DE3544205C2

DE3544205C2 -

Info

Publication number: DE3544205C2
Application number: DE3544205A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Osaka Jp Tsuda; Masako Nara Jp Nogi
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1990-12-06
Also published as: KR900002781B1; JPS61143630A; GB2204427B; KR860005554A; GB2168503A; GB2204427A; GB8529733D0; GB8815033D0; GB2168503B; JPH0316572B2; US4692597A; DE3544205A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Erwärmung eines Objekts in einer Heizkammer eines Ofens mit Hilfe einer Heizeinrichtung, de ren Leistung aufeinanderfolgend während einer ersten Heiz periode auf einen ersten Leistungspegel, während einer zweiten Heizperiode auf einen zweiten Leistungspegel, der kleiner als der erste Leistungspegel ist, und während einer dritten Heizperiode auf einen dritten Leistungspegel einge stellt wird, der größer als der zweite Leistungspegel ist.

Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der US-PS 41 90 756 bekannt.

Aus der DE-OS 29 35 862 ist es weiterhin bekannt, einen Sensor zur Steuerung einer Heizeinrichtung innerhalb eines Kochgeräts vorzusehen, der auf Dampf- oder Gaspartikel an spricht, die sich innerhalb des Kochgeräts bilden.

Ferner ist es aus der US-PS 41 54 855 bekannt, über einen Fühler die absolute Feuchtigkeit festzustellen und entsprechende Heizeinrichtungen damit zu steuern, die innerhalb eines Kochgeräts angeordnet sind. Es ist außerdem aus der US-PS 43 83 158 bekannt, innerhalb eines Kochgeräts einen Gassensor anzuordnen, der mikroprozessorgesteuert einen Heizvorgang regelt.

Daß man über einen Mikroprozessor auch weiter Programme eingeben und sogenannte Einzelprogramme einstellbar gestal ten kann, ist aus der US-PS 43 94 557 bekannt, die eine Einstelleinrichtung in Block A und Block B zeigt, was ins besondere der Fig. 3 zu entnehmen ist. Mit Hilfe der Ein stellvorrichtung kann auch bestimmt werden, ob ein schwa cher oder starker Heizvorgang erfolgen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß insbesondere gefrorene und in unterschiedlichen Bereichen der Heizkammer angeordnete Objekte in kürzerer Zeit und auf die gleiche Abschlußtemperatur aufgeheizt werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß der dritte Leistungspegel so eingestellt wird, daß er kleiner als der erste Leistungspegel ist, die dritte Heizperiode beendet wird, wenn ein durch einen Fühler ermittelter Auf heizendzustand des Objekts detektiert worden ist, unmittel bar im Anschluß an die dritte Heizperiode eine vierte Heiz periode durchgeführt wird, die Leistung der Heizeinrichtung während dieser vierten Heizperiode auf einen vierten Lei stungspegel eingestellt wird, der kleiner als der dritte Leistungspegel ist, die vierte Heizperiode proportional zur Summe aus erster bis dritter Heizperiode eingestellt wird, und die Heizeinrichtung über alle Heizperioden permanent eingeschaltet bleibt.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung detektiert der Füh ler den Aufheizzustand dann, wenn das Objekt eine Endtemperatur erreicht hat.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin dung berechnet sich die vierte Heizperiode T 2 zu

T 2 = N × T 1

wobei N ein konstanter und von der Beschaffenheit des Ob jekts abhängiger Wert und T1 die Summe aus erster bis drit ter Heizperiode sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Zusammenhang zwischen einer Heiz periode und einem Fühlerausgang in einem Mikro wellenherd,

Fig. 2 den Zusammenhang zwischen einer Heiz periode und der Leistung eines Magnetrons in dem Mikrowellenherd,

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung, wie sie in dem Mikrowellenherd verwendet wird,

Fig. 4 ein Schaltbild des Mikrowellenherdes und

Fig. 5 eine Anordnung gefrorener Hamburger A bis F.

