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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung
des Garprozesses in einem Dampfdruckkochtopf od. dgl.
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Die bisher allgemein üblichen Dampfdruckkochtöpfe erfordern zu ihrem
Betrieb vom Benutzer ein relativ hohes Maß an Mitwirkung. Dies bezieht sich im wesentlichen
auf folgende Funktionen: Die üblichen Ausführungen von Entlüftungsventilen gewährleisten
nur unter gewissen Voraussetzungen eine ausreichende Entlüftung des Topfes vor Beginn
des Koch- und Garprozesses. Bei ungenügender Entlüftung, d.h. bei Restluftanteilen
im Topf, gehen jedoch wesentliche Vorteile des Dampfgarens, nämlich bessere Vitaminerhaltung
sowie gleichmäßige Garraumtemperatur und kürzere Garzeit verloren. Da beim konventionellen
Dampfdruckkochtopf die Gartemperatur indirekt über den Druck im Topf eingestellt
wird, ergibt sich bei ungenügender Entlüftung eine geringere Gartemperatur.
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Deshalb wird z.B. dem Benutzer empfohlen, den Kochregler erst nach
ausreichendem Dampfaustritt zu schließen. Der Benutzer ist damit mehr oder weniger
gezwungen, den Ankochvorgang zu überwachen.
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Beim konventionellen Dampfdruckkochtopf muß der Benutzer die zum
Erreichen der gewünschten Koch-
und Garstufe erforderliche Heizleistung
selbst einstellen. Wegen der langen Verzugszeit des Garprozesses, bedingt durch
das Wärmespeichervermögen von Heizplatte, Topf, Wasser, Kochgut und Dampf, ist die
Aufgabe auf der Basis der verfügbaren Informationen (z.B.
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Überdruckanzeige) manuell nur sehr unbefriedigend lösbar. Im praktischen
Betrieb bedeutet dies, daß im allgemeinen zu viel Energie zugeführt wird, d.h. also,
daß zu lange zu viel geheizt wird, anschließend entweder der Topf von der Heizfläche
genommen und damit der Raum geheizt wird, oder einfach die Druckbegrenzungsventile
ansprechen und Dampf, d.h. Energie, abgeblasen wird. In vielen Fällen werden Dampfdruckkochtöpfe
sogar über längere Zeit mit ansprechenden, d.h.
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mit geöffneten Druckventilen betrieben. Damit ist ein erheblicher
Energieverlust, eine Geruchsentwicklung, sowie u.a. eine Qualitätsminderung wegen
der nunmehr lange einwirkenden, überhöhten Gartemperatur vorhanden. Ferner ist der
Benutzer von konventionellen Dampfdruckkochtöpfen für die Zeitnahme verantwortlich.
Das Kochen und Garen mit einem üblichen Dampfdruckkochtopf erfordert daher vom Benutzer
eine erhebliche Mitwirkung und Erfahrung.
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Verbunden mit der Schwierigkeit der manuellen Einstellung und Überwachung
des Dampfgarprozesses ist naturgemäß eine relativ geringe Reproduzierbarkeit des
Garvorganges, was sich letztlich qualitätsmindernd auswirkt bzw. nur grobe Garprozesse
erlaubt.
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Die bisher bekannten Vorschläge zur Verbesserung des Dampfgarens
berücksichtigen ausschließlich das geringere Problem der Zeitnahme.
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Aus der DE-OS 29 32 039 der Württembergischen Metallwarenfabrik ist
eine Einrichtung zum Steuern der Koch- bzw. Garzeit für Dampfdruckkochtöpfe mit
einem Temperatursensor bekannt, der bei Erreichen einer, gegebenenfalls vorwählbaren,
Grenztemperatur im Kochtopf ein Zeitglied auslöst, das nach Ablauf einer bestimmten
Zeit eine Anzeige betätigt, wobei das Zeitglied selbsttätig in Abhängigkeit von
der Temperatur bzw. dem Druck im Kochtopf zum Anpassen der Koch bzw. Garzeit an
die im Kochtopf bestehenden Druck- bzw. Temperaturverhältnisse steuerbar ist. Diese
Steuerungseinrichtung ist mit allen Schalt- und Anzeigeorganen in dem Dampfdruckkochtopf
selbst, und zwar im Haltegriff des Topfdeckels angeordnet, der auch noch eine elektronische
Energiequelle in Form einer Batterie enthält.
