterbrechen des Aufheizens entsprechend der vergrößerten Wassermasse benötigt wird, d. h. durch Ändern der Bezugsspannung V_R mit der Zeit entsprechend der Änderung der Spannung V₁, die durch die Vollinie A in Fig. 11 gezeigt ist. Die Bezugsspannung V_R sollte im günstigsten Fall auf der Linie A geändert werden. In dieser Hinsicht ist die Linie A eine ideale Korrekturkurve für die Bezugsspannung V_R. Dies wird im folgenden anhand Fig. 10 näher erläutert. Im Zeitpunkt t (Fig. 10), in dem das Aufheizen beginnt, bleibt auch V_ > V_R, und damit ist das Relais RL erregt, so daß die Hochfrequenz-Schwingröhre ¹J schwingt. Mit fortschreitendem Aufheizen nimmt V₁ ab, und V_R nimmt ebenfalls ab (wie durch eine Strichlinie C angedeutet). Da die Abfallgeschwindigkeit von V₁ größer als von V_R ist, liegt im Zeitpunkt tp, in dem die geeignete Heiztemperatur erzielt wird, V_ < V_R vor, wodurch das Relais RL entregt wird.

Die Bezugsspannung V_R kann einfach mittels der Ladeoder Entladeeigenschaften eines Kondensators korrigiert werden. Ein Beispiel ist in Fig. 9 angegeben. Um die Abnahme der Klemmenspannung am Kondensator C durch Entladen zu verwenden, ist der Widerstand R hinzugefügt, so daß ein Entladekreis für den Kondensator C entsteht, durch den dieser absichtlich entladen wird. Wie oben erläutert wurde, ist der Schalter S geöffnet, wenn das Aufheizen beginnt, und die bisher im Kondensator C gespeicherten elektrischen Ladungen werden schrittweise über den Widerstand R entladen, so daß die Klemmenspannung am Kondensa-

809816/0662

27U878 Si?

tor C, d. h. die Bezugsspannung V_R, mit der Zeit abgeschwächt wird. Durch Auswahl einer geeigneten Entlade-Zeitkonstanten kann eine angenäherte Korrekturkurve für die Bezugsspannung V_R erhalten werden. Eine Strichlinie B in Fig. 11 entspricht der Bezugsspannung V_R ohne Korrektur, und die Strichlinie B ändert sich mit der Zeit nicht. Eine Strichlinie C entspricht andererseits der Bezugsspannung V_R, wenn eine angenäherte Korrektur mittels des Korrekturgliedes der Fig. 9 vorgesehen ist. Die Annäherung der Korrekturkurve C an die ideale Kurve (Vollinie A₁ die die Änderung von V. darstellt, oder Kurven, die auf einer im wesentlichen parallelen Verschiebung der Vollinie A beruhen) ist an sich gering, jedoch haben Versuche gezeigt, daß die Abweichung von der angestrebten Endtemperatur von 100 ⁰C für 300 cm' bis 1000 cm⁵ Wasser auf 8 ⁰C mit Korrektur (23 ⁰C ohne Korrektur) verringert ist, was einen beträchtlichen Vorteil darstellt. Tatsächlich wird erwartet, daß die Abweichung der Endtemperatur aufgrund der Wassermasse für praktische Zwecke vernachlässigbar wird, wenn die Annäherung der Korrekturkurve vorangetrieben wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß das Ausführungsbeispiel der Fig. 9 bedeutende Vorteile über seinen einfachen Aufbau hinaus ermöglicht. Ein einzelner Kondensator des Ausführungsbeispiels dient nicht nur als Speicherkondensator des Speichers 14, um die Änderung aufgrund des kontinuierlichen Betriebs des Hochfrequenz-Ofens zu beherrschen, sondern auch als Korrekturkondensator zum Schutz gegenüber Schwankungen aufgrund der Nasse des Heizgutes, was auf den Entladeeigenschaften des Kondensators beruht. Der Schalter S, der Kondensator C und der Widerstand R sind für den Speicher IM und das Korrekturglied 18 ausreichend, und das Beifügen des Korrekturgliedes ist nicht aufwendig.

