DE4217749A1 - Verfahren zur Steuerung der Backmuffeltemperatur - Google Patents

Verfahren zur Steuerung der Backmuffeltemperatur

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Backmuffeltemperatur in ei­ nem Backofen oder Mikrowellen-Kombinationsgerät mit Heizkörpern, wie beispielsweise Oberhitze, Unterhitze, Umluftheizung oder Grillheizung, bei welchem mit einem oder mehreren Wahlschaltern Beheizungsarten bzw. Funktionen und ein Backmuffeltemperatur-Endwert eingestellt wird, bei welchem von einem Temperatursensor Backmuffeltemperatur-Meßwerte erfaßt werden und in einer Regelschaltung weiterverarbeitet werden, und bei welchem der Backmuffeltemperatur-Endwert mit beheizungsartspezifischen Korrekturwerten beaufschlagt wird, welche aus einem Datenspeicher abgerufen werden.
In Backöfen werden zur Erfassung der Backmuffeltemperatur unterschiedliche Sensoren eingesetzt. Die von diesen Sensoren gemessene Temperatur stimmt im allgemeinen nicht mit der realen Backmuffeltemperatur nach DIN 44 547 (Messung mit schwarzer Platte - Messung der Strahlungsanteile) oder IEC-Norm 350 (offene Messung - keine Messung der Strahlungsanteile) überein. Somit entsteht für einen geschlossenen Temperatur-Regelkreis zwischen eingegebenem Temperatur- Sollwert und der ausgeregelten Backmuffeltemperatur ein Offset, welcher von der Beheizungsart abhängig ist.
Bei der bisher üblichen elektromechanischen Regelung wurde dieser Offset bei der Schalterbeschriftung berücksichtigt, wobei üblicherweise eine Mittelung über die verschiedenen Betriebsarten folgte. Somit wurden bei einigen Betriebsarten falsche stationäre Backmuffeltemperaturen ausgeregelt.
Aus der EP 0 291 302 ist es bekannt, den Offset in Abhängigkeit von der Behei­ zungsart mit Hilfe eines elektronischen Reglers zuzuführen. Dies ermöglicht ein Anzeigen der genauen Backmuffeltemperatur. Der Nachteil des vorbeschriebenen Verfahrens besteht darin, daß nur die stationäre Backmuffeltemperatur in eingeschwungenem Zustand korrigiert werden kann. Hierdurch ergeben sich, abhängig von der Beheizungsart, entweder verlängerte Aufheizzeiten oder ein unvermeidbares Überschwingen.
Der vorliegenden Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Verfahren zur Rege­ lung der Backmuffeltemperatur zu schaffen, bei welchem zu jeder Zeit und für jede Beheizungsart das vom Benutzer gewünschte Temperaturverhalten ausge­ wählt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
Die mit der erfindungsgemäßen Ausbildung erreichbaren Vorteile bestehen darin, daß zu jeder Zeit, insbesondere während der Aufheizphase, ein von der Beheizungsart unabhängiges Temperaturprofil erzeugt werden kann. Dies ist besonders bei automatischen Back- und Bratprogrammen von Vorteil. Beim Braten von Fleisch kann auf diese Weise ein gezieltes Überschwingen der Backmuffeltemperatur gewählt werden, um eine Anbratphase zu erreichen. Dagegen ist es beim Backen von Hefeteig sinnvoll, durch ein Unterschwingen und eine langsame Annäherung der Backmuffeltemperatur an den eingestellten Sollwert das Aufgehen des Hefeteigs zu verbessern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Die schematische Darstellung eines Backofens;
Fig. 2 den Signalflußplan einer Regelung der Backmuffeltemperatur nach dem Stand der Technik (EP-A2 0 291 302);
Fig. 3 den Signalflußplan einer erfindungsgemäßen Regelung der Backmuffeltemperatur;
Fig. 4 den Verlauf der Backmuffeltemperatur bei einer Regelung ohne Offset;
Fig. 5 den Verlauf der Backmuffeltemperatur bei einer Regelung gemäß Fig. 2;
Fig. 6a-d den Verlauf der Backmuffeltemperatur bei einer erfindungsgemäßen Regelung nach Fig. 3 für unterschiedliche Betriebsarten.
Fig. 1 zeigt einen Backofen mit einer Backmuffel (1), welche durch Heizkörper zur Erzeugung von Unterhitze (2), Oberhitze (3) und durch einen Ringheizkörper (4) mit einem Umluftgebläse (5) beheizt wird. Die Heizkörper sind einzeln oder in Kombination miteinander mit oder ohne Umluftgebläse einschaltbar. Im oberen Bereich der Backmuffel (1) befindet sich ein Temperatursensor (6).
