DE2935862C2

DE2935862C2 - Mittels Sensor gesteuerter Koch- und Bratherd

Info

Publication number: DE2935862C2
Application number: DE2935862A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Osaka Tanabe
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1978-09-05
Filing date: 1979-09-05
Publication date: 1982-12-30
Also published as: GB2040502A; DE2935862A1; CA1130394A; US4311895A; GB2040502B

Description

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Die Erfindung betrifft einen Koch- und Bratherd gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, der durch einen den Garungszusland einer Speise ermittelnden Sensor gesteuert wird.

Zur zweckentsprechenden Steuerung der Heizleistungszufuhr bei Koch- und Bratherden ist es bekannt, einen mit dem Innenraum des Ofens in Verbindung stehenden Feuchtigkeitssensor zu verwenden, der den Wasserdampf erfaßt, der im Laufe des Koch- oder Gärungsprozesses aus der Speise austritt und ein der Menge des Wasserdampfs entsprechendes Steuersignal zur Regulierung der Heizleistung erzeugt (vgl. beispielshalber die US-PS 38 39 616). Die aus einer Speise austretende Wasserdampfmenge ist jedoch nur bedingt ein ausreichender Parameter zur Feststellung des jeweils erreichten Garungszustandes. Insbesondere bei bekannten kombinierten Mikrowellen- und Elektrowärme-Kochgeräten ist es schwierig mittels eines solchen Feüchtigkeitsfühlers eine zweckentsprechende Koch- oder Garungszeit festzulegen. Bei der Bestimmung dieses Zeitraums müssen vor allem auch die Art, der AnfangEZustand sowie die Menge der zu kochenden Speise, die Aufheiztemperatur des Kochgeräts zu Beginn, die Umgebungsbedingungen und andere Einflußgrößen berücksichtigt werden.

Es ist bereits versucht worden, zusätzlich die Temperatur der Speise oder des Ofenraums zu messen und in Abhängigkeit davon die Mikrowellenerzeugung bzw. die Heizleistung zu regulieren. Auch diese temperaturabhängige Steuerung befriedigt jedoch nicht, da zu wenig die spezifische Eigeruirt einer Speise berücksichtigt werden kann.

Ausgehend von einem sensorgesteuerten Koch- und Braiherd wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist, liegt dor Erfindung damit die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung für ein Kochgerät zu schaffen, mit dem sich eine bessere Dosierung der Energiezufuhr im Verlaufe der Zeit unter Berücksichtigung speisenspezifischer Parameter erreichen läßt.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Koch- und Bratherds besteht in der Verwendung eines beheizten Gassensors, der aus dem Ofenraum austretenden Gasen ausgesetzt ist und abhängig von einer sich bei der Speisenzubereitung verändernden Gaskonzentration eine veränderliche Spannung an die Steuerschaltung abgibt, die bei Erreichen vorgegebener Spannungswerte zur Aus- bzw. Umschaltung der Heizleistungsquelle führt. Auf diese Weise kann insbesondere ein kombiniertes Mikrowellen- und Elektrowärme-Kochgerät optimal gesteuert werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung bildet eine Wähleinrichtung zur Vorgabe eines Spannungspegels für die Steuerschaltung in Abhängigkeit von der Art der zu kochenden Speise. Beispielsweise können mehrere insbesondere mit Widerständen verbundene Wählschalter vorhanden sein, mit denen sich der vorgegebene Spannungspcgel durch Teilung des Ausgangsspannungswertes des Gassensors in einem Anfangszustand erzeugen läßt. Der Erfindungsgedanke basiert u.a. auf der Erkenntnis, daß eine Speise während des Kochens ein Gas abgibt, welches eine bestimmte Konzentration erreicht, wenn die Speise gar ist. Der vorgegebene Wert der Gaskonzentration ändert sich mit der Art der gekochten Speise. Da die Gassensor-Ausgangsspannung der Gaskonzentration entspricht, kann der Kochprozeß danach beurteilt werden, ob der Ausgang des Gassensors den vorgegebenen Spannungswert erreicht hat.

Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines mit einem Gassensor ausgerüsteten kombinierten Mikrowellen- und Elektrowärme-Kochgerätes,

Fig. 2einen Schnitt im Verlauf einer Linie //-//durch das Kochgerät von Fig. 1,

Fig. 3 eine separate Perspektivdarstellung eines indem Kochgerät von Fig. 1 enthaltenen Gassensors,

F i g. 4 eine grafische Darstellung der Ansprechcharakteristik des Gassensors aus Fig. 3 auf Gaskonzentrationen.

Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerschaltung, und

Fig. 6 eine grafische Betriebsabtouf-Darstellung zu der Steuerschaltung von Fig. 5.