809816/0662

Im allgemeinen begegnet ein Kondensatorspeicher wegen der Dämpfung oder Schwächung gespeicherter Information aufgrund der Entladung des Kondensators Schwierigkeiten, und es treten insbesondere Probleme auf, wenn eine Langzeit-Speicher funkt ion benötigt wird. Die Erfindung nützt jedoch diese Probleme des Kondensatorspeichers in vorteilhafter Weise aus und verwendet in voller Absicht das Entladen des Kondensators. Damit kann der Speicher Ik als Kondensatorspeicher mit geringem Aufwand hergestellt werden. Außerdem kann der Kondensator C eine kleine Kapazität haben, was den Herstellungsaufwand weiterhin senkt. Oben wurde davon ausgegangen, daß der Schalter S im Zeitpunkt t ausgeschaltet ist, zu dem das Heizen beginnt; der Schalter S kann jedoch auch so angeordnet sein, daß er unmittelbar vor Beginn des Aufheizens oder nach Ablauf einer gegebenen Zeit nach dem Zeitpunkt t ausgeschaltet ist.

Im folgenden wird anhand Fig. 12 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig. 9 näher erläutert. In Fig. 12 sind einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 9. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 9» bei dem der Schalter S für den Speicher 14 vorgesehen ist, hat die Schaltung in Fig. 12 eine Diode D anstelle des Schalters S und zusätzlich einen Schalter S zum Schalten der Gleichspannungsquelle 20. In Fig. 9 hat der Schalter S insbesondere ein Schalter-Bauelement, wie z. B. ein herkömmliches Relais, und ein Schalter-Bauelement-Ansteuerglied mit einem Zeitgeber zum Zeit-Einstellen des Speichers. Nachdem so das Relais zum Schließen des Schalters S erregt und danach die eingestellte Zeit erreicht wurde, wird das Relais automatisch entregt, um den Schalter S auszuschalten. Die Diode D der Fig. 12 erfüllt die Funktion des Schalters S der Fig. 9. Insbesondere wird beim Ausführungsbeispiel der Fig. 12 die Spannung entsprechend der Auslaß-Temperatur

809816/0662

am Beginn des Aufheizens an den Kondensator C über die Diode D gelegt, jedoch nimmt der Diodenstrom abhängig vom Ladegrad des Kondensators C und/oder dem Auslaß-Temperatur-Anstieg ab, so daß die Diode D ausgeschaltet wird, und in diesem Zeitpunkt wurde der Anfangswert der erfaßten Auslaß-Temperatur im Kondensator C gespeichert.

Im folgenden wird der Betrieb des geänderten AusfUhrungsbeispiels (Fig. 12) ohne den Korrekturwiderstand R erläutert. Wenn im Betrieb das Aufheizen beginnt, ist der Schalter S₁ geschlossen, um eine Spannung der Gleichspannungsquelle an die Heiz-Steuerschaltung zu legen. Die erfaßte Auslaß-Temperatur-Spannung V₁ wird durch die Widerstände R, und R₁₁ geteilt, um eine Teilspannung V zu erzeugen, die ihrerseits den Kondensator C Über die Diode D auflädt. Die Ladespannung V_D des Kondensators C dient als Bezugsspannung für den Vergleicher 15· Die Fig. 13 zeigt entsprechend der Fig. 10 die Beziehungen zwischen den Spannungen V_T, V und V_n.

