DE2949890C2 - - Google Patents
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- DE2949890C2 DE2949890C2 DE19792949890 DE2949890A DE2949890C2 DE 2949890 C2 DE2949890 C2 DE 2949890C2 DE 19792949890 DE19792949890 DE 19792949890 DE 2949890 A DE2949890 A DE 2949890A DE 2949890 C2 DE2949890 C2 DE 2949890C2
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- A47J27/0802—Control mechanisms for pressure-cookers
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- G—PHYSICS
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Über
wachung des Garens von Speisen in einem Dampfdruckkochtopf gemäß den
Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Es ist allgemein bekannt, daß die Gardauer von Speisen sehr
stark von der Gartemperatur abhängig ist. Um möglichst kurze
Garzeiten zu erreichen, was auch im Interesse der Quali
tät der Speisen liegt, muß die Temperatur während des Gar
prozesses möglichst hoch gewählt werden. Um die Gartempe
ratur auch über den Siedepunkt (unter Normalbedingungen)
des Wassers erhöhen zu können, werden sogenannte Dampf
druckkochtöpfe verwendet, bei denen der Druck mit der Tem
peratur entsprechend dem Sättigungsdampfdruck von Wasser
ansteigt. Die bei üblichen Dampfdruckkochtöpfen verwendeten
Temperaturen liegen zwischen etwa 110 und 130°C. Dabei
kann eine Temperaturänderung von 10°C eine Änderung der Gar
dauer bis über einen Faktor zwei hinaus bewirken.
Da die Temperatur bzw. der Druck in einem Dampfdruckkoch
topf während des Garvorganges nur schwer konstant gehal
ten werden kann, kann im allgemeinen der Zeitpunkt, zu dem
eine Speise fertig gegart ist, nur grob abgeschätzt werden.
Insbesondere kann auch die Garwirkung während der Aufheiz
phase, bzw. während des Abkühlens eines Dampfdruckkoch
topfes kaum einkalkuliert werden, da diese Größen auch vom
verwendeten Herd, d. h. von der Heizleistung (eventuell
Ankochautomatik) und von der Stellung der Kochplattenre
gelung abhängig sind. Eine zusätzliche Schwierigkeit er
gibt sich bei der Verwendung von Kochplatten mit Tempe
raturregelung, da deren Regelverhalten im allgemeinen nicht
auf den Betrieb von Dampfdruckkochtöpfen abgestimmt ist.
Das bedeutet in der Praxis, daß eine ständige Nachrege
lung der Heizleistung von Hand erfolgen muß, um im Dampf
druckkochtopf eine konstante Temperatur, bzw. einen kon
stanten Druck erzeugen zu können.
Aus der älteren Anmeldung DE-OS 29 32 039 ist bereits eine Einrichtung
zum Steuern von insbesondere Dampfdruckkochtöpfen bekannt geworden,
bei der durch einen Temperatursensor die sich ändernden Druck- und Temperatur
verhältnisse im Gefäß überwacht werden können, wobei der Temperatursensor
nach Erreichen der Grenztemperatur ein Zeitglied auslöst, welches in
Abhängigkeit von den vorhandenen Temperatur- bzw. Druckwerten die Koch-
bzw. Garzeit steuert.
Die US-PS 38 59 644 erläutert einen digitalen Kochzeitschalter mit einem
ersten und einem zweiten Zeitgeber, wobei der erste Zeitgeber nach einer
vorbestimmten Zeit eingeschaltet wird und den zweiten Zeitgeber einschaltet.
Nähere Hinweise für den Anmeldungsgegenstand geben diese Druckschriften
nicht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Schaltungs
anordnung in einfacher Weise dahingehend auszubilden, daß der Zeitpunkt,
zu dem die Speisen einen gewünschten Gargrad erreicht haben, festgestellt
werden kann. Es soll durch die Erfindung ferner vermieden werden, daß
die Temperatur bzw. der Druck während des Kochvorganges konstant gehalten
werden muß.
Grundsätzlich ist es aus der DE-OS 27 06 138 bei elektrisch beheizten
Haushaltsgeräten bekannt, für eine Zeitsteuerung eine Integrationsstufe
vorzusehen, deren Signal durch eine nachgeordnete Schaltschwelle ausgewertet
wird.
Aus der DE-OS 14 65 022 ist schließlich eine automatische Temperatur
regelvorrichtung für Elektrokochtöpfe bekannt, welche den Regelungs
vorgang in mechanischer Weise vornimmt.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe dienen die - ausgehend
von einer Anordnung nach dem Oberbegriff - kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 der Erfindung.
Weiterbildungen dieser Lösung sind aus den Unteransprüchen zu entnehmen.
Dabei gibt es im wesentlichen drei verschiedene Ausbildungsmöglich
keiten für eine geeignete elektronische Schaltung.
Die erste besteht darin, daß das vom Temperatur- und/oder Druck
fühler erzeugte elektrische Signal auf analoge Weise verarbeitet
wird. Vorteil dieser Ausführung ist der unkomplizierte Aufbau,
der zu sehr geringen Kosten führt. Die zweite Möglichkeit be
steht in einer teilweise analogen und teilweise digitalen
Signalverarbeitung, wobei in einer bevorzugten Schaltungsaus
führung als Analog-Digital-Wandler ein mit einer Spannung steuer
barer Oszillator verwendet wird. Die dritte Möglichkeit be
steht schließlich darin, daß die Schaltung getaktet wird und
die gesamte Signalverarbeitung bevorzugt digital stattfindet.
Dies kann zum Beispiel dadurch geschehen, daß das vom Meßwert
fühler erzeugte elektrische Signal digitalisiert wird, und
zur weiteren Verarbeitung in einen Mikrocomputer mit einem
geeigneten Programm eingegeben wird. Vorteile dieser Schaltung
ergeben sich vor allem aus den sehr vielfältigen, und - bei
geeigneter Auslegung - auch konfortablen Möglichkeiten zur in
dividuellen Vorgabe von Parametern zur Beeinflussung des
Garprozesses. Es ist aber im Sinne der Erfindung auch durchaus
möglich, eine aus diskreten Bausteinen aufgebaute Schaltung
zur digitalen Signalverarbeitung zu verwenden.