Be: dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines kombinierten Mikrowellen- und Elektrowärme-Kochgerätes wird ein von einer Ofenwand 10 mit Ofentür 12 umschlossener Ofenraum von einem an der Ofenwand befestigten Magnetron 14 über einen Wellenleiter 16 mit Energieauslaßöffnung 18 mit Mikrowellenenergie versorgt. Ferner befinden sich ummantelte Heizelemente 20 im Ofenraum, um mit Elektrowärme kochen, backen o. dgl. zu können. Am Boden des Ofenraumes befindet sich eine Schale 22 zur Unterstützung einer in dem Ofenraum zu kochenden Speise 24. Das Magnetron 14 wird mittels eines Gebläses 26 gekühlt, dessen Luftraum durch einen Belüftungskanal 28 in den Ofenraum gelangt und diesen durch Abzugöffnungen 30 wieder verläßt, welche in die Oberwand des Ofenraumes eingearbeitet und durch einen auf der Oberwand befestigten Abzugskanal 32 abgedeckt sind. Eine in iiem Abzugkanal 32 befestigte Führungsplatte36 richtet dan austretenden Gasstrom auf einen im Abzugkanal angebrachten Gassensor 34, welcher der Feststellung der Konzentration des aus dem Ofenraum austretenden Gases dient.

Der in Fig. 3 separat dargestellte beheizte Gassensor 34 besteht im wesentlichen aus einem Harzblock 38, einem Fühlelement 40. einer Heizspule 42. Anschlußdrähten 44. einer einen Gazeeinsatz 48 enthaltenden Abdeckung 46 und einem Anschlußsteckerteil 50. Ein bevorzugter Gassensor-Typ wird von der Firma Figaro Engineering Inc. unter der Handelsbezeichnung TGS 813 vertrieben.

F i g. 4 zeigt grafisch die Abhängigkeit zwischen der auf der Abszisse aufgetragenen Gaskonzentration in ppm und dem Widerstandsverhältnis R/Ro des Gassensors, wobei Ro der Sensorwiderstand in Luft, die 1000 ppm Methan enthält, und R der Sensorwiderstand bei davon abweichenden Gaskonzentrationen ist.

Die zuvor erwähnten Änderungen des Sensorwiderstands werden zur Feststellung der Vollendung des Kochprozesses herangezogen.

In Fig. 5 ist als Blockschaltbild eine aufdcn Gassensorausgang ansprechende Steuerschaltung dargestellt. Wesentliche Bestandteile sind eine Stromversorgungsschaltung 52 und eine Betriebssteuerschaltung 54 zur Ansteuerung des Magnetrons 14 sowie der Heizelemente 20. Eine von dem Gassensor 34 abgegebene Ausgangsspannung V_x geht in je einen Eingang eines UND-Gliedes 56 und eines Koinzidenzdetektors 57. Diese Ausgangsspannung V_x ändert sich, wie schon erwähnt, entsprechend der Konzentration des aus dem Ofenraum ausströmenden Gases.

Zum Einstellen eines Anfangszustands in der Steuerschaltung dienen ein Analog/Digitalwandler 58, ein Digitalspeicher 60, ein durch ein Taktsignal T₂ angesteuertes UND-Glied 62 und ein Digital/Analogwandler 64. Zur Bestimmung des Anfangs-Referenzsignalpcgels wird die Ausgangsspannung V_x des Gassensors 34 zu einem durch ein Taktsignal T₁ bestimmten Zeitpunkt über das UND-Glied 56 in den Analog/Digitalwandler 58 eingegeben.

von diesem in einen Digitaiwert umgesetzt und in dem Digitalspeicher 60 gespeichert. Der so gespeicherte Referenzwert wird dem Digital/Anaiogwandler 64 fortlaufend über das UND-Glied 62 zugeführt und bildet eine Referenzspannung V₀.

Die Steuerschaltung enthält ferner mehrere manuell betätigbare Wählschalter 51, 52 ... Sn zur Anpassung des Gerätes an die zu kochende Speisenart. So dient z. B. der Wählschalter 51 zum Aufwärmen von Getränken, Wählschalter 52 zum Bräunen von Fisch, Wählschalter 53 zum Kuchenbacken, usw. An jeden dieser Wählschalter 5... ist ein entsprechender Widerstand R],R2 ... Rn angeschlossen. Die Widerstandswerte dieser Widerstände R... sind durch Versuch so festgelegt worden, daß ein

Teilspannungspegel 1'V=I⁷QX — (darin bedeutet /

= 1,2 ... /1) gebildet wird, welcher einem gewünschten Spannungspegel entspricht, bei dem der Kochprozeß beendet werden soll.