J-P It

Bis die Ladespannung V_R des Kondensators C gesättigt ist oder einen Maximalwert im Anschluß an den Beginn des Aufheizens im Zeitpunkt t und beim Schließen des Schalters S. erreicht (vgl. Fig. 13), liegt der Ladestrom durch die Diode D vor, und damit steigt die Spannung V_R mit wachsender Spannung V an. Wenn das Laden des Kondensators C fortschreitet, nimmt der Ladestrom durch die Diode D entsprechend ab. Wenn nun angenommen wird, daß die Zeitkonstante zum Laden des Kondensators C (die angenähert vom Widerstand R, und Kondensator C abhängt) ausreichend klein ist, dann fällt in einem Zeitpunkt, in dem die Ladespannung V_R des Kondensators C den Maximalwert zum Abschluß des Ladens erreicht, der Ladestrom durch die Diode D auf Null ab, um dadurch diese auszuschalten. Andererseits nimmt die Spannung Vj schrittweise mit steigender Auslaß-Temperatur ab, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist,

809816/0662

Demgemäß nimmt die Spannung V mit Verringerung von V, nach Erreichen eines Maximalwertes ab, und wenn die Zeitkonstante zum Laden des Kondensators C groß ist, nimmt die Differenz zwischen V und V_R (d. h. die Spannung an der Diode D) schrittweise ab, um die Diode D letztlich auszuschalten. Auf diese Weise wird die Diode D abhängig vom Ladegrad des Kondensators C und/oder dem Auslaß-Temperatur-Anstieg in einen ausgeschalteten Zustand gebracht.

Wenn in diesem Fall der Korrekturwiderstand R weggelassen wird, bleibt die Spannung V_R nach Erreichen des Maximalwertes im wesentlichen konstant (vgl. die Strichlinie B in Fig. 13). Folglich wird eine Auslaß-Temperatur im Zeitpunkt t ', in dem die Spannung V_R den Maximalwert erreicht, im Kondensator C gespeichert. Da die Lade-Zeitkonstante für den Kondensator C so klein gewählt ist, daß die speichernde Zeit t ' unmittelbar nach dem Heizbeginn-Zeitpunkt t eingestellt wird, kann die Spannung V_R entsprechend dem Anfangswert der Auslaß-Temperatur im Kondensator C gespeichert werden. Die so gespeicherte Spannung V_R liegt als Bezugsspannung am ersten Eingangsanschluß 16 des Vergleichers 15, wie dies beim obigen Ausführungsbeispiel erläutert wurde. Mit fortschreitendem Aufheizen bleibt V₁ < V_R im Zeitpunkt t* auf ähnliche Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 9, wodurch das Aufheizen unterbrochen wird.

Die Aufheiz-Steuerung wurde oben anhand der Fig. 12 unter der Bedingung erläutert, daß der Korrekturwiderstand R weggelassen ist. Wenn der Korrekturwiderstand R vorgesehen ist, kann eine Korrektur für Schwankungen aufgrund der Masse des Heizgutes auf ähnliche Weise wie beim Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 9 erzielt werden. Insbesondere bleibt eine in Fig. 13 durch eine Strichlinie C angegebene korrigierte Bezugsspannung V_R im Zeitpunkt t~

809816/0662

in einem Zustand V₁ > V_R, so daß nicht vor dem Zeitpunkt t₂ der Zustand V₁ < V_R vorliegt, um das Aufheizen zu unterbrechen. Die Korrektur durch den Widerstand R wird weiter nicht näher erläutert.

Da bei diesem geänderten AusfUhrungsbeispiel ein Kondensator als Speicher-Bauelement zum Speichern des Anfangswertes der erfaßten Auslaß-Temperatur und eine Diode als Abtast-Schalter vorgesehen sind, wird kein Schalter-Ansteuerglied mit einem Zeitgeber zum Einstellen der Speicher-Zeit benötigt, und der Speicher kann aus der einzigen Diode und dem einzigen Kondensator bestehen. Daher ist die Aufheiz-Steuerung bei diesem geänderten Ausführungsbeispiel besonders einfach, was einen geringen Aufwand, einen niedrigen Leistungsverbrauch und eine Miniaturisierung ermöglicht.