Die Erfindung wird an Hand mehrerer Figuren der Zeichnung im
folgenden näher erläutert:
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtung;
Fig. 2 zeigt Garkurven für drei verschiedene Speisen;
Fig. 3 zeigt Temperatur-Widerstandskurven für drei,
bevorzugt als Meßfühler verwendete, Heißleiter;
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführung der
Vorrichtung zur analogen Signalverar
beitung;
Fig. 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführung der
Vorrichtung mit teils analoger und teils
digitaler Signalverarbeitung;
Fig. 6 zeigt schließlich eine bevorzugte Ausführung
der Vorrichtung unter Verwendung eines
Mikrocomputers.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines elektronischen
Schaltkreises zur Überwachung des Garens von Speisen in
einem Dampfdruckkochtopf 1. Dabei sind ein oder mehrere
Temperatur- oder Druckfühler 2 in geeigneter Weise an
einem Dampfdruckkochtopf angebracht. Mit diesen Tempera
tur- oder Druckfühlern 2 wird ein von der oder den ge
wählten Meßgrößen abhängiges elektronisch verarbeitbares
Signal 3 erzeugt, welches einer Signalerzeugungsschaltung
4 zugeführt wird. Diese wiederum erzeugt ein zweites
Signal 5, das in einer Integrationsstufe 6 über der Zeit
integriert wird. Dieselbe Integrationsstufe 6 erzeugt
ein drittes Signal 7 proportional zum zeitlichen Inte
gral über dem zweiten Signal 5. Dieses dritte Signal 7
kann wahlweise einem Grenzwertmelder 8 zugeführt werden
oder einer Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit 9.
Es ist auch möglich, daß mit dem dritten
Signal 7 der Grenzwertmelder 8 und die Ausgabe- und/oder
Anzeigeeinheit 9 gleichzeitig angesteuert werden. Dabei
wird von der Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit 9 der Wert
des dritten Signals 7 fortlaufend angezeigt. Der Grenz
wertmelder 8 erzeugt dagegen ein viertes Signal 10, sobald
der Wert des dritten Signals 7 einen bestimmten vorgege
benen Wert mindestens erreicht hat. Mit diesem vierten
Signal 10 wird ebenfalls die Anzeige- und/oder Ausgabe
einheit 9 angesteuert, welche dann ein fünftes Signal
erzeugt, welches das Ende der Kochdauer bedeutet. Dieses
fünfte Signal kann optisch und/oder akustisch sein, oder
aber auch ein Steuersignal zur Abschaltung der zum Betrieb
des Dampfdruckkochtopfes notwendigen Wärmequelle.
Die Funktion dieses Blockschaltbildes soll im folgenden
unter Zuhilfenahme der Fig. 2 erläutert werden: In Fig. 2
wird ein Temperatur-Zeit-Diagramm für drei verschiedene
Gargüter gezeigt. Es wurde eine halblogarithmische Dar
stellung gewählt, wobei die Gartemperatur linear im Be
reich zwischen etwa 80 und 130°C aufgetragen ist, und
die Gardauer logarithmisch von 1 bis 100 min. In dieser
Darstellung ergeben sich für die Garkurven 11, 12, 13 im
eingezeichneten Temperaturbereich in guter Näherung Gerade,
so daß der Zusammenhang zwischen der Zeit t und der
Temperatur ϑ folgendermaßen dargestellt werden kann:
t = 10(a - b · ϑ) [min] für ϑ₁ ϑ ϑ₂
wobei a und b empirisch ermittelte Parameter für verschie
dene Gargüter im Temperaturintervall von ϑ₁ bis ϑ₂
darstellen. Die Angaben in eckigen Klammern beziehen
sich auf die jeweilige Benennung der Größen. Als Beispiel
sind die Garkurven von Schweinefleisch 11, von Kartof
feln 12 und von Reis 13 ausgewählt. In der folgenden Ta
belle sind die entsprechenden Werte für die Konstanten
a und b, sowie die Untergrenze ϑ₁ und die Obergrenze ϑ₂
für den gültigen Temperaturbereich gemäß obenstehender
Gleichung eingetragen:
Für andere Gargüter können entsprechende Werte durch em
pirische Kochversuche und eine nachfolgende mathemati
sche Behandlung der Ergebnisse in allgemein bekannter
Weise gewonnen werden.
Die in Fig. 2 angegebenen Garkurven 11, 12, 13 geben die
Zeit an, die das entsprechende Gargut beim Garen mit kon
stanter Temperatur bis zur "Fertigstellung" benötigt. Das
bedeutet, daß sich diese Kurven entsprechend dem indivi
duellen Geschmack etwas verschieben können. Diesem Um
stand wird dadurch Rechnung getragen, daß im weiteren
nicht der Begriff "Fertigstellung" verwendet wird, son
dern die Bezeichnung "Gargrad" des Gargutes.
Es ergeben sich, entsprechend
den Garkurven 11, 12, 13, sehr unterschiedliche Garzeiten
für verschiedene Gartemperaturen für die Erreichung eines
bestimmten Gargrades. Aus der Garkurve für Schweine
fleisch 11 zum Beispiel ergibt sich bei einer Absenkung
der Gartemperatur von 110 auf 100°C etwa eine Verdoppe
lung der Gardauer.
Da bei Dampfdruckkochtöpfen keine Temperaturregelung vor
handen ist und eine Überwachung der jeweiligen Gartempe
ratur nur schwer oder gar nicht möglich ist, ist nur eine
sehr ungenaue Abschätzung des Zeitpunktes möglich, zu
welchem das Gargut den gewünschten Gargrad erreicht hat.