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Die DE-OS 30 04 088 der Firma Alfons Weiss KG zeigt eine Einrichtung
zum Überwachen des Garprozesses von Kochgut bei einem Dampfkochtopf mit einem Fühler,
welcher direkt oder über den Wasserdampfdruck die Temperatur im Kochtopf ermittelt,
und mit einem Zeitmesser, welcher durch den Fühler gesteuert wird. Diese Einrichtung
mit dem Zeitmesser, den Einstellwerken und Anzeigeorganen ist im Haltegriff des
Topfdeckels untergebracht.
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Schließlich ist aus der DE-OS 29 10 789 der Silit-Werke GmbH &
Co. KG bereits ein Kurzzeitmesser zur Kochzeitüberwachung bei Dampfdruckkochtöpfen
bekannt, dessen willkürlich einstellbare und selbsttätig ablaufende Meßvorrichtung
mit einer elektronischen Steuerung zur Aufnahme, zur Anzeige und zum Ablauf der
Meßzeit versehen ist. Dieser Kurzzeitmesser mit der elektronischen Meßvorrichtung
und allen Einstell-und Anzeigeorganen ist ebenfalls in den Deckelhandgriff des Dampfdruckkochtopfes
eingebaut.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur selbsttätigen
Steuerung des Garprozesses
und anderen Funktionen zu schaffen, welche die Mängel
der bisher bekannten Vorrichtungen bzw. Betriebsverfahren bei Dampfdruckkochtöpfen
vermeidet.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung
dadurch gelöst, daß ein mit einem Temperatursensor im Dampfdruckkochtopf und einem
Heizgerät verbundenen Steuergerät die Heizleistung jeweils so einstellt, daß der
Dampfdruckkochtopf vollständig entlüftet wird, zeit- und energieoptimal eine voreingestellte
Temperatur erreicht und über die vorgegebene Gardauer mit hoher Genauigkeit konstant
hält oder nach vorgegebenem Temperaturprofil regelt sowie nach Ablauf der Gardauer
selbsttätig abschaltet.
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Der Computer besteht zweckmäßig aus einem Mikrocomputer, vorzugsweise
einem Ein-Chip-Mikrocomputer oder einer entsprechenden kundenspezifischen Schaltung,
welche die ihm zugeführten Meßdaten erfaßt, nach einem Steuer- und Regelungsprogramm
verarbeitet und entsprechend die Heizleistung steuert sowie den jeweiligen Prozesszustand
anzeigt.
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Wesentlich für die Erfindung ist dabei auch die Lösung der Entlüftungsfrage,
wobei von einem vorzugsweise an oder im Topfdeckel des Dampfdruckkochtopfes angeordneten
Entlüftungsventil ausgegangen wird.
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Die Erfindung sieht nun vor, daß das Steuer- und Regelungsprogramm
des Computers den Garprozess so steuert, daß das Entlüftungsventil eine automatische
und vollständige Entlüftung des Topfes während des Garprozesses bewirkt.
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Die Vorrichtung besteht also grundsätzlich aus einem Heizgerät, einem
Steuerteil mit Bedien- und Anzeigefeld und Steuerelektronik, sowie im Topfdeckel
integrierten Sensoren. Die Verbindung zwischen den Sensoren im Topfdeckel und dem
Steuerteil kann über Kabel- oder drahtlose Verbindung (z.B. Infrarotübertragung)
erfolgen. Heizgerät und Steuerteil können in einem Gerät zusammengefaßt sein. Auch
eine Zusammenfassung von Kochtopf, Heizgerät und Steuerteil ist möglich.
