DE60119472T2

DE60119472T2 - Temperaturregelverfahren in einem Elektrobackofen

Info

Publication number: DE60119472T2
Application number: DE60119472T
Authority: DE
Inventors: Sylvain Raimond; Jean-Marie Merienne
Original assignee: Brandt Industries SAS
Current assignee: Brandt Industries SAS
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: FR2814822A1; EP1199621B1; ES2262618T3; EP1199621A1; DE60119472D1; FR2814822B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Temperatur in einem Garraum.
Sie betrifft auch einen elektrischen Garofen zum Durchführen dieses Regelverfahrens.
In einem herkömmlichen Garofen wird die Temperatur elektronisch mittels einer unmittelbar im Gar- oder Ofenraum eingesetzten Sonde geregelt.
Die mit dieser Sonde ausgeführten Messungen können jedoch durch die Umgebung je nach der Stellung der Sonde oder der im Ofen eingesetzten Garart beeinflusst werden.
Diese Sonde kann insbesondere gegenüber der von den elektrischen Heizelementen ausgestrahlten Infrarotstrahlung, dem im Garraum vorhandenen Wasserdampf oder einer erheblichen Luftzirkulation insbesondere bei einem herkömmlichen pulsierten Garen empfindlich sein.
Die auf diese Weise mit der Temperatursonde ausgeführte Messung kann ein falsches Bild der reellen Temperatur des Garraums wiedergeben, was das Regeln der Temperatur verfälscht und eine Verschlechterung der Garqualität nach sich ziehen kann.
Ein solches Regelverfahren, das die Messung der Garraumtemperatur verwendet, ist in der Druckschrift US 6 018 150 beschrieben.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Regelverfahren vorzuschlagen, das es ermöglicht, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und die Temperatur in einem Garraum unter Berücksichtigung der thermischen Eigenschaften des Geräts zu regeln.
Hierzu weist ein Verfahren zum Regeln der Temperatur in einem Garraum, mit mindestens einem elektrischen Heizelement folgende Schritte auf:

– Erlangung einer Solltemperatur für den Garraum, und
– Durchführung eines Betriebszyklus des Heizelements, der unter vorbestimmten Betriebszyklen in Abhängigkeit von der Solltemperatur und der vom Heizelement abgegebenen mittleren Leistung ausgewählt ist, wobei die vorbestimmten Betriebszyklen eine Regulierungsphase aufweisen, in welcher das Heizelement periodisch während einer vorab festgelegten konstanten Dauer eingeschaltet ist.