Zunächst wird eine Heizvorrichtung im Zusammenhang mit einem Mikrowellenherd beschrieben. Der Einsatz der Heizvorrichtung ist jedoch nicht auf Mikrowellenherde beschränkt. Die Heizvorrichtung kann selbstverständlich auch in verschiedenen anderen Heiz geräten verwendet werden.

Der Mikrowellenherd besitzt eine Heizeinrichtung 2, z. B. ein Magnetron, zur Erwärmung eines Objektes in einer Heiz kammer, einen Fühler 1 zur Ermittlung der Bedingungen in der Heizkammer, und eine Steuerschaltung 3 (zentrale Recheneinheit) zur Steuerung der Heizleistung entsprechend der Ausgangsgröße des Fühlers 1.

Der Fühler 1 kann ein Gasfühler zum Nachweis von Gas in der Heizkammer oder in der Abluft der Heizkammer, ein Feuchtemesser zum Nachweis von Feuchtigkeit oder Dampf in der Heizkammer oder in der Abluft der Heizkammer oder ein Thermometer, zum Beispiel ein Thermistor zum Nach weis einer Temperatur oder Wärme in der Heizkammer oder in der Abluft der Heizkammer sein.

Die Steuerschaltung 3 enthält einen Mikrocomputer, der das Aufheizende des zu erwärmenden Objektes in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Fühlers 1 berechnet und die Leistung der Heizeinrichtung 2 aufgrund des berechneten Aufheizendes steuert.

Der Mikrowellenherd enthält ferner Umschalter, um die Leistungspegel der Heizeinrichtung 2 zwischen dem Beginn einer Heizzeit t 1 und dem Zeit punkt des Aufheizendes t 2 umzuschalten. Der Beginn der Heizzeit t 1 ist ein Zeitpunkt, an dem die Erwärmung beginnt. Der Zeitpunkt des Aufheizendes t 2 ist zum Beispiel ein Zeitpunkt, an dem die Ausgangsgröße des Fühlers 1 einen Aufheiz endzustand H (z. B. eine Endtemperatur) meldet, der von der Qualität des zu erwärmenden Objektes und von seiner Größe abhängt.

Wenn die Heizeinrichtung 2 des Mikrowellenherdes in Betrieb genommen wird, so wird die Leistung des Magnetrons 2 von einem ersten Leistungspegel P 1 auf einen zweiten Leistungspegel P 2 und danach von dem zweiten Leistungspegel P 2 auf einen dritten Leistungs pegel P 3 mit Hilfe der Umschalter geändert. Der erste Leistungspegel P 1 und der dritte Leistungspegel P 3 sind höher als der zweite Leistungspegel P 2. Mit anderen Worten wird ein Hochspannungstransformator ein- und ausgeschaltet, um die Leistung des Magnetrons 2 zu erhöhen oder zu senken. Die Steuerschaltung 3 kann die Umschalter enthalten.

Der Mikrowellenherd mit Steuerschaltung 3 und Umschaltern wird nachfolgend näher beschrieben. Es ist auch eine Steuerschaltung 3 ohne Umschalter einsetzbar. Zunächst wird der Heizvorgang des Mikrowellenherdes im einzelnen erläutert.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird das Objekt in der Heiz kammer bei einem ersten Leistungspegel P 1 der Heizeinrichtung 2 vom Beginn der Heizzeit t 1 für eine erste Heizperiode TS 1 erwärmt. Der erste Leistungspegel P 1 ist der größte (100%) Leistungspegel der Heizeinrichtung.

Nach Erwärmung bei dem ersten Leistungspegel P 1 wird eine Erwärmung bei dem zweiten Leistungspegel P 2 für eine zweite Heizperiode TS 2 begonnen. Der zweite Leistungs pegel P 2 beträgt zum Beispiel etwa 10% des ersten Leistungspegels P 1. Nach der Erwärmung bei dem zweiten Leistungs pegel P 2 wird das Objekt bei dem dritten Leistungspegel P 3 der Heizeinrichtung für einen Zeitraum T bis zum Zeitpunkt t 2, wenn der Aufheizendzustand erreicht ist, erwärmt. Der dritte Leistungspegel P 3 beträgt zum Beispiel etwa 70% des ersten Leistungspegels P 1.

