DE4305211C2 - Verschließbares Heizgerät mit einem Behandlungsraum mit Temperaturregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verschließbares Heizgerät mit einem Behandlungsraum zum beispielsweise Sintern, Trocknen, Garen, wobei für festlegbare Temperaturbereiche Regeleinrichtungen anwählbar sind, die mindestens eine im Behandlungsraum befindliche thermische Heizeinrichtung, die kombinierbar mit Mikrowellenenergie ist, steuern, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bisher sind übliche Steuerungen von Garungsvorgängen in Backherden bekannt geworden, die eine Temperaturregelung für Gar-, Koch- und Bratvorgänge ermöglichen. Dabei wird die Temperatur bzw. Abgaszusammensetzung sensorgesteuert erfaßt und der Steuerung als Eingangsdatenbündel zugeführt. Die aus solchen Regelgrößen gewonnenen Steuersignale werden in Koch-, Gar-, Bratautomatiken ausgewertet. Im allgemeinen sind entweder Garraum­ temperaturen oberhalb von 100° temperaturgeregelt oder es befindet sich zusätzlich oder ausschließlich eine Niedrigtemperaturregelung im Steuerungsbe­ reich für Herde.

Aus der DE 32 26 938 A1 ist ein verschließbares Heizgerät bekannt, das alle Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 aufweist. Das mit einer Grilleinrichtung kombinierte Gerät verfügt über einen Gassensor sowie einen Temperatursensor. Ein Magnetron zur Mikrowellenabgabe wird in Verbindung mit einer allen Speisenarten zugeordneten Kochtaste über eine Erregerschaltung aktiviert. Ein Mikrocomputer ermittelt aus zeitlichen Änderungen der Ausgangs­ spannung des Gassensors die Art der im Gerät befindlichen Speise, legt danach die richtige Endtemperatur des Erwärmungsvorgangs fest und veranlaßt in Abhängigkeit von den Ausgangsspannungen beider Sensoren die Beendigung des Kochprozesses. Die Endtemperatur kann auch danach bestimmt werden, wenn beide Sensoren einen vorgegebenen Soll-Spannungswert erreicht haben. Der Mikrocomputer ermittelt ferner aus zeitlichen Änderungen der Ausgangsspannung des Wärmesensors einen Kompensationswert, der für die Dauer der Grill­ beheizung im Anschluß an eine Mikrowellenerwärmung mitbestimmend ist.

Aus der EP 0 271 419 A2 ist ein verschließbares Heizgerät bekannt, das eine thermische Heizeinrichtung aufweist, die mit Mikrowellenenergie kombinierbar ist. Die thermische Heizeinrichtung wird in einem zeitabhängigen Taktverhältnis geschaltet. In den Taktpausen findet eine Mikrowellenerzeugung statt. Aus der DE 31 29 781 C2 ist ein verschließbares Heizgerät bekannt, das eine thermische Heizeinrichtung aufweist, die mit Mikrowellenenergie kombinierbar ist. Die thermische Heizeinrichtung wird getaktet geschaltet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verschließbares Heizgerät mit einem Behandlungsraum zu entwickeln, dessen Regeleinrichtung eine verbesserte Regelgüte aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch das verschließbare Heizgerät mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

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

Fig. 1 Ein Blockschaltbild für die Regel- und Steuereinrichtung

Fig. 2 Regelkurven für die Betriebsart Heißluft und den Sollwert 60°C,

Fig. 3 Regelkurven für die Betriebsarten Ober- und Unterhitze, Sollwert 60°C.

Gemäß Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Regeleinrichtung, mit einer Steuereinheit 1, einem Eingabebus 2, einem Steuerbus 3, einem Ausgabebus 4, einem Betriebsartenwähler 11, einem Bitgeneratur 12, einem Temperatur-Sollwertgeber 13, einer Gewichtseingabeeinheit 14, einem Temperatursensor 21, einem Feuchtesensor 22, einem Gassensor 23, einem Timer 31, einer Heizung 32, einem Mikrowellengenerator 33 und einer Drehtel­ lereinheit 34 dargestellt.

Die Steuereinheit 1, die ein Mikroprozessor oder mindestens ein Teil davon sein kann, wird über den Eingabebus 2 mit ex­ ternen Sollwertdaten gespeist. Die Eingangsdaten am Eingabe­ bus 2 werden je nach Betätigung der Eingabestelle, bei­ spielsweise Betriebsartgeber, mit spezifischen Sollwerten belegt, die von der Steuereinheit 1 entsprechend gedeutet werden. Der Eingabebus 2 ist zur Steuereinheit 1 hin gerich­ tet. Die über den Ausgabebus von der Steuereinheit 1 addres­ sierbaren und mit Daten speisbaren Einheiten, wie Timer 31, Heizung 32, Mikrowellengenerator 33, Drehtellerantrieb 34 und andere durch Ausgabebefehle startfähige Einheiten werden von der Steuereinheit 1 addressiert und aktiviert. Über den Steuerbus 3, der bidirektional ist, sind vornehmlich Senso­ ren mit der Steuereinheit 1, beispielsweise ein Temperatur­ sensor 20, der Feuchtesensor 22, der Gassensor 23 verbunden.