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Mittels einer besonderen, über den Mikrocomputer oder einem speziellen
kundenspezifischen hochintegrierten Baustein des Steuerteils, realisierten Steuer-und
Regelstrategie ist es möglich, auf der Basis eines einzigen Temperatursensors den
Garprozeß im Kochtopf, nach Einstellung des gewünschten Garvorgangs (z.B. Betriebstemperaturstufe,
Zeitdauer) durch entsprechende Dosierung der zugeführten Heizleistung völlig selbsttätig
und optimal zu steuern. Die zugrundegelegte Steuer- und Regelstrategie gewährleistet
einen zeit-und energieoptimalen Betrieb des Kochtopfes mit hoher Reproduzierbarkeit
von Garprozessen. Die Strategie funktioniert unabhängig vom verwendeten Topf, der
Menge und Art des Kochgutes, sowie der unterschiedlichen Anfangsbedingungen (z.B.
Kochstellentempertur, Wasser-, Kochguttemperatur).
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Die gemäß dem vorstehend genannten Stand der Technik übliche Anordnung
der elektrischen Steuer-und Schaltvorrichtung im Deckelgriff des Dampfdruckkochtopfes
erscheint auf den ersten Blick einfach und naheliegend, hat aber praktisch erhebliche
Nachteile.
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Der im Deckelhandgriff verfügbare Raum ist naturgemäß gering, so daß
die Größe und Anzahl der dort unterbringbaren Meß-, Schalt- und Anzeigeorgane beschränkt
und schwierig ist. Die einzelnen Schalter, Drucktasten, Anzeiger und deren Beschriftungen
sind daher auch schwer erkennbar und können verwechselt werden. Ferner müssen die
Handgriffe und damit auch die Dampfdruckkochtöpfe speziell für die Zwecke der
elektronischen
Steuerung ausgebildet sein. Schwierig ist dabei auch das Problem der Energieversorgung,
z.B. die Unterbringung einer Batterie im Handgriff oder Deckel.
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Ferner müssen hohe Anforderungen an die Bauteile wegen der herrschenden
Temperatur, der Feuchte, der Dichtigkeit und der Reinigungsmöglichkeit gestellt
werden.
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Diese Schwierigkeiten können gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
dadurch vermieden werden, daß das elektronische Steuergerät ein von dem Dampfdruckkochtopf
getrenntes, selbständiges Gerät ist, welches lösbar mit dem Dampfdruckkochtopf,
insbesondere mit dem Temperatursensor desselben kuppelbar ist.
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Vorteilhaft besteht erfindungsgemäß das elektronische Steuergerät
aus einem separaten, den Computer mit allen elektrischen bzw. elektronischen Teilen
enthaltenden Tableau mit einer die Bedienungs- und Anzeigeorgane aufweisenden Schalttafel.
Dieses Gerät oder Tableau kann mit einer Kochplatte unmittelbar verbunden sein,
es kann aber auch z.B. in einen Küchenschrank eingebaut werden.
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Die bewußte Aufteilung der gesamten Koch- und Garvorrichtung in separate,jedoch
zu einer Einheit verbindbare Einzelgeräte, nämlich Dampfdruckkochtopf, Heizgerät
sowie Steuergerät hat den Vorteil, daß mehr Platz zur Unterbringung aller Teile
zur Verfügung steht und die Bedienung erleichtert wird. Vor allem kann das gesonderte
Tableau mit der Schalttafel praktisch beliebig viele elektrische bzw. elektronische
Teile und Vorrichtungen in sich aufnehmen und auf der Schalttafel die zugehörigen
Einstell- und Anzeigeorgane wie Schalter, Drucktasten und Sichtfenster od. dgl.
übersichtlich zeigen. Der Dampfdruckkochtopf kann auch ohne die elektronische Steuerung
in üblicher Weise verwendet werden. Dies gilt auch für das Heizgerät. Es können
also konventionelle Dampfdruckkochtöpfe verwendet werden. Die Energieversorgung
ist sehr einfach, ebenso die Reinigung und die Zugänglichkeit des elektronischen
Innenteils zwecks Einstellung, Austausch und Reparatur.