Nachdem der Aufheizendzustand erreicht ist t 2, wird eine zu sätzliche Erwärmung auf einem vierten Leistungspegel P 4 für eine weitere bzw. vierte Heizperiode T 2 begonnen. Der vierte Leistungspegel P 4 der Heizeinrichtung 2 beträgt zum Beispiel etwa 50% des ersten Leistungspegels P 1. Die weitere bzw. vierte Heizperiode T 2 wird von der Heizperiode T 1 vom Beginn der Heizzeit t 1 bis zum Zeitpunkt des Aufheizens t 2, wenn die Ausgangsgröße des Fühlers 1 die festgelegte Endtemperatur H erreicht, bestimmt. Die vierte Heizperiode T 2 wird folgender maßen berechnet:

T 2 = N × T 1,

wobei N ein konstanter Wert ist, der von der Beschaffenheit des Objektes, zum Beispiel des Nahrungsmittels, abhängt. Die Erwärmung mit dem vierten Leistungs pegel P 4 erfolgt daher im Zeitraum T 2 = N × T 1. Die Erwärmung zum Garen wird nach dem Zeitraum T 2 beendet.

Um das gefrorene Objekt aufzutauen, ist mindestens die Erwärmung bei dem ersten und zweiten Leistungspegel P 1, P 2 erforderlich.

Wenn die gefrorenen Hamburger nach Fig. 5 entsprechend der oben genannten Heizweise, einschließlich der Er wärmung mit vier Leistungspegeln, erwärmt werden, liegen die Abschlußtemperaturen der gefrorenen Hamburger A bis F etwa im Bereich zwischen 58°C bis 73°C, so daß sie eine günstige Temperaturverteilung besitzen.

Tabelle 1

Die gefrorenen Objekte werden durch Erwärmen bei dem ersten Leistungspegel P 1 ent sprechend etwa 100% Leistungspegel der Heizeinrichtung 2 bis zu einem gewissen Grad erwärmt und aufgebaut. Nach dem Er wärmen bei dem ersten Leistungspegel P 1 wird die Er wärmung bei dem zweiten Leistungspegel P 2 als Erwärmung mit niedrigerem Leistungspegel fortgesetzt, so daß sich die Wärme durch die Wärmeleitung des Objektes selbst in den inneren Teil des Objektes ausbreitet und sich eine gleichförmige Wärmeverteilung einstellt. Die erste Heiz periode TS 1 der Erwärmung bei dem ersten Leistungspegel P 1 und die zweite Heizperiode TS 2 der Erwärmung bei dem zweiten Leistungspegel P 2 liefern eine günstige Voraus setzung zum vorteilhaften Auftauen des gefrorenen Objektes. Während der Zeitdauer T wird das aufgetaute Objekt mit dem dritten Leistungspegel P 3 der Heizeinrichtung zum Garen erwärmt. In diesem Fall kann der Leistungspegel P 3 des Magnetrons während der Zeitdauer T, bevor die Ausgangs größe des Fühlers 1 die festgelegte Endtemperatur H er reicht, das heißt, bevor der Zeitpunkt t 2 erreicht ist, ein relativ hoher Leistungspegel P3 (z. B. etwa 70% des ersten Leistungspegels P1) sein. Der Dampf oder das Gas entweicht deutlich aus dem erhitzten Objekt (Nahrungsmittel), und die Ausgangsgröße des Fühlers 1 ändert sich merklich.

Wie oben beschrieben, enthält der Mikrowellenherd den Fühler 1 zur Ermittlung des Aufheizendzustandes des Objektes und die Umschalter, um die Leistung der Heizeinrichtung 2 zum Beispiel von dem ersten Leistungspegel P 1 auf den zweiten Leistungspegel P 2 und danach von dem zweiten Leistungspegel P 2 auf den dritten Leistungspegel P 3 umzu schalten, um eine günstige Bedingung für die Endtemperatur des Objektes zu erreichen.

