DE4115489A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines back-/bratvorgangs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines back-/bratvorgangs

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Ulrich Dr Sillmen
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    • F24C7/087—Arrangement or mounting of control or safety devices of electric circuits regulating heat
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Back-/Bratvorgangs in einem Backofen mit einer Vorrichtung zur Beendigung des Back-/Bratvorgangs bei Erreichen eines einstellbaren Endwertes, wie Back-/Bratdauer oder End­ kerntemperatur, sowie mit einer Vorrichtung zum Abschalten der Heizenergie vor Erreichen des eingestellten Endwertes.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens in einem Backofen mit einer Backmuffel, mit Heizelementen, mit einem Bedienfeld mit Drehwahlschaltern und/oder Druckschaltern, und mit einer Mikroprozessorsteuerung.
Es ist bei Backöfen allgemein bekannter Stand der Technik, diese mit einer Zeitschaltuhr oder mit einem Kerntempera­ tursensorspieß auszustatten. Bei solchen Backöfen kann der Benutzer einen Endwert, eine Zeit oder eine Temperatur, einstellen. Danach muß der Back-/Bratvorgang nur noch ge­ startet werden. Eine Kontrolle des Back-/Bratgutes erübrigt sich, die Abschaltung der Heizenergie erfolgt automatisch.
Da eine Backmuffel gut wärmeisoliert ist, wird die durch die Heizelemente des Backofens erzeugte Temperatur auch nach dem Abschalten der Heizenergie noch eine ganze Weile aufrechterhalten. Es wird angestrebt, diese "Restwärme" bei einem Back-/Bratvorgang zu nutzen und die Zufuhr von Heizenergie bereits vor Erreichen des vom Benutzer einge­ stellten Endwertes zu unterbrechen.
Aus der DE-PS 33 13 957 ist eine Steuereinrichtung bekannt, welche die Heizenergie bei einem Back-/Bratvorgang unabhängig von der vom Benutzer eingestellten Gesamtgarzeit eine festgesetzte Zeitspanne vor Ablauf dieser Ge­ samtgarzeit zu-/abschaltet. Als gebräuchliche Zeitspanne wird hier ein Wert von 30 min beschrieben. Ein großer Nachteil dieser Steuereinrichtung besteht darin, daß sie nicht die unterschiedliche Dauer von Back-/Bratvorgängen - z. B. Biskuitteig 10 min Rinderbraten 90 min - berück­ sichtigt. Außerdem ist eine solche Steuereinrichtung nicht in Backöfen einsetzbar, bei welchen der Benutzer als Ab­ schaltkriterium eine mit einem Temperatursensorspieß ge­ messene Kerntemperatur einstellt.
Der Erfindung stellt sich somit daß Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchen auf vielsei­ tige Art und Weise zur Energieeinsparung bei Back-/Brat­ vorgängen beigetragen werden kann.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine Vorrichtung mit den in Patentanspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den nachfolgenden Un­ teransprüchen.
Die mit der erfindungsgemäßen Ausbildung erreichbaren Vor­ teile bestehen darin, daß ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Einsparung von Energie geschaffen werden, bei welcher einerseits die unterschiedliche Dauer bei Back- und Bratvorgängen berücksichtigt wird und welche andererseits in Geräten einsetzbar sind, bei welchen als Abschaltkrite­ rium für einen automatischen Back-/Bratvorgang sowohl Zei­ ten als auch Temperaturen einstellbar sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnun­ gen rein schematisch dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisierte Blockschaltbilddarstellung mit einer Bedienvorrichtung und einer Mikroprozessorsteuerung bei einem erfindungsgemäß ausgestatteten Backofen;
Fig. 2 den Programmablaufplan eines Back-/Bratvorgangs bei einem erfindungsgemäß ausgestatteten Backofen.
Die in Fig. 1 dargestellte Bedieneinrichtung eines erfin­ dungsgemäß ausgestatteten Herdes besteht aus einem Bedien­ feld (1) mit einem Funktionswahlschalter (2), mit einem Temperaturwahlschalter (3), mit einer Schaltuhr (4) und mit einer Energiespartaste (5).
