DE2949890C2 - - Google Patents

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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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Tilman Dipl.-Ing. 8524 Neunkirchen De Krueger
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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 ϑϑ ϑ
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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