DE4223653C2 - Verfahren zum Regeln von Garvorgängen sowie dazugehöriger Backofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Patentanspruch 1 sowie einen Backofen nach Patentanspruch 4.

Gemäß dem nächstliegenden Stand der Technik nach DE 30 31 967 A1 wird für die Regelung eine Temperaturregeleinrichtung verwendet, die wie ein Zweipunktregler wirkt: Übersteigt die Ofentemperatur einen vorgegebenen Soll-Wert, so werden Heizelemente ausgeschaltet. Fällt die Ofentemperatur unter den vorgegebenen Soll-Wert, werden die Heizelemente wieder eingeschaltet.

Aus DE 37 08 610 A1 ist eine Regelvorrichtung bekannt, deren Aufgabe darin besteht, ein Regelspiel, d. h. eine Schwankungsbreite um einen Temperatur-Sollwert, wesentlich zu reduzieren. Dies ist dadurch erreicht, dass ein Leistungsschalter unterhalb des Temperatur-Sollwerts mit einer getakteten Steuerspannung beaufschlagt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Regeln von Garvorgängen sowie einen Bachofen zu entwickeln, wobei die Optimierung des Energieverbrauches bei optimaler Garung rea­ lisiert sein soll.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch einen Backofen gemäß Anspruch 4.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung,

Fig. 2 ein typisches Temperatur-Zeitprofil.

Gemäß Fig. 1 ist ein Sensor 1, ein Sensor 2, eine Si­ gnal-Vorverarbeitungseinrichtung 3, ein Zusatz-Signalgeber 4, eine Eingabe-Dateneinrichtung 5, eine Regelschaltung 6, eine Ausgabe-Signaleinheit 7 und eine Anzeigeeinheit 8 ent­ nehmbar.

Elektrisch beheizte Back- und Bratöfen werden vorwiegend mit mindestens einem Sensor, üblicherweise einem Temperatursen­ sor, geregelt. Der Temperaturregler schaltet die Heizlei­ stung des Backofens, die relativ groß sein muß, um das große Volumen des Backofens einschließlich des zu behandelnden Gargutes möglichst schnell auf eine vorgesehene Solltempe­ ratur zu bringen. Es ist zweckmäßig, die den einzelnen Gargutarten anhaftenden spezifischen Garungsbedingungen in die Regelungsvorgänge von vornherein einzubeziehen. Dabei sind energetische Schwankungsbreiten, die durch Schalttem­ peratur-Differenzen und Kochbuch-Software sinnvollerweise einstellbar sein sollten, zu berücksichtigen. Da die Re­ gelstrecke Backofen selbst nicht konstant regelbar ist und Verluste bei niedrigen Temperatureinstellungen deutlich ge­ ringer sind als bei hohen Temperatureinstellungen, geht die Backofenkonstante in das Garergebnis selbst mit ein. Übli­ cherweise haben Backöfen bei unteren Temperatureinstellungen größere Schwankungsbreiten der Heizleistung zur Folge, als bei höheren Temperaturen auftreten. Dieses physikalisch bedingte Verhalten ist konträr dazu, was anwendungsseitig wünschenswert wäre. Bei Garungsvorgängen unter 100°C, bei­ spielsweise die Behandlung von Hefeprodukten und Milchpro­ dukten, sind ziemlich enge Temperaturgrenzen einzuhalten. Für das Backen und Braten sollen Heizpausen die angebotene Wärmeenergie durch Wärmeleitung in das Gargut einleiten. Mit den üblichen elektromechanischen Reglern ist diese erforder­ liche Anpassung nicht möglich, dagegen ist es kein Problem, bei elektronischen Reglern Temperaturbereiche bzw. Betriebs­ arten mit unterschiedlichen Schalttemperatur-Differenzen zu bearbeiten. Es ist beispielsweise durchaus möglich, die un­ teren Temperaturbereiche mit der Schalttemperatur-Differenz nahe 0 zu belegen und mit zunehmender Sollwertvorgabe konti­ nuierlich oder in Sprüngen vorzugehen. Ist die Regelstrecke selbst so träge, daß auch die Schalttemperaturdifferenz nahe 0 noch zu große Schwankungsbreiten ergibt, was bei Backöfen der Fall ist, so kann man abhängig von bestimmten Tempera­ turbereichen, andere Regelungskonzepte anwenden. So bietet sich Proportionalregelung mit konstanter oder variabler Schalttemperatur-Differenz für höhere Temperaturen an. Für niedrigere Temperaturen empfiehlt sich eine Proportional-In­ tergral-Regelung. Es kann dabei von Vorteil sein, für be­ stimmte Temperaturbereiche unscharfe Logik anzuwenden. Dies gilt insbesondere für den Fall, daß man die Temperaturdif­ ferenzen groß und klein wesentlich feiner, gargutspezifisch ausgetestet, einstufen muß. Auch für Temperaturbereiche, die als backofenspezifisch mittelhoch bzw. hoch bezeichnet werden, müssen Gesetzmäßigkeiten realisiert werden, die zu bewußten Schalttemperatur-Differenzen für gargutspezifische Ereignisse führen.

Die erfindungsgemäße Regelschaltung 6, die in ihrer Be­ schaltung eingangsseitig den vorgenannten Betrachtungen un­ terliegt, soll im folgenden kurz erläutert werden.