Die Hardware-Einrichtungen der Steuereinheit 1 sind program­ mierbar und können im Zusammenspiel mit der Sensortechnik verschiedene Prozesse im Behandlungsraum steuern. Insbeson­ dere können über Temperatursensoren und Gassensoren die Tem­ peraturbeaufschlagung des Behandlungsgutes gesteuert werden, wobei die erfindungsgemäße Lösung auf Temperaturbereiche un­ ter und über 100°C abstellt, wenn es nach Art des Behand­ lungsgutes und der erforderlichen Wärmebehandlung auf Temperaturkonstanz und schnelles Temperatur-Einschwingverhalten ankommt. Um den Prozeß der Eigenerwärmung des Behandlungsgu­ tes zu beschleunigen, kann die Regeleinrichtung in Abhängig­ keit von der relativen Dielektrizitätskonstante εR des Be­ handlungsgutes eine Mikrowellen-Anfangsenergie dosiert vor­ geben. Die geschieht zweckmäßigerweise während des Ein­ schwingverhaltens der thermischen Heizeinrichtungen. Die Steuereinheit 1 kann aber auch durch Erprobungen vorliegende Erfahrungswerte, die die Dosierung einer Mikrowellen-An­ fangsenergie für unterschiedliche Behandlungsgüter betref­ fen, speichern und bei entsprechender Anwahl über den Einga­ bebus 2 durch Starten des Mikrowellengenerators 33 über den Ausgabebus 4 in den Behandlungsraum einbringen. Die Regelung für festlegbare Temperaturbereiche stellt darauf ab, daß nach dem Einschwingverhalten das Behandlungsgut soweit vor­ erwärmt ist, daß die Mikrowellen-Anfangsenergie abgeschaltet werden kann, und die thermische Heizeinrichtung die notwen­ dige Temperaturkonstanz aufrecht erhält. Für verschiedene Behandlungsgüter kann es zweckmäßig sein, ausschließlich Mi­ krowellenenergie zu benutzen, oder auch gänzlich auf diese zu verzichten. Zur erforderlichen Temperaturkonstanz des festgelegten Temperaturbereiches ist es notwendig, die ther­ mische Heizung 32 unter Einhaltung von Zeitbedingungen, die den jeweiligen Behandlungsvorgang angepaßt sein müssen, ge­ taktet ein- und ausschalten zu können. Dies geschieht in Ab­ hängigkeit von der Betriebsart und der gewünschten Solltem­ peratur, wobei die gesamte Regeleinrichtung über die Steuer­ einheit eine Heizzeit vorgibt. Der gesamte Regelvorgang be­ nötigt eine in Abhängigkeit von der Betriebsart und der Solltemperatur herbeigeführte Mindest-Abschaltzeit zwischen zwei Heizzeiten der thermischen Heizung 32, die mindestens so lang sein soll, daß auch die Einschwingzeit des Tempera­ tursensors berücksichtigt ist. Es ist dabei möglich, daß die Steuereinheit 1 den Heizzeittimer 31 aktiviert, wobei der Heizzeittimer 31 damit direkt mit der thermischen Heizein­ richtung 32 verbunden ist und diese steuert. Dabei schaltet der Heizzeittimer 31 die getaktete thermische Heizeinrich­ tung 32 für eine vorgegebene Zeit ein. Die Steuereinheit 1 vergleicht die Eingangswerte des Temperatursensors 21 mit denen eines Temperatur-Sollwertgebers 13, wobei entsprechend der vorgegebenen Regelgüte der Heizzeittimer 31 gesetzt bleibt oder rückgesetzt wird. Damit wird gleichzeitig er­ reicht, daß die thermische Heizeinrichtung 32 eine der Re­ gelgüte entsprechende Ein-Aus-Phase durchläuft. Die Steuer­ einheit 1 erkennt über einen Temperatur-Soll-Ist-Wertver­ gleich den eingeschwungenen Regelzustand und steuert damit ein optimiertes Ein-Aus-Regelspiel der thermischen Heizein­ richtung 32. Die Steuereinheit 1 ist als spezieller Mikro­ prozessor ausgebildet, der nahezu alle Regelvorgänge des verschließbaren Heizgerätes sensorgesteuert ausführt. Gemäß der Fig. 2 und 3 sind Regelkurven für Temperatur-Sollwer­ te on 60°C dargestellt, die verschiedene Betriebsarten im Behandlungsraum zum Parameter haben.