Das Einschalten der Heizkörper erfolgt in Abhängigkeit von der Einstellung über das Bedienfeld (7). Hierzu ist ein Temperaturwähler (8) zur Einstellung eines Backmuffeltemperatur-Sollwertes (XSE) und ein Funktionswähler (9) zur Einstellung eines Back/-Bratprogramms vorgesehen. Die wählbaren Funktionen (F) entsprechen entweder einer Kombination bestimmter Heizelemente, z. B. Oberhitze pur oder Umluftbacken, oder aber einer zusätzlich zur Kombination vorherbestimmten Leistungsabgabe der Heizelemente, z. B. bei automatischen Brat- oder Auftauprogrammen.
Die Abstufung der Leistungsabgabe ist aus dem Stand der Technik bekannt und kann sowohl durch die Verschaltung der Heizkörper an sich als auch durch eine Taktung über Leistungssteller erfolgen. Zur Schaltung der Heizkörper und zur Re­ gelung der Backmuffeltemperatur (BMT) dient ein elektronisches Steuerteil (ST).
In Fig. 2 ist der Signalflußplan einer Regelung der Backmuffeltemperatur nach dem Stand der Technik (EP 0 291 302) dargestellt.
Das Übergangsverhalten der Regelstrecke Backmuffel (1) sei vereinfachterweise als das eines Verzögerungsgliedes zweiter Ordnung angenommen. Als Regler wird ein Zweipunktregler (10) verwendet. Der mit dem Temperaturwähler (8) eingestellte Sollwert (XSE) wird über eine Summierstelle (11) mit einem von der Funktion (F) abhängigen Offset (OS) beaufschlagt. Dieser korrigierte Reglersollwert XSR wird dem Temperaturregelkreis als Führungsgröße zugeführt. Anstelle des Zweipunktreglers (10) ist ebenso die Verwendung eines stetigen bzw. quasistetigen Reglers denkbar.
Fig. 3 zeigt den Signalflußplan einer erfindungsgemäßen Regelung der Backmuf­ feltemperatur (BMT); In einem ersten Datenspeicher (13) sind Offsetwerte für die Aufheizphase (OSA) und in einem zweiten Datenspeicher (14) Offsetwerte für die stationäre Phase (OSH) abgelegt. Die Offsetwerte sind in Versuchsreihen für die jeweilige Funktion (F), also die Beheizungsart oder bestimmte Back/-Bratprogramme, ermittelt worden und als Parametersätze in Form von betriebszustandabhängigen Geradengleichungen
OSx = mx * XSE + bx
mit empirisch ermittelten und für jede Betriebsart unterschiedlichen Koeffizienten Mx und bx gespeichert. Bei größerem Anspruch an die Genauigkeit können Polynome höheren Grades angewendet werden.
Die Umschaltung der Offsetwerte erfolgt durch eine Auswerteschaltung (A) in Ab­ hängigkeit von der Regeldifferenz. Dabei ist der Summierstelle ein Übertragungsglied (12) mit einem ebenfalls von der angewählten Funktion (F) abhängigen und durch die Auswerteschaltung (A) bestimmten Übertragungsverhalten vorgeschaltet. So kann wahlweise ein Verzögerungsglied bzw. Tiefpaßfilter 1. oder höherer Ordnung oder ein Integralglied bzw. Rampengeber mit variabler Verzögerungszeit bzw. Zeitkonstante eingesetzt werden.
Eine andere, in den Zeichnungen nicht dargestellte Möglichkeit kann eine zeitgesteuerte Umschaltung vom einen auf den anderen Offsetwert sein, wobei die Umschaltzeit vom eingestellten Sollwert abhängig ist.
Weiterhin ist es möglich, durch eine Umschaltung auf einen anderen Parameter­ satz eine wahlweise Anpassung der Backmuffeltemperatur an die unterschiedli­ chen Meßverfahren nach DIN 44 547 oder IEC-Norm 350 zu erreichen.
In Fig. 4 ist der Temperaturverlauf ohne aufgeschalteten Offset (OS) zu erkennen. Hierbei entsteht eine Abweichung zwischen dem eingestellten Sollwert XSE und der Backmuffeltemperatur (BMT).
Der in Fig. 5 dargestellte Temperaturverlauf entsteht bei einer Regelung nach dem Stand der Technik (EP-A2 0 291 302) gemäß Fig. 2. Die Backmuffeltemperatur (BMT) steigt in der Aufheizphase auf den eingestellten Sollwert (XSE) und zeigt anschließend ein ungewolltes Überschwingen. Danach folgt die stationäre Phase, in der die Backmuffeltemperatur (BMT) um den ein­ gestellten Sollwert (XSE) schwingt.