Aus diesem Grund wird zur
Überwachung des Garens von Speisen in einem Dampfdruckkoch
topf 1 vorgeschlagen, daß eine Bewertung der Garzeit
an Hand der im Kochtopf herrschenden Temperatur, bzw. dem
damit zusammenhängenden Druck, durchgeführt wird. Diese
Bewertung ergibt sich direkt aus den Garkurven 11, 12, 13
und soll an Hand eines Beispiels näher erläutert werden:
Schweinefleisch benötigt, um einen vorgegebenen Gargrad
entsprechend der Garkurve 11 zu erreichen, ca. 44 min
bei 100°C und ca. 22 min bei 110°C. Der dabei erreichte
Gargrad sei jeweils gleich 1. Wird nun Schweinefleisch
für 11 min (0,25 von 44 min) bei 100°C gegart und an
schließend bei 110°C, so liegt der Gargrad nach 11 min
bei 0,25. Das bedeutet, daß zum Erreichen des Gargrades 1
anschließend für
(1 - 0,25) · 22 min
(Gardauer zur Erreichung des Gargrades 1 bei 110°C),
also 16,5 min bei 110°C gegart werden muß,
so daß sich beim vorgegebenen Temperaturverlauf eine
Gesamtgardauer von
11 min + 16,5 min = 27,5 min
ergibt.
Bei einer beliebigen kontinuierlichen Änderung der Tempe
ratur während des Garvorganges wird dann ein Signal er
zeugt, dessen Wert abhängig von der Temperatur und von der
jeweiligen Garkurve 11, 12, 13 ist. Derselbe Wert des Signals
wird dann über die Zeit integriert, und sobald das
Integral einen Wert erreicht hat, der dem Gargrad 1 ent
spricht, ist die Kochdauer beendet.
In einer elektronischen Schaltung zur Durchführung dieses
Überwachungsverfahrens nach Fig. 1 werden ein oder mehrere
Temperatur- und/oder Druckfühler 2 so am Dampfdruckkoch
topf 1 angebracht, daß die gewählten Meßgrößen des Innen
raums des Dampfdruckkochtopfes 1 gemessen werden. Die je
weilige Meßgröße wird durch den, bzw. die Temperatur- und/ oder
Druckfühler 2 in ein erstes elektrisches Signal 3 um
gewandelt, welches die Signalerzeugungsschaltung 4 steuert.
Diese Signalerzeugungsschaltung 4 erzeugt durch geeignete
elektronische Mittel, auf welche später näher eingegangen
wird, unter Zugrundelegung der jeweils im Kochtopf herr
schenden Temperatur und einer zweckentsprechenden Garkurve
ein zweites elektrisches Signal 5, welches proportio
nal zur "Garwirkung" bei dieser Temperatur ist. Dabei sei
die Garwirkung definiert durch den pro Zeiteinheit er
reichten Gargrad nach der vorhergehenden Beschreibung.
Dieses zweite Signal 5 wird in der Integrationsstufe 6 mit
üblichen Mitteln über der Zeit integriert. Ein drittes
Signal 7, dessen Wert proportional dem Integral über dem
zweiten Signal 5 ist, steuert eine Grenzwertmelderschal
tung 8, die bei Erreichen eines bestimmten vorgegebenen
Wertes des dritten Signals 7, welcher einen Gargrad von
1 bedeutet, ein viertes Signal 10 erzeugt. Dieses vierte
Signal 10 steuert die Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit 9,
welche ein zweckentsprechendes Warn- oder Steuersignal
erzeugt. Gleichzeitig ist auch eine fortlaufende Anzeige
des dritten Signals 7 durch die Ausgabe- und/oder Anzei
geeinheit 9 möglich, so daß eine kontinuierliche Informa
tion über den jeweils aktuellen Gargrad gegeben ist.
Zur Messung der Temperatur des Inneren des Dampfdruckkoch
topfes werden vorzugsweise Heißleiter verwendet. Ein ty
pisches Temperatur-Widerstands-Diagramm für drei Heißlei
ter mit unterschiedlichen Widerständen ist in Fig. 3 dar
gestellt. Es handelt sich dabei, wie bereits in Fig. 2,
um eine halblogarithmische Auftragung: Die Temperatur ist
linear, der Widerstand logarithmisch dargestellt. Die ein
gezeichneten Kurven 14 gelten für Heißleiter mit Wider
ständen von 100 Ohm, 1 kOhm und 10 kOhm bei 25°C. Wie
leicht zu erkennen ist, ist der Widerstandsverlauf nicht
proportional zu den in Fig. 2 dargestellten Garkurven.
Das bedeutet, daß in der Signalerzeugungsschaltung 4 zu
sätzlich eine Entzerrung des Signals der Temperatur- oder
Druckfühler 2 gegebenenfalls notwendig sein kann. Bei den
im folgenden beschriebenen bevorzugten Schaltungsanord
nungen wird als Temperaturfühler jeweils ein Heißleiter
15 verwendet, für den eine solche Entzerrung notwendig ist.