Gemäß Fig. 2 ist eine Regelkurve für Heißluftbetrieb und einen Temperatur-Sollwert von 60°C dargestellt. Das gestri­ chelte Kurvenbild ist dabei Abbild bisheriger Regelverfahren und zeigt starke Abweichungen vom Regelwert während des ein­ geschwungenen Zustandes. Die nachfolgende Regelgüte ist in­ folge mit starken Übeschwingen über den Temperatur-Sollwert von 60°C gekennzeichnet. Die durchgezogene Regelkurve stellt das Abbild der erfindungsgemäßen Lösung dar. Es ist ohne weiteres erkennbar, daß das starke Überschwingen mit in der Folge relativ großer Abweichung im eingeschwungenen Regelbe­ reich nicht mehr auftritt. Es ist vielmehr eine stark ver­ besserte Regelkonstanz um den Sollwert mit nur geringer Einschwingspitze erreicht. Gleichzeitig ist eine deutliche Ab­ minderung des Temperaturüberschwunges, die sogenannte An­ heizspitze, erkennbar.

Gemäß Fig. 3, wo bei gleichem Temperatur-Sollwert der Para­ meter in Ober- und Unterhitze gegeben ist, ist ein analoges Regelverhalten sichtbar. Die Überlegenheit des erfindungsge­ mäßen Regelvorganges gegenüber bisheriger Regelungen ist den Fig. 2 und 3 beispielhaft entnehmbar.

Die erfindungsgemäße Lösung besitzt den Vorteil, daß eine auf eine vorgegebene Solltemperatur bezogene Temperaturrege­ lung nahezu unter völliger Vermeidung eines Temperatur-An­ schwungverhaltens abläuft. Spätestens nach dem fünften Über­ schwingen der eingeschalteten Regeleinrichtung kann die auf die vorgegebene Solltemperatur erfolgte Regelung als eine Konstantregelung bezeichnet werden. Die stark verminderten Über- und Unterschwinger regeln sich danach im eingeschwun­ genen Zustand auf ±3°C zurück. Mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist es daher möglich, für unterschiedliche, festlegbare Temperaturbereiche relativ konstante, den vorge­ gebenen Sollwert entsprechende Temperaturverteilungen im Be­ handlungsraum zu erreichen, und damit reproduzierbare Sin­ ter-, Trocken- und Garvorgänge zu garantieren.

Claims (5)

1. Verschließbares Heizgerät mit einem Behandlungsraum zum beispielsweise Sintern, Trocknen, Garen,

• - wobei für festlegbare Temperaturbereiche Regel­ einrichtungen anwählbar sind, die mindestens eine im Behandlungsraum befindliche thermische Heizeinrichtung, die kombinierbar mit Mikrowellenenergie ist, steuern,
• - wobei die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der relativen Dielektrizitätskonstanten (εR) des Behandlungsgutes eine Mikrowellen- Anfangsenergie dosiert,
• - wobei die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Behandlungsprozedur und der Solltemperatur für die thermische Heizeinrichtung eine Heizzeitphase vorgibt, dadurch gekennzeichnet,
• - dass die Regeleinrichtung ein zeitabhängiges Taktverhältnis für die thermische Heizeinrichtung festlegt und
• - dass die Regeleinrichtung für eine behandlungsgutspezifische und temperatursensorangepaßte Mindestzeit zwischen zwei Heizphasen die thermische Heizeinrichtung abschaltet.

2. Verschließbares Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung die Mikrowellen-Anfangsenergie-Dosierung sensorgesteuert ausgibt.

3. Verschließbares Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (1) über einen Ausgabebus (4) einen Heizzeittimer (31) aktiviert, der die taktbare Heizeinrichtung (32) im Behandlungsraum heizphasensteuernd ein- und ausschaltet.

4. Verschließbares Heizgerät nach Anspruch 1, 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) die auf einem Eingabebus (2) befindlichen Sollwerte - beispielsweise Betriebsart, Gewicht des Behandlungsgutes, Temperatur-Sollwert - mit den auf einem Steuerbus (3) befindlichen Regeldaten - beispielsweise Temperatursensor-Daten, Feuchtesensor-Daten, Gassensor-Daten - zu Regelungs- und Ausgabedaten verknüpft und über den Ausgabebus (4) beispielsweise einen Timer (31), eine Heizung (32), einen Mikrowellengenerator (33) und ein Gebläse (34) für ein optimiertes Ein-Aus-Regelspiel eines angewählten Temperatur-Mittelwertes ansteuert.

5. Verschließbares Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) Teil eines speziellen Mikroprozessors ist.