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Durch die Erfindung wird die Vorrichtung mit dem Dampfdruckkochtopf
zu einem Kochsystem mit geschlossenem Regelkreis ausgebildet, wobei die Schaltung
mit dem Computer oder Mikroprozessor das Heizgerät in Abhängigkeit von einem bestimmten
Programm regelt bzw. steuert. Mit einem entsprechenden Programm kann die Anordnung
als Automatik-Kochplatte neben dem Dampfgaren den verschiedensten Zwecken dienen,
z.B. Warmhalten, Kochen, Braten oder Auftauen des Kochgutes.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Steuer- und Regelungsstrategie,
sowie das entsprechende Gerätekonzept beinhaltet im übrigen folgende Vorteile: -
Einsparung von Arbeitszeit durch automatischen Ablauf des Garprozesses nach Einstellung
der gewünschten Betriebswerte bis zur Abschaltung, - Energiesparende Steuerung des
Garprozesses durch geeignet dosierte Energiezufuhr, ohne Ansprechen der Kochdruckbegrenzungsventile,
- Qualitätsverbesserung durch automatische Entlüftung, Regelung Gartemperatur. Berücksichtigung
unterschiedlicher Gartelllperatulweltigkeil bei der Ermittlung der Restgardauer
z.B. während der Ankochphase, Zeitüberwachung, - Erweiterung des Einsatzbereiches
durch erhöhte Genauigkeit des Prozeßablaufes, Realisierung spezieller Gartemperaturprofile,
- Erhöhte Bedienungssicherheit durch zusätzliche Maßnahmen zur Erfassung und Anzeige
von Bedienungsfehlern (z.B. richtiger Topfverschluß), - Voreinstellung eines gewünschten
Fertigzeitpunktes, - Reduktion der Geruchsentwicklung durch Vermeidung von ungewünschtem
Abblasen, - Unabhängigkeit aller Systemleistungen von Gargut, Topfgröße, Anfangstemperatur
des Gargutes, Heizplatte und Wasser durch adaptive Steuer- und Regelungsstrategie.
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Der im Dampfdruckkochtopf angeordnete, z.B. im Topfdeckel integrierte
Temperatursensor ist zweckmäßig durch ein Kabel mit Schnellkupplung mit dem Steuerteil
verbunden. Es könnte aber auch eine berührungslose Verbindung z.B. mittels Infrarot-
oder Ultraschallübertragung verwendet werden. Die Übertragung der Temperaturwerte
soll im allgemeinen nur bei Einstellung einer bestimmten Kochstufe am Dampfdruckkochtopf
möglich sein. Zu diesem Zweck kann in die Sensorleitung ein elektrischer Schalter
eingebaut sein, z.B. ein Reedkontakt mit Magnet im Kochregler. Dadurch und daß der
Kochregler des Dampfdruckkochtopfes in bekannter Weise nur auf die diversen Kochstufen
eingestellt werden kann, wenn die Stielgriffe von Topf und Deckel einander genau
gegenüberstehen, ist sichergestellt, daß nur ein ordnungsgemäß verschlossener Kochtopf
auf Druck kommen kann und bei unterschiedlich vorprogrammierten Betriebsdrücken
ein Ansprechen des bekannten mechanischen Überdruckventils nur im Störungsfalle
vorkommt.
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Im Bedien- und Anzeigefeld des Steuerteils sind sämtliche Bedienungs-
und Anzeigeelemente zur Einstellung von Kochbetriebsstufe, Garzeit, Fertigzeitpunkt
und zur Überwachung des Garprozesses sowie zweckmäßig auch eine Zeituhr untergebracht.
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Der Temperatursensor kann von einem Teil aufgenommen werden, der
im Topfdeckel angebracht wird und der gegebenenfalls auch ein Ventil, einen Druckanzeiger
usw. aufnehmen kann. Auch kann dort der Kabelanschluß für die Elektronik oder eine
Datenübertragungseinrichtung vorgesehen werden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen
beispielsweise veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt ein Einstell- und Schalttableau mit Kochplatte und aufgesetztem
Dampfdruckkochtopf, Fig. 2 zeigt das Gerät in einer Tisehversion, Fig. 3 zeigt das
Gerät in einer Einbauversion, Fig.4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der
Vorrichtung.