In den Fig. 6a-d sind Verläufe der Backmuffeltemperatur (XSE) bei einer erfindungsgemäßen Regelung der Backmuffeltemperatur (BMT) in verschiedenen Backprogrammen dargestellt. Fig. 6a zeigt den Temperaturverlauf bei Eingabe von zwei verschiedenen Offsets und einem Verzögerungsglied erster Ordnung mit einer Zeitkonstante, die größer als Null gewählt ist, als Übergangsfunktion. Letztere eliminiert das Überschwingen. Hierdurch ergibt sich der Regler-Sollwert XSR während des Einschwingens als Exponentialfunktion.
Der Temperaturverlauf gemäß Fig. 6b verhält sich ähnlich wie der vorbeschriebene, wobei jedoch ein erhöhter Betrag des Anfahr-Offsets OSA aufgeschaltet und der Betrag der Zeitkonstante des Verzögerungsgliedes vergrößert wurde. Hierdurch stellt sich ein verzögertes Einschwingen ein, wie es zum Beispiel für das Aufgehen von Hefe gewünscht ist.
Fig. 6c zeigt den Temperaturverlauf für das Braten von Fleisch. Durch das gezielte Überschwingen wird ein schnelles Anbraten erreicht. Grundsätzlich ist das Verhalten nach dem Umschalten der Offsetwerte identisch mit dem in Fig. 6b, jedoch durch eine Vorzeichenumkehrung des Anfahr-Offsets um die XSE-Linie gespiegelt.
Der Temperaturverlauf gemäß Fig. 6d verhält sich ähnlich wie der vorbeschriebene, wobei jedoch zur Optimierung des Anbratvorgangs (kurzzeitige Anbratspitze) eine sprungartige Umschaltung zwischen den Offsetwerten gewählt wurde. Hierzu wurde die Zeitkonstante der als Verzögerungsglied erster Ordnung ausgebildeten Übertragungsfunktion (12) zu Null gesetzt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regelung der Backmuffeltemperatur in einem Backofen oder Mikrowellen-Kombinationsgerät mit Heizkörpern, wie beispielsweise Oberhitze, Unterhitze, Umluftheizung oder Grillheizung, bei welchem mit einem oder mehreren Wahlschaltern Beheizungsarten bzw. Funktionen und ein Backmuffeltemperatur-Endwert eingestellt wird, bei welchem von einem Temperatursensor Backmuffeltemperatur-Meßwerte erfaßt werden und in einer Regelschaltung weiterverarbeitet werden, und bei welchem der Backmuffeltemperatur-Endwert mit beheizungsartspezifischen Korrekturwerten beaufschlagt wird, welche aus einem Datenspeicher abgerufen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteschaltung die Korrekturwerte während des Heizbetriebs in Ab­ hängigkeit vom Betriebszustand des Backofens und/oder in zeitlicher Abhängigkeit abruft.
2. Verfahren zur Regelung der Backmuffeltemperatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte als von der eingestellten Beheizungsart bzw. Funktion ab­ hängiger Offset in Form von vom eingestellten Backmuffeltemperatur-Sollwert ab­ hängigen Parametersätzen in Datenspeichern abgelegt sind, wobei in einem ersten Datenspeicher Korrekturwerte für eine Aufheizphase und in einem zweiten Daten­ speicher Korrekturwerte für eine stationäre Phase abgelegt sind, und wobei in den jeweiligen Phasen die Korrekturwerte aus den korrespondierenden Datenspeichern abgerufen werden.
3. Verfahren zur Regelung der Backmuffeltemperatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Backmuffeltemperatur in einem elektronischen Regelkreis er­ folgt und daß die Korrekturwerte als betriebszustandabhängige Offsetwerte in ei­ ner Summierstelle zu dem eingestellten Sollwert (XSE) vor dem Eingang des Regelkreises addiert werden.
4. Verfahren zur Regelung der Backmuffeltemperatur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung die Betriebszustände Aufheizphase und stationäre Phase in Abhängigkeit von der Regeldifferenz zwischen Backmuffeltemperatur- Meßwert und korrigiertem Backmuffeltemperatur-Endwert erkennt.
5. Verfahren zur Regelung der Backmuffeltemperatur nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschaltung der Korrekturwerte über ein Übertragungsglied zur Beeinflus­ sung des Übergangsverhaltens zwischen Aufheizphase und stationärer Phase mit einem in Abhängigkeit von der gewählten Beheizungsart oder Funktion gewählten Übertragungsverhalten erfolgt.
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