Dabei kann die Entzerrung der Heißleiterkurve 14
durchaus im gleichen Schaltkreis stattfin
den, wie die Erzeugung des zweiten Signals 5, welches
dann proportional zur "Garwirkung" bei der jeweiligen
Temperatur ist.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Schaltungsanordnung zur Über
wachung des Garens in einem Dampfdruckkochtopf 1. Als
Temperaturfühler 2 wird dabei ein Widerstand mit negati
ven Temperaturkoeffizienten, z. B. ein Heißleiter 15 ver
wendet, der mit der Signalerzeugungsschaltung 4 verbun
den ist. Die Signalerzeugungsschaltung 4 wird dabei von
einer Wheatstone-Brücke aus Brückenwiderständen 16, 17
und 18, sowie einem Widerstand 19 im Diagonalzweig gebil
det, und ist an den beiden übrigen Diagonalanschlüssen
über einen weiteren Widerstand 20 mit den beiden Polen
einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden. Der
fehlende Brückenwiderstand wird vom Heißleiter 15 gebil
det. Parallel zum Widerstand 19 kann das zweite Signal 5
abgegriffen werden, welches die Integrationsstufe 6 steu
ert. Die Integrationsstufe 6 besteht aus einer üblichen
Schaltung mit negativer Integrationskonstante mit einem
RC-Glied aus einem Widerstand 21 und einem Kondensator
22, sowie einem Operationsverstärker 23. Der Ausgang des
Operationsverstärkers 23 liefert das dritte Signal 7, mit
welchem der Grenzwertmelder 8 und die Ausgabe- und/oder
Anzeigeeinheit 9 angesteuert wird. Der Grenzwertmelder 8
besteht dabei nur aus einem Transistor 24, dessen Basis
über eine Diode 25 mit dem dritten Signal 7 angesteuert
wird. Die Emitterleitung des Transistors ist dabei mit dem
einen Pol der Betriebsspannung verbunden, während in der
Kollektorleitung die Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit 9,
die hier zur Erzeugung eines Signals, das zur Anzeige des
Endes der Kochdauer dient, einfach einen Summer oder eine
Signalleuchte verwendet. Es ist natürlich
auch möglich, in die Kollektorleitung des Transi
stors 24 einen Widerstand zu schalten und dann ein vier
tes Signal 10 abzugreifen, mit dem eine beliebige Warnein
richtung oder aber auch eine Steuereinrichtung zum Abschal
ten der zum Betrieb des Dampfdruckkochtopfes 1 notwendigen
Wärmequelle ansteuerbar ist. Ein zweiter Teil der Ausgabe-
und/oder Anzeigeeinheit 9, der mit dem dritten Signal 7
angesteuert wird, zeigt das Fortschreiten des Garprozes
ses an. Im vorliegenden Fall ist zum Beispiel ein Span
nungsmeßgerät verwendbar, das die Ausgangsspannung der In
tegrationsstufe 6 fortlaufend anzeigt.
Auf die Funktion der oben beschriebenen Schaltung soll nun
im folgenden näher eingegangen werden: Die Signalerzeugungs
schaltung 4 in Verbindung mit dem Heißleiter 15 liefert an
ihrem Ausgang ein zweites Signal 5, das von der Temperatur
und einer im Vorangegangenem beschriebenen Garkurve 11, 12,
13 abhängt. Dazu werden die Werte der Widerstände 16, 17,
18, 20 so gewählt, daß der Strom durch den Widerstand 19,
dessen Wert vorzugsweise klein ist gegen die Werte der Wi
derstände 16, 17, 18, 20, in Abhängigkeit von der Tempera
tur des Dampfdruckkochtopfes 1, und damit vom Widerstand
des Heißleiters 15, umgekehrt proportional zum Einfluß der
Temperatur des Dampfdruckkochtopfes auf die Gardauer ist.
Die Größe des Spannungsabfalles am Widerstand 19 ist
dem durch ihn fließenden Strom porportional, und stellt das
zweite Signal 5 zur Ansteuerung der Integrationsstufe 6 dar.
Dieses zweite Signal 5 ist somit bei niedriger Temperatur
kleiner und bei höherer Temperatur größer. Durch geeignete
Wahl der Widerstandswerte des Heißleiters 15, sowie der
Widerstände 16 bis 20 wird nun ein zweites Signal 5 erzeugt,
dessen Wert proportional zur "Garwirkung" ist. Durch geeig
nete Veränderung mindestens eines der Widerstände 16 bis 20
läßt sich eine Anpassung an verschiedene Garkurven 11, 12,
13 erreichen.
Die Integrationsstufe 6 integriert das zweite Signal 5
und erzeugt ein drittes Signal 7 am Ausgang, das propor
tional dem Integral über die "Garwirkung" ist, das heißt,
dem jeweiligen Garzustand des Gargutes entspricht. Dabei
kann auch hier durch Veränderung des RC-Gliedes aus dem Wi
derstand 20 und dem Kondensator 21 eine Anpassung von ver
schiedenen Garkurven 11, 12, 13 erfolgen.
Es ist auch eine andere als die vorher
beschriebene Dimensionierung der Wheatstone-Brücke möglich.
Dabei ist lediglich zu beachten, daß die Garwirkung bei
einem Kochvorgang erst oberhalb einer bestimmten Tempera
tur, nämlich der Erstarrungstemperatur von Eiweiß einsetzt.
Das heißt, daß das zweite Signal 5 unterhalb dieser Tempe
ratur zur Messung der "Garwirkung" nicht beitragen darf.
Dies geschieht bei vorliegender Schaltung durch eine geeig
nete Dimensionierung der Bauteile: die Widerstände 16 bis
20 der Signalerzeugungsschaltung 4 werden dabei so ausge
legt, wobei der Widerstand des Heißleiters 15 selbstver
ständlich eingeht, daß sich die Wheatstone-Brücke bei der
oben beschriebenen Grenztemperatur im Gleichgewicht befin
det. Da zu Beginn des Kochvorganges die Temperatur des
Dampdruckkochtopfes 1 geringer ist, als zur Einstellung
des Brückengleichgewichts, läuft das dritte Signal 7 gegen
den negativen Grenzwert des Integrators. Erst bei Über
schreiten der dem Brückengleichgewicht zugeordneten Tempe
ratur des Inneren des Dampfdruckkochtopfes 1 beginnt das
dritte Signal 7 in Richtung positiver Werte zu laufen.
Dieses dritte Signal 7 kann nun von der Ausgabe- und/oder
Anzeigeeinheit 9 in der oben beschriebenen Art in fort
laufender Weise angezeigt werden. Weiter steuert das dritte
Signal 7 den Grenzwertmelder 8. Dabei wird der Transi
stor 24 durchgesteuert, sobald das dritte Signal 7 die
Spannung überschreitet, die zum Durchschalten der Diode
25 und des Transistors 24 notwendig ist. Damit steht dann
das vierte Signal 10 zur Verfügung, welches das Ende des
Kochvorganges bedeutet. Durch geeignete Dimensionierung
der Diode 25 und des Transistors 24 und eventuell die
Verwendung eines zusätzlichen Spannungsteilers zwischen
der Diode 25 und der Basis des Transistors 24 kann erreicht
werden, daß der Grenzwertmelder 8 jeweils bei der gewünsch
ten Größe des dritten Signals 7 anspricht, die dem Ende der
Gardauer entspricht. Durch eine Einstellmöglichkeit an dem
oben erwähnten zusätzlichen Spannungsteiler ist es auch mög
lich, dieses Ende der Gardauer individuell einzustellen.