Mit dem Funktionswahlschalter (2) können Funktionen wie z.B Ober-/Unterhitze gewählt werden, der Temperaturwahl­ schalter (3) dient zum Einstellen von Backmuffeltemperatu­ ren.
Die Schaltuhr (4) dient zum Einstellen eines automatischen Backvorgangs und besteht aus einem Anzeigenfeld (6), Druck­ schaltern (7a, 7b) und einem Impulsgeber.
Mit den Druckschaltern (7a, 7b) sind folgende Funktionen zur Automatisierung eines Back-/Bratvorgangs wählbar:
  • - zeitgesteuertes Backen/Braten (7a);
  • - temperaturüberwachtes Backen/Braten (7b).
Diesen beiden Funktionen wird durch einen Impulsgeber (8) ein Endwert, eine Zeit oder eine Temperatur zugeordnet, bei dessen Erreichen der Back-/Bratvorgang beendet wird.
Die Mikroprozessorsteuerung des Backofens beinhaltet eine Programmsteuerung (PS) und eine Steuerschaltung (ST) zur Ausführung der Energiesparfunktion. Die Programmsteue­ rung (PS) regelt die Temperatur im Backofen durch Ansteue­ rung der Heizkörper (9) und steuert weitere Vorgänge wäh­ rend des Back-/Bratvorgangs. Hierzu steht sie mit den Sen­ soren und Verbrauchern des Backofens über Steuerleitungen und Signalleitungen in Verbindung. Zur Erfassung der Back­ muffeltemperatur dient ein Thermosensor (10), zur Erfassung der Kerntemperatur ein Temperatursensorspieß (12). Das Ende des Backvorgangs wird durch ein mit einem Lautsprecher (11) erzeugten Akustiksignal angekündigt.
Die Steuerschaltung (ST) ist in der Mikroprozessorsteuerung des Herdes integriert angeordnet. Sie wird durch die Energiespartaste (5) aktiviert und berechnet einen Zeit­ punkt zum Abschalten der Heizenergie, welcher vor dem Er­ reichen des mit der Schaltuhr (4) eingestellten Endwertes, also vor dem eigentlichen Ende des Back-/Bratvorganges liegt. Die Steuerschaltung (ST) erhält Signale vom Tempe­ ratursensorspieß (12) und der Schaltuhr (4) und steuert parallel zur Programmsteuerung (PS) die Heizkörper (9) an.
Fig. 2 zeigt den Programmablauf eines Back-/Bratvorgangs bei eingeschalteter Energiesparfunktion. Dabei werden nur die Aktionen beschrieben, die für die von der Steuerschal­ tung (ST) ausgeführten Programmschritte relevant sind. Die Funktion der Programmsteuerung (PS) ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und soll deshalb nicht näher beschrieben werden.
Die Steuerschaltung (ST) wird durch Drücken der Energie­ spartaste (5) aktiviert. Zuvor seien mit dem Funktions­ wahlschalter (2) eine Beheizungsart und mit dem Tempera­ turwahlschalter (3) eine Backmuffeltemperatur eingestellt worden. Die Steuerschaltung (ST) überprüft zuerst, welche Funktion mit der Schaltuhr (4) gewählt worden ist.
Wurde zeitgesteuertes Backen/Braten (7a) gewählt, d. h. es wurde eine Back-/Bratdauer gewählt, multipliziert die Steuerschaltung (ST) diese Zeit (tend) mit einer Konstan­ ten (k), welche kleiner als Eins ist, und ermittelt mit der berechneten Zeit den Abschaltzeitpunkt (tab). Ist dieser erreicht, wird die Heizenergie abgeschaltet. Nach Ablauf der vom Benutzer eingestellten Zeit (tend) ertönt ein Summton, um das Ende des Back-/Bratvorgangs anzuzeigen.
Eine weitere, in den Zeichnungen nicht dargestellte Mög­ lichkeit zur Durchführung der Energiesparfunktion beim zeitgesteuerten Backen/Braten ist die Multiplikation der Zeit (tend) der gewählten Back-/Bratdauer mit einem von der eingestellten Gardauer abhängigen Faktor. Setzt man diesen bei Zeiten, die z. B. unter 10 min liegen, gleich Eins, so wird die Energiesparfunktion bei solch kurzen Back-/Brat­ zeiten außer Kraft gesetzt.