Für die Regelung der Garvorgänge im Back­ ofen sind zweckmäßigerweise verschiedene Sensoren, minde­ stens jedoch ein Temperatursensor notwendig. Im vorliegenden Fall gibt die Regelschaltung eingangsseitig einem Datenbus, der von mindestens zwei Sensoren belegt ist, über eine Si­ gnal-Vorverarbeitung Zugriff. Mit dem Datenbus können bei­ spielsweise ein Temperatursensor 1, ein Feuchtesensor 2 und darüber hinaus Gewichtssensoren, Dichtesensoren, optische Sensoren verbunden sein. Die Ausgangswerte können in fest­ gelegten Abfrage-Zeitrhythmen von einer Signal-Vorverarbei­ tung gesammelt und bearbeitet werden bis sie gebündelt der Regelschaltung 6 zugeführt werden. Neben den Sensordaten sind der Regelschaltung Zusatz-Signalgeber-Ausgänge und Be­ triebsarten-Eingabedaten zuzuführen. Die der Regelschaltung innewohnende Logik verarbeitet in Abhängigkeit von gargut­ spezifischen Eigenschaften und diesen zugeordneten Tempera­ tur-Zeitprofilen diese teils sensorgesteuerten, teils Be­ triebsarten-Eingabedaten derart, daß sie ein Backofen-Ener­ gienieveau einstellt, wobei dieses Backofen-Energieniveau mit den entsprechenden gargutspezifischen Schwankungsbreiten geregelt wird. Dabei berücksichtigt diese Regelschaltungs­ logik, daß für Temperatur-Zeitprofile, die eine Höchsttempe­ ratur von 100°C nicht überschreiten, das Backofen-Energieni­ veau nahezu konstant gehalten werden muß. Ergeben sich dabei große Temperaturdifferenzen zwischen Ist- und Sollwert, so schaltet die Regelschaltung eine große Heizleistung zu. Entsprechend wird bei kleineren Temperaturdifferenzen eine dafür angepaßte Heizleistung dem Backofen zugeführt. Für Temperatur-Zeitprofile, die eine Mindesttemperatur von 100°C ständig überschreiten, greift die Regelschaltung insofern regelnd ein, als Temperaturschwankungen < 10 Grad gargutbe­ zogen eingestellt werden. Der jeweils exakte Temperatur-Dif­ ferenzwert läßt sich nur über Koch-, Gar- und Bratergeb­ nis-Auswertung des jeweils speziellen Backofens gewinnen. Um die während und nach Beendigung des Back-, Gar- und Kochvor­ ganges anfallenden Informationen dem Benutzer zuzustellen, verfügt die Regelschaltung über die Möglichkeit, eine Back­ ofen-Betriebsignal-Ausgabeeinheit 7 zu aktivieren und ebenso eine Anzeigeeinheit für Ausgabedaten 8 anzusteuern. Mittels dieser beiden Einheiten kann dem Benutzer ein Gargutzustand übermittelt werden, ggf. auch eine Anweisung wie der Garpro­ zeß fortzusetzen ist. Mit Hilfe der Anzeigeeinheit für Aus­ gabedaten 8 kann die Regelschaltung beispielsweise das Ende eines Garprogrammes signalisieren.

Gemäß Fig. 2 werden Temperatur-Zeitprofile dargestellt, die für Garvorgänge bis maximal 100°C ablaufen. Es ist erkennbar, daß der Diagrammabschnitt 11 den steilen Anstieg von Anheizflanken wiedergibt und in den eingeschwun­ genen Zustand 12, bzw. 13, überleitet. Der Kurvenverlauf des Einschwingvorganges gemäß Kurvenverlauf nach 12 zeigt eine Regelung mit einer größeren Temperaturdifferenz von Ist zu Soll und bedingt in der Behandlung durch die Regelschal­ tung, eine größere Aufheizgeschwindigkeit. Dementsprechend gering ist die Aufheizgeschwindigkeit nach dem Kurvenverlauf 13, der in einem niedrigeren Temperaturbereich Temperatur­ differenzen zwischen Ist und Soll, die gering sind, dar­ stellt. Mit Hilfe solcher Temperatur-Zeitprofile ist in ih­ rer Gesamtheit die Regelschaltung logisch behandelbar.

Claims (4)

1. Verfahren zum Regeln von Garvorgängen im Garraum eines Backofens, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Regelschaltung (6) in Ab­ hängigkeit von gargutspezifischen Eigenschaften und diesen zugeordneten Tem­ peratur-Zeitprofilen sensorgesteuert eine entsprechende Backofen-Temperatur ein­ gestellt wird, wobei diese Backofen-Temperatur mit gargutspezifischen Schwankungsbreiten geregelt wird, wobei durch Anwendung verschiedener Regelkonzepte in verschiedenen Temperaturbereichen die Größe der Schwankungsbreiten geändert wird.

2. Verfahren zum Regeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Tem­ peratur-Zeitprofile, die eine Höchsttemperatur von 100°C nicht überschreiten, die Backofen-Temperatur nahezu konstant gehalten wird.

3. Verfahren zum Regeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Tem­ peratur-Zeitprofile, die eine Mindesttemperatur von 100°C ständig überschreiten, Temperaturschwankungen um mindestens 10° realisiert werden.

4. Backofen mit einem Garraum und einer Regelschaltung (6), die nach einem Regelverfahren gemäß einem der Ansprüche 1-3 die Backofentemperatur regelt.