Eine Rücksetzung dieser Schaltung zu Beginn eines Kochvor
ganges kann zum Beispiel dadurch erfolgen, daß der Konden
sator 22 der Integrationsstufe 6 entladen wird. Dies ist
möglich, indem ein entsprechender Entladeschalter mit dem
Schalter der Spannungsversorgung gekoppelt ist oder aber
automatisch eine bestimmte Zeit nach dem Ende des Kochvor
ganges die Entladung erfolgt. In einer weiteren Ausführung
ist es auch möglich, diesen Entladeschalter
mit einer Einrichtung zu koppeln, die die An
passung der Schaltung an die verschiedenen Garkurven 11,
12, 13 oder die individuelle Einstellung des Garendes er
laubt. Ferner ist es auch möglich, eine Schaltung zur Über
wachung der Betriebsspannung vorzusehen, die mit der Aus
gabe- und/oder Anzeigeeinheit 9 gekoppelt ist, um bei einer
batteriebetriebenen Schaltungsanordnung das Absinken der
Batteriespannung anzuzeigen. Dies gilt selbstverständlich
auch für die im folgenden beschriebenen bevorzugten Schal
tungsanordnungen.
In einer weiteren Vereinfachung der oben genannten Schal
tung ist es auch möglich, daß der
dem Operationsverstärker 23 aus der Signalerzeugungsschal
tung 4 eigene Wärmekoeffizient zur Temperaturmessung ein
gesetzt wird, indem derselbe Operationsverstärker 23 in
thermischer Verbindung mit dem Innenraum des Dampfdruck
kochtopfes steht. Ein separater Temperaturfühler erübrigt
sich dann.
Fig. 5 zeigt eine weitere bevorzugte Schaltungsanordnung.
Dabei wird als Temperatur- oder
Druckfühler 2 wieder ein Heißleiter 15 verwendet,
der als Teil einer Brückenschaltung aus Widerständen
26 bis 30 und einem Kondensator 31 geschaltet ist, aus
welcher zusammen mit einem Operationsverstärker 32 die Signal
erzeugungsschaltung 4 besteht. Dabei sind die Widerstände
26 bis 29 zusammen mit dem Heißleiter 15 in Form einer
Wheatstone-Brücke geschaltet, wobei der dem Heißleiter 15
parallel liegende Brückenzweig aus zwei in Serie geschal
teten Widerständen 28, 29 besteht, an deren Verbindung der
eine Eingang des Operationsverstärkers 32 liegt. Der an
dere Eingang des Operationsverstärkers 32 liegt am Anschluß
des Diagonalzweiges am Heißleiter 15. In den Diagonalzweig
der Wheatstone-Brücke ist der Kondensator 31 geschaltet.
Ein weiterer Widerstand 30 verbindet den Ausgang des Ope
rationsverstärkers 32 mit dem oberen Anschluß der Wheat
stone-Brücke, während der untere Anschluß der Wheatstone-
Brücke auf Masse liegt. Die Integrationsstufe 6 besteht
aus einem üblichen Binärzähler 33. Der Grenzwertmelder 8
besteht aus UND-Gattern 34 bis 37 und einem Binärcodeschal
ter 38 und stellt einen in konventioneller Weise geschal
teten digitalen Vergleicher dar, zum Vergleich zwischen
der mit dem Binärcodeschalter 38 eingestellten Zahl und
der vom Zähler 33 erzeugten Zahl. Bei Übereinstimmung bei
der Zahlen liefert der Grenzwertmelder 8 das vierte Signal
10 zur Ansteuerung der Ausgabe- und/oder Anzeigeein
heit 9, wie bereits bei Fig. 4 beschrieben. Weiterhin wird
die Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit 9 vom Ausgang des
Zählers 33 angesteuert, und kann so den aktuellen Zähler
stand, zum Beispiel mittels einer ein- oder mehrstelligen
Sieben-Segmentanzeige, darstellen.
Die Funktion der oben beschriebenen Schaltungsanordnung
beruht nun darauf, daß die Signalerzeugungsschaltung 4 zu
sammen mit dem Heißleiter 15 einen Oszillator zur Erzeu
gung variabler Frequenzen darstellt, welcher durch den
Heißleiter 15 steuerbar ist. Dabei müssen die Werte der
Widerstände 26 bis 30 so gewählt werden, daß der Strom
durch den Kondensator 31 mit ausreichender Genauigkeit
proportional zur "Garwirkung" bei der jeweils durch den
Heißleiter 15 gemessenen Temperatur ist. Die Spannung am Kon
densator 31 ist durch das Integral über den Strom durch
denselben gegeben. Bevor nun der Heißleiter 15 die Tempe
ratur ϑ₀ erreicht, die durch die Gleichung
gegeben ist (wobei die Indices den Zahlen der Bauelemente
in der Zeichnung entsprechen), liegt bei positiven (nega
tiven) Ausgangssignal des Operationsverstärkers 32 am in
vertierenden Eingang (-) desselben Operationsverstärkers
32 ein mehr negatives (positives) Potential als am nicht
invertierenden Eingang (+), wodurch das Ausgangspotential
stabil gehalten wird. Wird nun der Widerstand des Heißlei
ters 15 auf Grund einer Temperaturerhöhung geringer, so
läuft das Potential am invertierenden Eingang (-) des Ope
rationsverstärkers 32 mit einer durch die Widerstände 26
bis 30 und den Kondensator 31 festgelegten Zeitkonstante
in Richtung des Ausgangspotentials des Operationsverstär
kers 32. Bei Überschreitung einer Temperatur ϑ′, die
durch die Gleichung
festgelegt wird, erreicht das Potential am invertieren
den Eingang (-) des Operationsverstärkers 32 das Poten
tial des nicht invertierenden Eingangs (+) und die Schal
tung kippt um, das heißt, das Ausgangspotential des Ope
rationsverstärkers 32 wird negativ (positiv). Dieser Vor
gang wiederholt sich nun so lange, wie die Temperatur
oberhalb ϑ′ liegt, und zwar mit um so höherer Frequenz, je
höher die Temperatur des Heißleiters 15 ist. Werden nun
die Widerstands- bzw. Kapazitätswerte dieser Brückenschal
tung, wie bereits vorher gefordert, so gewählt, daß der
Strom durch den Kondensator 31 proportional zur "Garwir
kung" bei der jeweiligen Temperatur ist, so liefert die
beschriebene Signalerzeugungsschaltung als zweites Signal 5
ein periodisch veränderliches Signal mit einer
Periodendauer proportional einer Garkurve 11, 12, 13,
das heißt, die Frequenz ist umgekehrt proportional zu
einer Garkurve 11, 12, 13, oder aber proportional zur
"Garwirkung". Werden nun die Perioden dieses zweiten
Signals 5 in einem üblichen Zähler 33 gezählt, so stellt
das dritte Signal 7, der aktuelle Zustand des Zählers 33,
ein Maß für den jeweiligen Garzustand dar.