In Fig. 4 ist eine Hochspannungsschaltung 4 mit einem Hoschspannungstransformator zur Erzeugung der Mikrowellen mit der Heizeinrichtung 2 (Magnetron) dargestellt. Die elektrische Leistung für die Hochspannungsschaltung 4 kommt aus dem kommerziellen Netz. Ein Gebläsemotor 5 dient dazu, den Dampf, die Hitze oder ähnliches in der Heizkammer durch Betrieb eines Gebläses zum Fühler 1, der sich in oder neben der Heizkammer be findet, zu fördern, damit der Fühler 1 das gewünschte Signal ermitteln kann. Der Gebläsemotor 5 und der Hochspannungs transformator der Hochspannungsschaltung 4 werden durch die Steuerschaltung 3 auf folgende Weise gesteuert. Ein zweiter Kontakt S 2, der mit dem Hochspannungstransformator in Serie liegt, wird ein- und ausgeschaltet, so daß die Leistungspegel des Magnetrons 2, basierend auf den EIN- und AUS-Schaltzeiten, geändert und umgeschaltet werden. Im vorliegenden Beispiel wird der Leistungspegel des Magnetrons 2 aus vier Leistungspegeln ausgewählt, die auf dem Verhältnis der EIN- und AUS-Schaltzeiten des zweiten Relaiskontaktes S 2 beruhen. Die vier Leistungspegel sind: Der erste Leistungspegel P 1 (z. B. etwa 100%), der zweite Leistungspegel P 2 (z. B. etwa 10%), der dritte Leistungspegel P 3 (z, B. etwa 70%) und der vierte Leistungspegel P 4 für die Zusatzheizung (z. B. etwa 50%). Wenn ein erster Relaiskontakt S 1, der mit dem Gebläsemotor 5 in Serie liegt, eingeschaltet wird, arbeitet der Fühler 1, um den Aufheizendzustand des erwärmten Objektes zu melden. Eine Sicherung ist mit 6 und ein erster und ein zweiter Sicher heitsschalter mit 7 und 8 bezeichnet.

Gemäß Fig. 3 enthält die Steuerschaltung 3 eine zentrale Recheneinheit CPU, einen Random-Access-Speicher RAM, einen Festwertspeicher ROM und Register a, b, c und d . Das Aus gangssignal des Fühlers 1 wird der CPU über einen Verstärker 9 und einen Analog/Digital (A/D)-Wandler 10 zugeführt, und das Ausgangssignal der CPU, das dem Ausgangssignal des Fühlers 1 folgt, wird den Treiberstufen 13 und 14 zugeführt. Die Treiberstufen 13 und 14 sind so ausgelegt, um die erste und zweite Relaisstufe 11 und 12 zu betreiben und um den ersten und zweiten Relaiskontakt S 1 bzw. S 2 ein- und aus zuschalten. Eine Tastatur 15 dient der Eingabe von In formation, die sich auf den Heizvorgang bezieht. Eine Anzeige 16 dient zur Anzeige der Heizbedingung, wie zum Beispiel der Temperatur des erwärmten Objektes. Darüber hinaus ist eine Anzahl von Menütasten vorgesehen, um zum Beispiel einen "Automatischen Heizvorgang" durch führen zu können.