Wurde temperaturüberwachtes Backen/Braten (7b) gewählt, also eine Endkerntemperatur (KTend) eingestellt, so spei­ chert die Steuerschaltung (ST) die mit dem Temperatur­ sensorspieß (12) gemessenen Werte (KTm) zu jeweils diskre­ ten Zeitabschnitten (tm) und berechnet zur jeweils aktu­ ellen Zeit die Steigung d/dt und höhere Ableitungen des Kerntemperaturverlaufs nach der Zeit. Dabei ist es sinn­ voll, nach der zweiten bzw. dritten Ableitung abzubrechen. Mit diesen Informationen wird durch Bildung einer Taylor­ reihe der Kerntemperaturverlauf über den aktuellen Zeit­ punkt hinaus für ein festgesetztes Zeitintervall (tD) be­ rechnet. Dieses Zeitintervall (tD) ist ein empirisch er­ mittelter Wert, welcher in der Größenordnung um 10 Minuten liegt. Die Steuerschaltung vergleicht den berechneten Kerntemperaturwert (KTcalc) mit der eingestellten Endkerntemperatur (KTend). Ist der berechnete Kerntempera­ turwert (KTcalc) größer als die Endkerntemperatur, so wird die Heizenergie abgeschaltet. Nach Erreichen dieser Temperatur (KTend) ertönt ebenfalls ein Summton, um dem Benutzer das Ende des Back-/Bratvorgangs anzuzeigen.
Ist mit der Schaltuhr (4) keine Funktion gewählt worden, erkennt die Steuerschaltung (ST) einen Handbetrieb und führt keine weiteren Programmschritte aus.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung eines Back-/Bratvorgangs in einem Backofen mit einer Vorrichtung zur Beendigung des Back-/Bratvorgangs bei Erreichen eines einstellbaren End­ wertes, wie Back-/Bratdauer oder Endkerntemperatur, sowie mit einer Vorrichtung zum Abschalten der Heizenergie vor Erreichen des eingestellten Endwertes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (ST) in Abhängigkeit von Größe und Art des eingestellten Endwertes den Abschaltpunkt der Heizenergie berechnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (ST) bei Einstellung einer Back-/ Bratdauer als Endwert einen Zeitpunkt (tab) als Abschalt­ punkt durch Multiplikation der Zeit (tend) der eingestell­ ten Back-/Bratdauer mit einem konstanten Faktor (k) er­ rechnet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (ST) bei Einstellung einer Back-/ Bratdauer als Endwert einen Zeitpunkt (tab) als Abschalt­ punkt durch Multiplikation der Zeit (tend) der eingestell­ ten Back-/Bratdauer mit einem von der eingestellten Gar­ dauer abhängigen Faktor berechnet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung eines Tem­ peratursensorspießes (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (ST) bei Einstellung einer End­ kerntemperatur (KTend) aus während des Backprozesses ge­ messenen Kerntemperaturwerten (KTm) die maximale Kerntem­ peratur (KTmax) berechnet, die bei Abschalten der Heize­ nergie erreichbar ist und als Abschaltpunkt den Zeitpunkt festsetzt, bei welchem die berechnete maximale Kerntempe­ ratur (KTmax) gleich der eingestellten Endkern­ temperatur (KTend) ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (ST) den Abschaltpunkt durch Bil­ dung einer Taylorreihe mit den gemessenen Kerntempera­ turwerten (KTm) berechnet.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (ST) durch eine Energiesparta­ ste (5) aktiviert wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 in einem Backofen mit einer Backmuffel, mit Heizelementen (9), mit einem Bedien­ feld (1) mit Drehwahlschaltern und/oder Druckschaltern, und mit einer Mikroprozessorsteuerung, gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung (ST), mit welcher der Abschaltpunkt der Heizenergie in Abhängigkeit von Größe und Art des eingestellten Endwertes berechenbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (ST) als ein Bestandteil der Mikroprozessorsteuerung ausgebildet ist.
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