Da wie bereits zu Fig. 4 beschrieben, eine Bewertung des
Garvorganges unterhalb der Erstarrungstemperatur von Ei
weiß nicht stattfinden darf, wird die beschriebene Brücken
schaltung so dimensioniert, daß die oben definierte
Temperatur ϑ′ eben dieser Temperatur entspricht. Dann wer
den von der Signalerzeugungsschaltung 4 nur Schwingungen
oberhalb der Erstarrungstemperatur von Eiweiß erzeugt.
Eine Anpassung dieser Signalerzeugungsschaltung 4 an ver
schiedene Garkurven 11, 12, 13 kann in einfacher Weise da
durch erreicht werden, daß einer oder mehrere Widerstände
26 bis 30 in ihrem Wert verändert werden. Dies kann zum
Beispiel durch einen ein- oder mehrpoligen Umschalter ge
schehen.
Eine Veränderung der Gardauer ist in individueller Weise
durch den Binärcodeschalter 38 im Grenzwertmelder 8 mög
lich. Weiter ist eine Vereinfachung der
Schaltungsanordnung dadurch möglich, daß die Signalerzeu
gungsschaltung 4, bzw. der Zähler 33 so ausgelegt werden,
daß das Garende jeweils beim höchstmöglichen Stand des
Zählers 33 erreicht wird, so daß der Grenzwertmelder 8
entfallen kann, und das vierte Signal 10, durch welches
die Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit 9 angesteuert wird,
und welches das Ende der Kochdauer bedeutet, vom Zähler
33 bei Erreichen des höchsten Zählerstandes erzeugt wird
(z. B. Überlaufsignal).
Eine Möglichkeit zum automatischen Rücksetzen der Schal
tung in den Ausgangszustand ist in üblicher Weise durch
das Zurücksetzen des Zählers 33 auf Null möglich. Eine
entsprechende Anordnung ist die gleiche wie bereits bei
Fig. 4 beschrieben.
Es ist auch möglich, die Funktionen
der Schaltungsteile Signalerzeugungsschaltung 4, In
tegrationsstufe 6 und Grenzwertmelder 8 durch eine Anord
nung mit einem Mikroprozessor und geeigneter Peripherie
durchführen zu lassen. Eine entsprechende Schaltungsanord
nung ist in Fig. 6 dargestellt. Dabei wird als bevorzug
ter Baustein ein Intel 8022 verwendet, ein Einchip-Mikro
computer 39 mit zwei Analogeingängen AN 1, AN 2.
Die Eingänge XTAL 1, XTAL 2 des Mikrocomputers 39 werden
durch einen Schwingquarz 40 geeigneter Frequenz und
einen Widerstand 41 in Parallelschaltung miteinander ver
bunden. Weitere Eingänge AV CC , V CC und V AREF sind mit
einander verbunden und am ersten (positiven) Pol der
Spannungsversorgung angeschlossen. Ein Eingang RESET
ist über einen Kondensator 42 mit den Eingängen AV CC ,
V CC , V AREF verbunden und über eine Diode 43 mit Ein
gängen AV SS , V SS . Dieselben Eingänge AV SS und V ss sind
untereinander verbunden und über einen weiteren
Kondensator 44 mit einem Eingang SUBST, sowie mit dem
zweiten Pol der Spannungsversorgung. Der Heißleiter 15
wird zusammen mit einem Widerstand 45 als Spannungs
teiler zwischen die beiden Pole der Betriebsspannung
geschaltet, und der Mittelabgriff dieses Spannungstei
les mit dem Analogeingang AN 2 des Mikrocomputers 39
verbunden. An einem weiteren Analogeingang AN 1 wird
der Mittelabgriff eines Potentiometers 46 angeschlos
sen, welches als Spannungsteiler zwischen die Pole
der Betriebsspannung geschaltet ist. Die Ausgabe- und/
oder Anzeigeeinheit 9 ist mit der Datenleitung P 10 bis
P 17 und P 20 des Mikrocomputers 39 verbunden und außer
dem mit beiden Polen der Betriebsspannung. Dabei ist
natürlich auch ein Anschluß der Ausgabe- und/oder An
zeigeeinheit 9 an andere Datenleitungen P . . . des Mikro
computers möglich. Weiterhin ist auch der Anschluß zu
sätzlicher Eingabeelemente zur Eingabe von Daten in den
Mikrocomputer 39 möglich. Außerdem kann der Heißleiter 15
durch beliebige andere geeignete Temperatur- oder Druck
fühler ersetzt werden. Die Dimensionierung der Bauele
mente zur Beschaltung des Mikrocomputers 39 ist den je
weiligen Datenblättern entnehmbar.