Die Arbeitsweise des Mikrowellenherdes wird im Folgenden beschrieben. Wenn ein Wählsignal, das die Speisenart, z. B. gefrorene Hamburger, anzeigt, von der Tastatur 15 zur CPU gelangt, wird eine kodierte Seriennummer, die zu dem Objekt, das heißt zu den gefrorenen Hamburgern gehört, im RAM gespeichert. Wenn anschließend ein Startsignal für die Heizeinrichtung 2 über die Tastatur 15 eingegeben wird und zur CPU gelangt, werden die erste Heizperiode TS 1 im Register a, der erste Leistungspegel P 1 im Register b und eine Startaus gangsgröße des Fühlers 1 im Register c gespeichert. Die momentane Ausgangsgröße des Fühlers 1 wird zu jeder Zeit im Register d abgelegt. Wenn der Gar- und Heizvorgang beginnt, wird der Wert der ersten Heizperiode TS 1, der im Register a abgespeichert ist, jede Sekunde verringert. Nach der ersten Heizperiode TS 1 gibt das Register a ein Übertragungssignal aus. Das Übertragungssignal wird der CPU zugeführt. Dann werden die Daten der zweiten Heizperiode TS 2 und des zweiten Leistungspegels P 2 aus dem ROM ausge lesen und in die Register a bzw. b eingespeichert. Gleich zeitig beginnt die Erwärmung bei dem zweiten Leistungspegel P 2 in der zweiten Heizperiode TS 2. Nach der zweiten Heizperiode TS 2 gibt das Register a ein Übertragungssignal aus. Das Übertragungssignal wird der CPU zugeführt, wonach der Wert des dritten Leistungspegels P 3, der im ROM gespeichert ist, in das Register b eingespeichert wird. Die Erwärmung mit dem dritten Leistungspegel P 3 beginnt. In diesem Fall zählt das Register a vorwärts pro Sekunde, bis die Ausgangs größe des Fühlers 1 den zuvor festgelegten Wert H des Heiz endzustandes erreicht hat. Mit anderen Worten zählt das Register a vorwärts bis zum Zeitpunkt t 2, zu dem der Heiz endzustand erreicht ist, um die Zeitdauer T zu berechnen.

Die CPU ermittelt, ob die Ausgangsgröße des Fühlers 1 den festgelegten Wert des Heizendzustandes H erreicht hat. Wenn zum Beispiel die Differenz zwischen dem Wert im Register d und dem Wert im Register c gleich oder größer als ein vorher festgelegter Wert ist, wird entschieden, daß die Ausgangsgröße des Fühlers den vorher festgelegten Wert des Heizendzustandes H erreicht hat.

Wenn die Ausgangsgröße des Fühlers 1 den vorher festgelegten Wert des Heizendzustandes H erreicht hat, berechnet die CPU die vierte Heizperiode T 2 gemäß der folgenden Gleichung:

T 2 = N × (TS 1 + TS 2 + T) (1)

Dabei ist (TS 1 + TS 2 + T) der Zeitraum vom Beginn der Heiz zeit t 1 bis zum Zeitpunkt des Heizendzustandes t 2, während N eine zusätzliche Heizkonstante ist, die von der Art des Objektes abhängt.

Das Ergebnis von Gleichung (1) wird im Register a und dann der Wert des zusätzlichen Heizleistungspegels P 4 vom ROM im Register b abgespeichert. Die zusätzliche Heizung beginnt für den Zeitraum T 2 mit dem vierten Leistungspegel P 4. Das Erwärmen wird nach dem Zeitraum T 2 beendet.

Die Zeiträume TS 1 und TS 2 sind vorher nach Art des Objektes im ROM gespeichert. Der Wert des Aufheizend zustandes bzw. der Endtemperatur H ist ebenfalls je nach Art des Objektes im ROM gespeichert. Die Leistungspegel P 1, P 2, P 3 und P 4 sind vorher je nach Art des Objektes im ROM gespeichert.

Obgleich hier das EIN-AUS-Schalten des Hochspannungs transformators der Hochspannungsschaltung 4 durch den Ralais kontakt S 2 erfolgt, kann auch ein Zweiweg-Siliziumgleich richterelement verwendet werden.

Wie oben beschrieben wurde, enthält die Heizvorrichtung den Fühler 1, um Gas, Dampf, Feuchtigkeit, Temperatur oder ähnliches in der Heizkammer zu ermitteln und die Steuer schaltung 3, die auf die Ausgangsgröße des Fühlers 1 anspricht, um die Bedingung für den Aufheizendzustand des erwärmten Objektes zu berechnen und um die Leistungspegel der Heizeinrichtung 2 zu steuern. Daher werden im Zeitraum zwischen dem Beginn t 1 der Heizzeit und dem Zeitpunkt t 2, wenn der Fühler 1 den auf der Qualität und Menge des Objektes basierenden Aufheizendzustand H ermittelt, die Leistungspegel der Heizeinrichtung 2 einige Male durch die Umschalter geändert. Die Umschalter können in der Steuerschaltung 3 enthalten sein.