Fig. 14 zeigt ein weiteres geändertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aufheiz-Steuerung. In Fig. 14 sind einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den Fig. 9 und 12. Die Schaltungsanordnung der Fig. 14 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 9 dadurch, daß anstelle des Widerstandes FL der Fig. 9 ein Thermistor 21 vorgesehen ist, daß ein Stellwiderstand 22 zwischen den Widerständen R, und Rl liegt, und daß eine Gleichspannungsquelle zwischen Masse und der Parallelschaltung aus dem Kondensator C und dem Widerstand R angeordnet ist. Dieses Ausführungsbeispiel hat u. a. die folgenden drei Vorteile:

(1) Schwankungen in der Umgebungstemperatur des Hochfrequenz-Ofens führen zu Schwankungen der Auslaß-Temperatur vor Beginn des Aufheizens. Aus diesem Grund ändert sich der Widerstandswert des Thermistors 12, der als Auslaß-Temperatur-Fühler beim AusfUhrungsbeispiel der Fig. 9 dient, mit der Umgebungstemperatur, wodurch

809816/0662

sich die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung des Verstärkers 19 ändern. Der normale Betriebsbereich des als linearer Verstärker arbeitenden Verstärkers 19 muß ausreichend erweitert werden, da sonst der Arbeitspunkt mit der Umgebungstemperatur schwankt und der Verstärker in anormalem Zustand im ausgeschalteten Bereich oder im gesättigten Bereich arbeitet. Dies erfordert eine hohe Versorgungsspannung für den Verstärker 19, was zu vergrößertem Leistungsverbrauch und gestiegenem Aufwand für die Schaltungsbauelemente führt. Weiterhin schwankt die Ladespannung V_R des Kondensators mit der Umgebungstemperatur, so daß die Klemmenspannung am Kondensator, d. h. die Bezugsspannung V_R, durch das Entladen des Kondensators bei verschiedenem Gradienten der Dämpfungskennlinie abnimmt. Folglich schwankt der eingestellte Wert für den Auslaß-Temperatur-Anstieg, der zum Unterbrechen des Aufheizens dient, mit der Umgebungstemperatur, was zu einer fehlerhaften Steuerung führt (je niedriger die Umgebungstemperatur ist, desto höher wird der Anfangswert der Bezugsspannung V_R. Demgemäß wird der eingestellte Wert für den Auslaß-Temperatur-Anstieg erhöht).

Fig. Ik zeigt einen Weg zur Überwindung dieses Problems, wobei ein Thermistor als Umgebungstemperatur-Kompensier-Temperatur-Fühler 21 verwendet wird, und die Spannung der Gleichspannungsquelle 20 wird durch den Temperatur-Fühler 21 und den Auslaß-Temperatur-Fühler 12 geteilt. Dieser Umgebungstemperatur-Kompensier-Temperatur-Fühler 21 kann auf einem Zuluft-Durchgang der Heiζkammer oder in der Nähe einer (nicht dargestellten) Belüftungsöffnung liegen, die in das Steuerpult des Hochfrequenz-Ofens eingebracht ist, und er erfaßt die Umgebungstemperatur. Der Umgebungstemperatur-Kompensier-Temperatur-Fühler 21 und der Auslaß-Temperatur-Fühler 12 erfassen die gleiche Schwankung oder Änderung der Umgebungstemperatur, so daß

809816/0662

bei Verwendung paarweiser Thermistoren mit gleichen Eigenschaften für die beiden Temperatur-Fühler die Eingangsspannung des Verstärkers 19 der Pig. 14 unabhängig von der Umgebungstemperatur vor Beginn des Aufheizens im wesentlichen konstant gehalten wird. Danach nimmt mit fortschreitendem Aufheizen die erfaßte Temperatur des Auslaß-Temperatur-Fühlers 12 schrittweise mit dem Auslaß-Temperatur-Anstieg zu, wogegen die erfaßte Temperatur des Umgebungstemperatur-Kompensier-Temperatur-Fühlers 21 während des Aufheizens im wesentlichen unverändert bleibt. Daher können Schwankungen im Arbeitspunkt des Verstärkers 19 aufgrund Schwankungen der Umgebungstemperatur und die sich ergebenden Schwankungen im eingestellten Wert für den Auslaß-Temperatur- Anstieg kompensiert werden.

Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel der Auslaß-Temperatur-Fühler 12 und der Umgebungstemperatur-Kompensier-Temperatur-Fühler 21 aus Thermistoren bestehen, können auch andere temperaturempfindliche Halbleiter-Bauelemente als Thermistoren verwendet werden.

(2) Die geeignete Aufheiz-Temperatur hängt etwas von der Art des Heizgutes ab. Auch gibt es für Nahrungsmittel bestimmte, vom Geschmack abhängige Temperaturen. Aus diesem Grund sollte die Endtemperatur des Heizgutes einstellbar sein. Wie in Fig. 14 dargestellt ist, kann die Endtemperatur des Heizgutes eingestellt werden, indem der eingestellte Wert für den Auslaß-Temperatur-Anstieg veränderlich gemacht wird, der zum Unterbrechen des Aufheizens dient. In Fig. 14 wird die Spannung entsprechend dem Anfangswert der erfaßten Auslaß-Temperatur im Kondensator C gespeichert, und diese gespeicherte Spannung dient als Bezugsspannung V«, die an den Vergleicher 15 abgegeben wird. Wenn demgemäß die an den Kondensator gelegte Spannung V mittels des Temperatureinstell-Stellwiderstandes 22 geändert wird, ändert sich die Bezugsspannung V_R, und dann wird die Differenz zwischen der erfaßten Auslaß-Temperatur-Spannung V₁ am Be-

809816/0662

3*

ginn des Aufheizens und der Bezugsspannung V_R ebenfalls geändert. Auf diese Weise kann der eingestellte Wert für den Auslaß-Temperatur-Anstieg geändert bzw. eingestellt werden.

In Fig. l¹» wird die Ladespannung V für den Kondensator C durch den vor dem Schalter S vorgesehenen Stellwiderstand 22 eingestellt. Alternativ kann in Fig. 15 die Ladespannung des Kondensators C durch einen Stellwiderstand 24 eingestellt werden« um die Bezugsspannung V_R zu ändern. Bei dem in Fig. 15 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch z. B. ein Puffer 25 mit Verstärkungsfaktor 1 erforderlich, um Schwankungen der Entladeeigenschaften des Kondensators C aufgrund der Zuschaltung des Einstellgliedes zu verhindern.

(3) Wiederholtes kontinuierliches Aufheizen steigert den Anfangswert der erfaßten Auslaß-Temperatur in großem Ausmaß und sättigt im Extremfall den Auslaß-Temperatur-Anstieg. Bei einer Sättigung ist die Auslaß-Temperatur-Anstieg-Kennlinie so abgeflacht, daß der Auslaß-Temperatur-Anstieg nicht den eingestellten Wert erreichen kann, der zum Unterbrechen des Aufheizens benötigt wird. Wenn das Aufheizen unter dieser Bedingung fortdauert, kann ein gefährlicher Zustand eintreten, indem das Heizgut angebrannt oder verbrannt wird.

Die in Fig. 14 dargestellte Schaltungsanordnung verhindert diese Gefahr. Insbesondere hat dieses geänderte Ausführungsbeispiel eine Gleichspannungsquelle 23 zwischen Masse und der Parallelschaltung aus dem Speicherkondensator C und dem Widerstand R. Die Gleichspannungsquelle 23 verhindert, daß die Bezugsspannung V_R unter ihren Spannungswert abfällt, wodurch eine untere Grenze für die Dämpfung der Bezugsspannung V_R gebildet wird. Dagegen ist die Auslaß-Temperatur (nicht der Auslaß-Temperatur-Anstieg) mit

809816/0662

einer oberen Grenze versehen, so daß die Gefahr aufgrund eines Überhitzens verhindert werden kann. Diese zusätzliche Gleichspannungsquelle 23 verzögert auch die Dämpfung der Bezugsspannung V- und vergrößert so die scheinbare Entladezeit-Konstante.