Die Funktion dieser bevorzugten Schaltungsanordnung soll
im folgenden erläutert werden: Der Spannungsteiler aus
dem Widerstand 45 und dem Heißleiter 15 liefert eine Span
nung abhängig von der Temperatur des Heißleiters 15. Diese
Spannung wird durch einen im Mikrocomputer 39 inte
grierten Analog-Digital-Wandler in ein Digitalsignal um
gewandelt. Diesem Digitalsignal wird vom Mikrocomputer
39 pro Taktperiode ein entsprechender Temperaturwert,
bzw. ein entsprechender "Garwirkungs"-Wert zugeordnet,
wobei auch die Grenztemperatur ϑ′, wie zu Fig. 4 beschrie
ben, berücksichtigt werden kann. Die Taktfrequenz wird
dabei ebenfalls intern im Mikrocomputer 39 erzeugt und
ist durch externe frequenzbestimmende Bauteile, in diesem
Fall durch den Schwingquarz 40, festgelegt. Die "Garwir
kungs"-Werte, die in Form binärer Zahlen vorliegen, wer
den im Mikrocomputer 39 addiert. Die so erzeugte Zahl
kann über die Datenleitungen P 10 bis P 17 der Ausgabe- und/
oder Anzeigeeinheit 9 zugeführt und dort angezeigt werden.
Diese Zahl entspricht dem jeweiligen Garzustand des Gar
gutes. Weiterhin wird dieselbe Zahl fortlaufend mit einer
vorherbestimmten Zahl verglichen, welche dem gewünschten
Garzustand zum Ende der Kochdauer entspricht, und bei
Übereinstimmung oder Überschreitung ein Signal auf einer
weiteren Datenleitung, z. B. P 20, erzeugt, mit welchem
ebenfalls die Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit 9 ange
steuert wird. Dadurch wird ein Warn- oder Steuersignal
erzeugt, welches das Ende der Kochdauer anzeigt.
Mit einem Potentiometer 46, das ebenfalls als Spannungs
teiler geschaltet ist, können über einen weiteren Analog
eingang AN 1 des Mikrocomputers 39 zusätzlich Informatio
nen oder Anweisungen eingegeben werden. Dies geschieht
dadurch, daß durch den im Mikrocomputer 39 integrierten
Analog-Digital-Wandler jedem Spannungswert am Eingang AN 1
eine Digitalzahl zugeordnet ist, der ein bestimmtes Pro
gramm oder ein bestimmtes Programmteil entspricht. Damit
ist es möglich, bestimmte Garkurven 11, 12, 13 anzuwäh
len, oder aber den Gargrad zum Ende des Kochvorganges
individuell festzulegen. Darüberhinaus ist es auch mög
lich, den Mikrocomputer 39 mit zusätzlichen Schaltungen
zur externen Beeinflussung in üblicher Weise zu versehen.
Zum Rücksetzen der Schaltungsanordnung ist es möglich,
ein RESET-Programm vorzusehen, das die Speicher, in denen
die zum jeweiligen Garzustand gehörende Zahl gespeichert
ist, nach dem Einschalten der Schaltungsanordnung auf Null
setzt, oder aber wenn die Temperatur des Heißleiters 15
für eine bestimmte Zeit unterhalb der Grenztemperatur
liegt. Ferner ist es auch möglich, daß dieses RESET-Pro
gramm über die äußeren Bedienungselemente auslösbar ist,
zum Beispiel bei einer bestimmten Stellung des Potentio
meters 46. Für die Funktion der Ausgabe- und/oder Anzeige
einheit 9 gilt das gleiche, wie bei Fig. 4 beschrieben.
Die in den Fig. 4, 5 und 6 beschriebenen bevorzugten
Schaltungsanordnungen werden zusammen mit der Stromver
sorgung in einen Teil des Dampfdruckkochtopfes 1 einge
baut, zum Beispiel in den Griff oder in den Deckel. Es
ist dabei möglich, konventionelle elektronische Bauteile
zu verwenden, die wärmeisoliert in einem genügend kalten
Teil des Kochtopfes eingebaut werden, wobei dann nur der
Temperatur- oder Druckfühler 2 in geeigneter Weise am
Dampfdruckkochtopf 1 direkt angebracht werden müssen. Es
ist aber auch möglich, entsprechende kundenspezifische
Bauteile zu verwenden, die für genügend hohe Temperaturen
ausgelegt sind und die auch in heiße Teile des Dampfdruck
kochtopfes 1 eingebaut werden können.
Die zu den jeweiligen Schaltungsanordnungen gehörenden
Bedienungselemente bzw. Anzeigen können ebenfalls zum Bei
spiel in einem Griff des Dampfdruckkochtopfes 1 eingebaut
werden.
In einer weiteren Ausgestaltung dienen diese
Anzeigen zusätzlich zur Anzeige einer allgemein be
kannten Schaltung zur Kontrolle der Betriebsspannung, so
daß verbrauchte Batterien rechtzeitig ausgetauscht wer
den können.
Weiterhin ist neben einer akustischen oder optischen An
zeige des Endes der Kochdauer auch noch die Möglichkeit
gegeben, in üblicher Weise eine Steuerschaltung zum Ab
schalten der zum Betrieb des Dampfdruckkochtopfes 1 not
wendigen Wärmequelle vorzusehen, wobei die Übertragung
über eine Leitung oder aber drahtlos durch Infrarot
strahlung oder Ultraschall erfolgen kann.