Das gefrorene Objekt wird durch den ersten Heizvorgang mit höherem Leistungspegel P 1 bis zu einem gewissen Grad erwärmt und aufgebaut. Nach dem ersten Heizvorgang mit höherem Leistungspegel P 1 wird der zweite Heiz vorgang mit niedrigerem Leistungspegel P 2 begonnen, so daß die Wärme des Objektes durch Wärmeleitung ins Innere des Objektes übertragen wird und sich so eine gleichmäßige Wärmever teilung einstellt. Der erste Heizvorgang mit dem höheren Leistungspegel P 1 und der zweite Heizvorgang mit dem niedrigeren Leistungspegel P 2 erzeugen eine günstige Auftauvoraussetzung, bei der das gefrorene Objekt günstig erwärmt und aufgetaut werden kann.

Ein Heizvorgang mit relativ hohem Pegel (dritter Leistungspegel P 3) wird vor dem Erreichen der End temperatur H begonnen, die vom Fühler 1 detektiert wird. Wenn der Heizvorgang mit dem relativ hohen bzw. dritten Leistungspegel P 3 begonnen wird, wird Dampf, Gas oder ähnliches in stärkerem Umfang von erwärmten Objekt abgegeben. Die Ausgangsgröße des Fühlers 1 ändert sich daher erheblich, so daß die Periodenänderungen zwischen dem Beginn t 1 der Heizzeit und dem Zeitpunkt t 2 der Endtemperatur reduziert werden können. Als Folge davon können die Schwankungen der Heizbedingungen für das Objekt verringert und ein günstiger Aufheizendzustand für das Garen erreicht werden.

Obgleich der erste, zweite, dritte und vierte Leistungspegel P 1, P 2, P 3 und P 4 der Heizeinrichtung 2 im Ausführungs beispiel etwa 100%, etwa 10%, etwa 70% und etwa 50% betragen, sollen die Leistungspegel nicht auf diese Werte be schränkt sein. Sie können vielmehr in geeigneter Weise verändert werden.

Claims

1. Verfahren zur Erwärmung eines Objekts in einer Heiz kammer eines Ofens mit Hilfe einer Heizeinrichtung (2), de ren Leistung aufeinanderfolgend während einer ersten Heiz periode (TS 1) auf einen ersten Leistungspegel (P 1), während einer zweiten Heizperiode (TS 2) auf einen zweiten Lei stungspegel (P 2), der kleiner als der erste Leistungspegel (P 1) ist, und während einer dritten Heizperiode (T) auf ei nen dritten Leistungspegel (P 3) eingestellt wird, der größer als der zweite Leistungspegel (P 2) ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- der dritte Leistungspegel (P 3) so eingestellt wird, daß er kleiner als der erste Leistungspegel (P 1) ist,
- die dritte Heizperiode (T) beendet wird, wenn ein durch einen Fühler (1) ermittelter Aufheizendzustand des Ob jekts detektiert worden ist,
- unmittelbar im Anschluß an die dritte Heizperiode (T) ei ne vierten Heizperiode (T 2) durchgeführt wird,
- die Leistung der Heizeinrichtung (2) während dieser vier ten Heizperiode (T 2) auf einen vierten Leistungspegel (P 4) eingestellt wird, der kleiner als der dritte Lei stungspegel (P 3) ist,
- die vierte Heizperiode (T 2) proportional zur Summe (T 1) aus erster bis dritter Heizperiode (TS 1, TS 2, T) einge stellt wird, und
- die Heizeinrichtung (2) über alle Heizperioden permanent eingeschaltet bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (1) den Aufheizendzustand dann detektiert, wenn das Objekt eine Endtemperatur (H) erreicht hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß sich die vierte Heizperiode (T 2) zu T 2 = N × T 1errechnet, wobei N ein konstanter und von der Beschaffen heit des Objekts abhängiger Wert und T 1 die Summe aus er ster bis dritter Heizperiode (TS 1, TS 2, T) sind.