Nachstehend wird in Verbindung mit Fig. 6 die Funktion der Steuerschaltung von F i g. 5 erläutert. Nach Betätigung eines Kochstartschaiters erfolgt zunächst nur die Inbetriebnahme des Gebläses 26, damit Frischluft in den Ofenraum gelangt. Sechzehn Sekunden später wird das Taktsignal Γ, zum Setzen des Anfangs-Referenzspannungspegels erzeugt. Der Fig. 6 kann entnommen werden, daß die Ausgangsspannung V_x des Gassensors 34 fortlaufend sinken wird, wenn nur das Gebläse 26 läuft. Anschließend erregt die Betriebssteuerschaltung 54 das Magnetron 14. Dabei wird ein der Referenzspannung I₀ entsprechender Digitaiwert im Digitalspeicher 60gespeichert. Sind z. B. 30 s nach Betätigung des Kochstartschalters vergangen, dann wird fortlaufend das Taktsignal 7", abgegeben, um die Referenzspannung I·',, über den Digital/Analogwandler 64 bereitzustellen.

Ein in der Betriebssteuerschaltung 54 enthaltener Kochartenumschalter540 bewirkt die Umschaltung von Mikrowellenbetricb auf Elektroheizbetrieb. Vorzugsweise wird zuerst beispielsweise drei Minuten lang mit Mikrowellenenergie und anschließend mil Elektrowärme gekocht. Bei einem anderen bevorzugten Betriebsablauf erfolgt der Kochvorgang zuerst mittels Mikrowellenenergie und danach, wenn die Gassensor-Ausgangsspannung einen vorgegebenen Wert erreicht hat, mil Elektrowärme.

In Fig. 6 entspricht eine Kurve P₁ dem Verlauf der Alisgangsspannung V_x beim Erwärmen von »Sake« im Ofenraum. Wenn im Ofenraum Fisch gebräunt wird, dann verläuft die Ausgangsspannung auf einer anderen Kurve P₂. und beim Kuchenbacken folgl sie einer weiteren Kurve P₃.

Angenommen, es soll Fisch gebräunt werden. Dazu wird manuell der Wählschalter 5₂ geschlossen. Jetzt gelangt fortlaufend der Teilspannungspegel I', = ¹',,

+ ■- ^; an den zweiten Eingang der Koinzidenzdelek-

«0 + «2

torschaltung 57. Sobald die Ausgangsspannung V_x (entsprechend Kurve P₂) Pegel V_y erreicht, gibt der Koinzidenzdetektor 57 ein Ausgangssignal an die Steuerschaltung 54 ab. die daraufhin durch Abschaltung der ummantelten Heizelemente 20 den Kochvorgang beendet.

Hierzu 3 Blatt Zeichminaen

Claims

Patentansprüche:

1. Koch- und Bratherd mit einem durch eine Heizleistungsquelle erwärmbaren Ofenraum und einer Steuerschaltung, welche die Energiezufuhr zur 1 leizleistungsquelle in Abhängigkeit eines von einem Sensor gelieferten Steuersignals einstellt, der den Garungszustand einer im Ofenraum befindlichen Speise erfaßt, dadurch gekennzeichnet,daßderSensor ■■ ein Gassensor (34) zur Bestimmung C'-i Konzentration wenigstens eines aus der Speise im Verlauf des Koch-oder Bratvorgangs freigesetzten Gases ist, dessen Ausgangssignal (V₁) auf den einen Eingang einer Vergleichsschaltung (57) gelangt, während der andere !5 Eingang der Vergleichsschaltung durch ein speisenspezifisch vorgebbares Referenzsignal ((-',) beaufschlagt ist, und daß die Verglexhsschaltunr. (57) bei Koinzidenz von Sensorsignalpegel und Referenzsignalpegel ein Signal zur Ab- oder Umschaltung der Heizleistungsquelle an die Steuerschaltung (54) abgibt.

2. Koch- und Bratherd nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Gassensors (34) nach Inbetriebnahme des Herdes über einen A/D-Wandler (58) als Anfangspegel in einen Digitalspeicher (60) gelangt, der diesen Anfangspcgel während der gesamten Koch- oder Bralzeit über einen D/A-Wandler (64) einer Spannungsteilerschaltung (R₀. A₁ ... R„) vorgibt, deren Teilerverhältnis über Wählschalter (5, ... S„) speisenspezifisch veränderbar ist, und daß das am Abgriff der Spannungsteilerschaltung zur Verfügung stehende Signal als Referenzsignal (K₁) auf den anderen Eingang der Vergleichsschaltung (57) gelangt.

3. Koch- und Bratherd nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Magnetron und mindestens einem elektrischen Widerslandsheizelement als unabhängig voneinander oder gemeinsam betreibbaren Heizlcistungsquellen für den Ofenraum, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetron (14) nach Festlegung dss Referenzsignals (V_y) für die Vergleichsschaltung (57) automatisch eingeschaltet und mit Zeitvorgabe wieder ausgeschaltet bzw. die Ofenraumheizung auf Widerstandsheizung umgeschaltet wird, und daß die Heizleistungsquellen bei Übereinstimmung des Ausgangssignals des Gassensors (V_x) und des Referenzpegels (V_y) vollständig abgeschaltet werden.