Claims (13)
1. Elektronische Schaltung zur Überwachung des Garens von
Speisen in einem Dampfdruckkochtopf bei der durch
einen in geeigneter Weise am Dampfdruckkochtopf ange
brachten Temperatur- und/oder Druckfühler ein von der
oder den gewählten Meßgrößen abhängiges, elektronisch
verarbeitbares erstes Signal erzeugt wird, weiterhin
durch eine Signalerzeugungsstufe ein zweites Signal
erzeugt wird, welches abhängig ist von der oder den
gewählten Meßgrößen und außerdem von einer Funktion,
die den Einfluß der gewählten Meßgrößen auf die zeit
liche Dauer eines Garvorganges beschreibt, wobei mit
dem zweiten Signal eine Integrationsstufe angesteuert
wird, die abhängig davon ein drittes Signal abgibt,
das proportional dem zeitlichen Integral über dem
zweiten Signal ist, wobei dieses dritte Signal eine
Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit ansteuert,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Grenzwertmelder (8) von dem dritten Signal (7)
angesteuert wird und durch denselben ein viertes Signal
(10) zur Ansteuerung der Ausgabe- und/oder Anzeige
einheit (9) dann erzeugt wird, wenn der Wert des drit
ten Signals (7) einen vorgegebenen Wert erreicht und
daß ferner wahlweise an der Ausgabe- und/oder Anzeige
einheit (9) der Wert des dritten Signals (7) in ge
eigneter Weise fortlaufend angezeigt wird und daß
schließlich die Integrationsstufe (6) wie bekannt einen
zusätzlichen Schaltkreis enthält, durch welchen sie zu
Beginn oder zum Ende eines jeden Kochvorganges automatisch
auf Null zurückgestellt wird.
2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ansprechempfindlichkeit des Grenzwertmelders (8)
zur Einstellung des Gargrades des Gargutes am Ende des
Kochvorganges verändert werden kann.
3. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch das am Ende der Kochdauer durch die Ausgabe-
und/oder Anzeigeeinheit (9) erzeugte Signal die zum
Betrieb des Dampfdruckkochtopfes verwendete Wärme
quelle abgeschaltet wird.
4. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine zusätzliche Schaltung zur Überwachung der Be
triebsspannung vorgesehen ist, durch welche bei einem
Absinken der Betriebsspannung unter einen kritischen
Wert die Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit (9) ange
steuert wird.
5. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Signalerzeugungsschaltung (4) ein steuer
barer Oszillator, als Integrationsstufe (6) eine
Zählerschaltung und schließlich als Grenzwertmelder (8)
ein digitaler Vergleicher vorgesehen sind.
6. Elektronische Schaltung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalerzeugungsschaltung (4) neben
dem steuerbaren Oszillator eine Anpassungs- und
Umsetzschaltung umfaßt, durch welche das von dem
oder den Temperatur- und/oder Druckfühlern (2) er
zeugte Signal in ein zur Ansteuerung des Oszillators
geeignetes Signal umgewandelt wird.
7. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche
5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch den oder die Temperatur- und/oder Druck
fühler (2) der Oszillator so gesteuert wird, daß die
Frequenz der durch den Oszillator erzeugten Schwin
gungen abhängig ist von den jeweils gewählten Meß
größen, sowie von einer Kurve, die den Einfluß der
gewählten Meßgrößen auf die zeitliche Dauer des Gar
vorganges beschreibt, daß weiter die Anzahl der
Schwingungen mit einem digitalen Zähler gezählt werden,
daß außerdem der aktuelle Zustand des Zählers in einer
digitalen Vergleicherschaltung mit einer vorgegebenen
Zahl verglichen wird, und daß schließlich bei Über
einstimmung des aktuellen Zählerstandes mit der vor
gegebenen Zahl die Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit (9)
angesteuert wird, durch welche dann ein Signal zum Anzeigen des
Endes der Kochdauer erzeugt wird, und daß der aktuelle
Zählerstand durch die Ausgabe- und/oder Anzeigeein
heit (9) angezeigt wird.
8. Elektronische Schaltung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anpassungs- und Umsetzschaltung durch Veränderung
eines oder mehrerer Bauelemente umgeschaltet wird, derart, daß die
Frequenz der vom Oszillator erzeugten Schwingungen jeweils
von der Kurve abhängig ist, die den Einfluß
der gewählten Meßgrößen auf die zeitliche Dauer des
Garvorganges bei den einzelnen Gargütern beschreibt.
9. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalerzeugungsschaltung (4) aus einer
Taktgeberschaltung besteht und aus einer weiteren
Schaltung, die mit dem oder den Temperatur- und/oder
Druckfühlern (2) verbunden ist, wobei
pro Taktperiode ein Signal erzeugt wird, dessen Wert
abhängig ist von den jeweils gewählten Meßgrößen,
sowie von der Kurve, die den Einfluß der gewählten
Meßgrößen auf die zeitliche Dauer des Garvorganges
beschreibt.
10.Elektronische Schaltung nach dem Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Integrationsstufe (6) aus einer Addier
schaltung für digitale Zahlen besteht, und daß als
Grenzwertmelder (8) ein digitaler Vergleicher vorge
sehen ist.
11. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das durch die Signalerzeugungsschaltung (4) er
zeugte Signal aus digitalen Zahlen besteht, welche
durch die Addierschaltung fortlaufend addiert werden,
daß weiter durch den digitalen Vergleicher der ak
tuelle Stand der Addierschaltung mit einer vorgege
benen Zahl verglichen wird, daß bei Übereinstimmung
des aktuellen Standes der Addierschaltung mit der vor
gegebenen Zahl die Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit
angesteuert wird, durch welche dann ein geeignetes
Signal zum Anzeigen des Endes der Kochdauer erzeugt
wird, und daß schließlich wahlweise der aktuelle Stand
der Addierschaltung durch die Ausgabe- und/oder An
zeigeeinheit (9) angezeigt wird.
12. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die durch die Signalerzeugungsschaltung (4) erzeug
ten digitalen Zahlen in ihren Werten so eingestellt
sind, daß sie dem Einfluß von verschiedenen Gargütern
auf diejenige Kurve genügen, die den Einfluß der ge
wählten Meßgrößen auf die zeitliche Dauer des Garvor
ganges beschreibt.
13. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche
10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schaltkreis vorgesehen ist, durch welchen
die zum Vergleich mit dem jeweils aktuellen Stand
der Zähler- bzw. Addierschaltung vorgesehene
vorgegebene Zahl auf verschiedene Werte eingestellt
werden kann.
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