Wie oben erläutert wurde, wird bei der Erfindung der Anfangswert der erfaßten Auslaß-Temperatur gespeichert, und der gespeicherte Anfangswert wird mit der Auslaß-Temperatur verglichen, die während des Aufheizens erfaßt wird, um konstant und genau den Auslaß-Temperatur-Anstieg zu bestimmen, der seinerseits zur Steuerung des Aufheizens dient, wodurch Steuerungsfehler aufgrund Schwankungen in der Anfangs-Auslaß-Temperatur stark verringert werden, die sonst auftreten, wenn der Hochfrequenz-Ofen kontinuierlich und periodisch betrieben wird. Weiterhin wird proportional zur Verlängerung der Aufheiz-Zeit der eingestellte Wert für den zum Unterbrechen der Schwingung der Hochfrequenz-Schwingröhre verwendeten Auslaß-Temperatur-Anstieg erhöht, um so Steuerungsfehler aufgrund Schwankungen der Masse des Heiζgutes zu korrigieren. Daher kann die Genauigkeit in der Erfassung der Heizgut-Temperatur gegenüber herkömmlichen Heiz-Steuerungen verbessert werden, wodurch eine Abweichung von der Endtemperatur wesentlich verringert und ein geeignetes automatisches gesteuertes Aufheizen ermöglicht werden.

Während bei den obigen verschiedenen Ausführungsbeispielen die Temperatur der aus der Heizkammer strömenden Luft erfaßt wird, ist die Erfindung auch auf einen Fall anwendbar, bei dem die Temperatur der Luft in der Heizkammer ermittelt wird. In diesem Fall ist es erforderlich, den Temperatur-Fühler von der Hochfrequenz-Energie mittels eines Schirmes für elektromagnetische Wellen abzuschirmen.

Das Belüftunge-Gebläse 7 dient bei den obigen Aus-809816/0662

führungsbeispielen zum Umwälzen der Luft in der Heizkammer; die Luft kann jedoch auch durch natürliche Konvektion ohne das Belüftungs-Gebläse umgewälzt werden, ohne die Vorteile der Erfindung zu beeinträchtigen.

Weiterhin unterbricht bei den obigen Ausführungsbeispielen die Hochfrequenz-Schwingröhre das Schwingen, wenn der Auslaß-Temperatur-Anstieg den vorgegebenen Wert erreicht; die Erfindung kann jedoch auch so ausgestaltet sein, daß der Betrag der Hochfrequenz-Energie ab- oder zunimmt, während das Aufheizen fortdauert.

809816/0662

Leerseite

Claims

Ansprüche ;

Hochfrequenz-Ofen zum Aufheizen von Heizgut mittels Hochfrequenz-Energie,

mit einer Heizkammer fUr das Heizgut, mit einem Hochfrequenz-Generator,

mit einer Einrichtung zum Einspeisen der Hochfrequenz-Energie des Hochfrequenz-Generators in die Heizkammer, und

mit einem ersten Temperatur-Fühler zum Erfassen der Temperatur der Luft in der Heizkammer oder der Abluft aus der Heizkammer,

gekennzeichnet durch

einen Speicher (I¹O zum Speichern der vom ersten Temperatur-Fühler (12) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt erfaßten Temperatur,

einen Vergleicher (15) zum Vergleichen der vom ersten Temperatur-Fühler (12) erfaßten Temperatur mit dem im Speicher (14) gespeicherten Wert, und

ein Steuerglied (13*) zum Steuern der Einspeisung der Hochfrequenz-Energie vom Hochfrequenz-Generator (Ί) entsprechend dem Ausgangssignal des Vergleichers (15) (Fig. 6).

2. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein Korrekturglied (18) zur Korrektur der Aufheiz-Zeit durch Andern des im Speicher (14) gespeicherten Wertes im Verlauf der Aufheiz-Zeit (Fig. 8).

3. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Temperatur-Fühler (12) ein elektrisches Signal einer sich mit steigender erfaßter Temperatur ändernder Spannung abgibt,

809816/0662

daß der Speicher (14) einen Kondensator (C) und eine Einrichtung aufweist, die das elektrische Signal für eine vorbestimmte Zeitdauer an den Kondensator (C) legt, und

daß der Vergleicher (15) einen ersten Eingangsanschluß für das elektrische Signal und einen zweiten Eingangsanschluß für eine Lade-Spannung des Kondensators (C) hat und diese beiden Eingangssignale vergleicht, um das Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen einen vorbestimmten Wert erreicht (Fig. 9, 12, 14).

4. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Temperatur-Fühler (12) ein elektrisches Signal einer sich mit steigender erfaßter Temperatur ändernder Spannung abgibt,

daß der Speicher (14) aufweist: einen Spannungsteiler (R,, R₁.) zum Teilen der Spannung des elektrischen Signales, um eine Teilspannung abzugeben, die um einen vorbestimmten Bruchteil von der Spannung des elektrischen Signales verringert ist,
einen Kondensator (C), und

eine Einrichtung zum Anlegen der Teilspannung an den Kondensator (C) für eine vorbestimmte Zeitdauer, und

daß der Vergleicher (15) einen ersten Eingangsanschluß für das elektrische Signal und einen zweiten Eingangsanschluß für die Lade-Spannung des Kondensators (C) hat und die beiden Eingangssignale vergleicht, um das Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen einen vorbestimmten Wert erreicht (Fig. 9, 12, 14).

809816/0662

27U878 3

5. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Temperatur-Fühler (12) ein elektrisches Signal einer sich mit steigender erfaßter Temperatur ändernder Spannung abgibt,

daß der Speicher (14) aufweist: einen Kondensator (C),

eine Einrichtung, die das elektrische Signal für eine vorbestimmte Zeitdauer an den Kondensator (C) legt, und

einen Spannungsteiler (R,, R^) zum Teilen einer Lade-Spannung des Kondensators (C), um eine Teilspannung abzugeben, die um einen vorbestimmten Bruchteil von der Lade-Spannung verringert ist, und daß der Vergleicher (15) einen ersten Eingangsanschluß für das elektrische Signal und einen zweiten Eingangsanschluß für die vom Spannungsteiler (R_, R₁₄) abgegebene Teilspannung hat und die beiden Eingangssignale vergleicht, um das Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen einen vorbestimmten Wert erreicht (Fig. 9» 12, 14).

6. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Temperatur-Fühler (12) ein elektrisches Signal einer sich mit steigender erfaßter Temperatur ändernder Spannung abgibt, daß der Speicher aufweist: einen Kondensator (C), und

eine Einrichtung zum Anlegen des elektrischen Signales an den Kondensator (C) für eine vorbestimmte Zeitdauer,

daß das Korrekturglied (13") eine Entladeeinrichtung zum Entladen des Kondensators (C) mit einer vorbestimmten

809816/0662

Entlade-Zeitkonstanten hat, und

daß der Vergleicher (15) einen ersten Eingangsanschluß für das elektrische Signal und einen zweiten Eingangsanschluß für die Lade-Spannung des Kondensators (C) hat und die beiden Eingangssignale vergleicht, um das Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen einen vorbestimmten Wert erreicht.

7. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Temperatur-Fühler (12) ein elektrisches Signal einer sich mit steigender erfaßter Temperatur ändernder Spannung abgibt,

daß der Speicher (1*0 aufweist: einen Spannungsteiler (R,, R₁.) zum Teilen der Spannung des elektrischen Signales, um eine Teilspannung abzugeben, die um einen vorbestimmten Bruchteil von der Spannung des elektrischen Signales verringert ist, einen Kondensator (C), und

eine Einrichtung zum Anlegen der Teilspannung an den Kondensator (C) für eine vorbestimmte Zeitdauer,

daß das Korrekturglied (13") eine Entladeeinrichtung zum Entladen einer Ladung aus dem Kondensator (C) mit einer vorbestimmten Entlade-Zeitkonstanten hat, und

daß der Vergleicher (15) einen ersten Eingangsanechluß für das elektrische Signal und einen zweiten Eingangsanschluß für die Lade-Spannung des Kondensators (C) hat und die beiden Eingangssignale vergleicht, um das Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen einen vorbestimmten Wert erreicht.

809818/0662

27AA878

8. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Temperatur-Fühler (12) ein elektrisches Signal einer sich mit steigender erfaßter Temperatur ändernder Spannung abgibt,

daß der Speicher (14) aufweist: einen Kondensator (C),

eine Einrichtung zum Anlegen des elektrischen Signales an den Kondensator (C) für eine vorbestimmte Zeitdauer, und

einen Spannungsteiler (R,> Rh) zum Teilen der Lade-Spannung des Kondensators (C), um eine Teilspannung abzugeben, die um einen vorbestimmten Bruchteil von der Lade-Spannung des Kondensators (C) verringert ist,

daß das Korrekturglied (13") eine Entladeeinrichtung zum Entladen des Kondensators (C) mit einer vorbestimmten Entlade-Zeitkonetanten aufweist, und

daß der Vergleicher (15) einen ersten Eingangsanschluß für das elektrische Signal und einen zweiten Eingangsanschluß für die vom Spannungsteiler (R,, Rj.) abgegebene Teilspannung hat und die beiden Eingangssignale vergleicht, um das Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen einen vorbestimmten Wert erreicht.

9· Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß das Steuerglied (13") ein elektromagnetisches Relais (RL) hat, das durch das Ausgangssignal des Vergleichers (15) betätigbar ist, um die Einspeisung der Hochfrequenz-Energie zu steuern (Fig. 9).

10. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 1 oder 3 oder 6,

809816/0662

dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Temperatur-Fühler (12) einen Thermistor hat.

11. Hochfrequenz-Ofen nach einem der Ansprüche *», 5» 7 und

dadurch gekennzeichnet,

daß der Spannungsteiler (R , R₁₁) einen Stellwiderstand (22) zum Verändern des Verhältnisses der Teilspannung hat (Fig. Ik).

12. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Anlegen des elektrischen Signales an den Kondensator (C) ein Zeit-Relais (RL) hat, das bei Erregung das elektrische Signal in den Kondensator (C) speist und eine vorbestimmte Zeitdauer nach der Erregung unterbricht.

13. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 3 oder 6, gekennzeichnet durch

einen zweiten Temperatur-Fühler (21) außerhalb der Heizkammer (1), der dem ersten Temperatur-Fühler (12) zur Kompensation von Schwankungen des elektrischen Signales aufgrund Schwankungen in der Temperatur der Zuluft in die Heizkammer (1) zugeordnet ist (Fig. I¹O.

I¹J. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch

einen zweiten Thermistor (21) außerhalb der Heizkammer (1), der zum ersten Thermistor (12) in Reihe liegt, um Schwankungen des elektrischen Signales aufgrund Schwankungen in der Temperatur der Zuluft in die Heizkammer (1) zu kompensieren (Fig. Ik).

809816/0662

15. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Entladeeinrichtung einen Widerstand (R) mit vorbestimmten! Widerstandswert parallel zum Kondensator (C) hat.

16. Hochfrequenz-Ofen nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (20) zum Anlegen einer VorGleichspannung an den zweiten Eingangsanschluß des Vergleichers (15)» damit nicht die Eingangsspannung am zweiten Eingangsanschluß unter einen vorbestimmten Wert verringert wird, selbst wenn sich die Lade-Spannung des Kondensators (C) über die Entladeeinrichtung entlädt.

809816/0662