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Die Vorrichtung besteht beispielsweise aus einem Dampfdruckkochtopf
1 mit einem Topfdeckel 2 und zwei Haltegriffen, nämlich einem Topfhandgriff 3 und
einem Deckelhandgriff 4, die in geschlossener Stellung übereinander stehen, wenn
der Dampfdruckkochtopf verriegelt ist. Der Topf 1 und der Topfdeckel 2 sind zu diesem
Zweck in bekannter Weise mit ineinandergreifenden Segmentvorsprüngen 5 versehen
und um ihre senkrechte Mittelachse gegeneinander verdrehbar.
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Der Dampfdruckkochtopf 1, 2 steht auf einer elektrischen Kochplatte
6, welche auf der oberen Abdeckung 7 eines kastenförmigen Einstell- und Schalttableaus
8 angeordnet ist. Im Innercn des Tablcaus 8 sind alle erforderlichen elektrischen
und elektronischen Schalt- und Regelvorrichtungen wie z.B. ein Mikro-Computer und
die daran angeschlossenen elektrischen Leitungen untergebracht.
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Die Stirnseite des Tableaus 8 ist als Schalttafel 9 ausgebildet,
welche die zur Einstellung und Bedienung der Gesamtvorrichtung notwendigen Einstell-
und Anzeigeorgane aufweist, wie z.B. Drucktasten und zugehörige Beschriftungen.
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Das Einstell- und Schalttableau 8 ist mit einem im Topfdeckel 2 angeordneten
Temperatursensor durch ein Kabel 10 verbunden, welches lösbar z.B. an ein Steckteil
11, am Deckelhandgriff 4 anschließbar ist.
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Während Fig. 2 die auch in Fig. 1 verwendete Tischversion zeigt,
ist in Fig.3 eine Einbauversion veranschaulicht, bei der das Einstell- und Schalttableau
8 in einen Küchenherd 12 oder ein sonstiges Küchenmöbelstück eingebaut ist, so daß
nach außen nur die Schalttafel 9 erscheint.
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Fig. 4 zeigt das Blockbild des Steuerteils. Die Steuerung des Systems
erfolgt über einen als Kleinstprozessrechner betriebenen Mikrocomputerbaustein.
Auf diesem Mikrocomputersystem werden zum Teil gleichzeitig verschiedene Funktionen
(Programme), z.B. Temperaturmessung, Steuerung des Eingabedialogs über das Bedien-
und Anzeigefeld, sowie die Berechnung der erforderlichen Heizleistung durchgeführt.
Die Ansteuerung der Heizplatte erfolgt über ein vom Mikrocomputer angesteuertes
Leistungsstellglied. Die Einstellung der Heizleistung erfolgt abhängig von der eingestellten
Endtemperatur, der aktuellen, über den Tempertursensor gemessenen Ist-Temperatur
im Deckelbereich, dem zunächst unbekannten energetischen Anfangszustand, sowie der
ebenfalls zunächst unbekannten Kochgutmenge nach einer im Programm vorgegebenen
Steuer-und Regelstrategie. Diese ist so ausgelegt, daß einerseits der Dampfdruckkochtopf
über ein Standard-Entlüftungsventil ausreichend entlüftet wird und der Ankochvorgang
zeitoptimal ohne merkliches Überschwingen auf den eingestellten Temperaturwert steuert
und diese Temperatur auf + 2"C genau regelt. Während des gesamten Garprozesses wird
die temperaturabhängige Garwirkung durch entsprechende Gewichtung der Garzeit berücksichtigt
und auf die verbleibende Restgarzeit angerechnet. Nach Ablauf der eingestellten
Garzeit wird die Heizung abgeschaltet und die abgelaufene Zeit optisch und akustisch
signalisiert.
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Die Erfindung beschränkt sich im übrigen nicht auf die vorstehend
beschriebenen und in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsformen, sondern
sie umfaßt auch alle Varianten im Rahmen der wesentlichen Erfindungsmerkmale.