Das Regeln der Temperatur wird somit ausgehend von einem vorab vorbestimmten Betriebszyklus ausgeführt, der die thermischen Eigenschaften des Geräts, insbesondere die im Laufe der Zeit vom Heizelement abgegebene mittlere Leistung berücksichtigt.
Es ist somit möglich, die in den Garraum eingespritzte Leistung in Abhängigkeit von der Zeit und ausgehend von der im Garraum gewünschten Solltemperatur anzusteuern und die im Garraum vom Heizelement abgegebene Leistung zu regeln, indem die Ein- und Ausschaltperioden dieses Heizelements regelmäßig abgewechselt werden.
Dieser Betriebzyklus ermöglicht es, in einer Regulierungsphase die Temperatur im Garraum um einen vorab festgelegten Sollwert zu halten.
Nach einem weiteren, bevorzugten Merkmal der Erfindung umfassen die vorbestimmten Betriebszyklen eine Vorheizphase, in welcher das Heizelement während einer in Abhängigkeit von der Solltemperatur festgelegten, konstanten Dauer kontinuierlich betrieben wird.
Für den Betriebszyklus kann somit die notwendige Vorheizphase parametriert werden, während welcher das Heizelement kontinuierlich betrieben wird, so dass die festgelegte Solltemperatur im Garraum erreicht wird.
Das Regeln der Temperatur im Garraum ist somit ausgehend von der Betriebszeit des Heizelements und nicht mehr ausgehend von dem von einer Temperatursonde abgegebenen Wert ausgeführt, der gegebenenfalls je nach der Stellung der Sonde im Garraum falsch sein kann.
Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung umfasst das Regelverfahren zudem einen Schritt zum Wählen einer Garart im Garraum, wobei die Betriebszyklen in Abhängigkeit von der Solltemperatur, der gewählten Garart und der von einem oder mehreren, der gewählten Garart zugeordneten Heizelementen abgegebenen mittleren Leistung vorbestimmt sind.
Beim Regeln der Temperatur wird somit der Betriebszyklus auch in Abhängigkeit von der gewählten Garart parametriert.
In einem Garraum können nämlich je nach der gewählten Garart ein Heizelement oder mehrere Heizelemente während dieses Garens betrieben werden, was die in den Garraum während des Betriebs des Geräts eingespritzte mittlere Leistung ändert.
Zudem kann bei einer herkömmlichen pulsierten Garart ein Lüfter eingeschaltet werden.
Diese Parameter verändern das Verhalten des Garraums und den Temperaturanstieg in diesem Garraum.
Das Regelverfahren nach dieser Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es somit, die verschiedenen, der jeweiligen eingesetzten Garart zugeordneten Parameter zu berücksichtigen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein elektrischer Garofen einen Garraum und mindestens ein elektrisches Heizelement auf, das dazu geeignet ist, den Garraum zu erhitzen.
Erfindungsgemäß wird der Betrieb des elektrischen Heizelements mittels des Regelverfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung geregelt.
Dieser elektrische Garofen weist Vorteile und Eigenschaften auf, die denjenigen ähnlich sind, die für das Regelverfahren beschrieben sind.
Die Temperatur innerhalb des Garraums kann insbesondere ausschließlich ausgehend von den thermischen und Betriebsigenschaften des Gargeräts geregelt werden.
Dieses Regeln wird insbesondere nicht durch die Umgebung beeinflusst.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die beigefügten, beispielhaft jedoch nicht einschränkend angegebenen Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockschaltbild, das einen Garofen zum Ausführen des erfindungsgemäßen Regelverfahrens veranschaulicht,
2 eine graphische Darstellung, die einen Betriebszyklus eines Heizelements gemäß dem erfindungsgemäßen Regelverfahren veranschaulicht.
Zunächst wird anhand der 1 ein elektrischer Garofen zum Ausführen des erfindungsgemäßen Regelverfahrens beschrieben.
Dieser Garofen 1 weist in bekannter Weise elektrische Heizelemente 2 auf, die es ermöglichen, das Innere eines Garraums zu erhitzen.
Diese elektrischen Heizelemente 2 bestehen im Allgemeinen aus elektrischen Widerständen mit Infrarotstrahlung.
In klassischer Weise ist in einem Garofen ein erster elektrischer Widerstand im oberen Teil des Garraums sichtbar angeordnet.
Ein zweiter elektrischer Widerstand ist auch im unteren Teil des Ofens unterhalb der Herdsohle angeordnet.
Der Garofen weist auch im Allgemeinen mindestens einen Motor 3 auf, der es ermöglicht, einen Lüfter zum Pulsieren der Luft im Garraum einzuschalten, um die Temperatur innerhalb dieses Garraums gleichmäßig zu verteilen.
Der Garofen ist auch mit Leuchtanzeigen 4 ausgestattet.
Diese Leuchtanzeigen ermöglichen es insbesondere, dem Benutzer das Einschalten des Garofens und das Ende der Vorheizphase anzugeben.
Steuerhebel 5 ermöglichen es dem Benutzer, den Garofen in Betrieb zu setzen und die Garart sowie die innerhalb des Garofens gewünschte Solltemperatur zu wählen.
Kontakterfassungsmittel 6 ermöglichen es ferner, den Betrieb des Ofens bei 350°C (Pyrolyse-Funktion) nur dann zu erlauben, wenn die Tür richtig geschlossen und verriegelt ist.
Eine Temperatursonde 7 ist auch innerhalb des Ofenraums vorgesehen.
Wie später beschrieben, ist diese Temperatursonde am Regeln der Temperatur im Garraum nicht beteiligt.
Diese Temperatursonde hat die Funktion eines thermischen Begrenzers, der es ermöglicht, den Betrieb des Geräts abzuschalten, wenn die Temperatur innerhalb des Garraums eine normale Benutzungstemperatur überschreitet, beispielsweise über 320°C.
Die gesamte elektronische Verwaltung des Ofens ist im Block 8 der 1 schematisch dargestellt.
Eine elektronische Karte 9 ermöglicht es im Allgemeinen, den Betrieb der verschiedenen Unterbaugruppen des Ofens zu steuern.
Sie ermöglicht insbesondere, die Steuerung 10 der Heizelemente 2, die Steuerung 11 der Motoren 3 und die Steuerung 12 der Leuchtanzeigen 4 zu verwalten.
Ein Speicher 13 vom Typ EEPROM ermöglicht es, verschiedene Betriebszyklen des erfindungsgemäßen Geräts zu speichern.
Nun wird beschrieben, wie die Betriebszyklen des Geräts bestimmt werden, um im Speicher 13 der elektronischen Verwaltung 8 des Ofens 1 gespeichert zu werden.
Um die thermischen Eigenschaften des betreffenden Ofens 1 zu kennen, ist es notwendig, nach der indiziellen Antwort, d.h. nach dem Temperatursignal innerhalb des Garraums für eine bestimmte eingespritzte Leistung und für eine festgelegte Garart zu suchen, wenn dieser Ofen leer ist.
Indem eine vorbestimmte Leistungsstufe in den Garraum eingespritzt wird, kann der Temperaturanstieg des leeren Garraums leicht beobachtet werden, so dass eine indizielle Antwort des Ofens für eine vorbestimmte Garart erhalten werden kann.
Durch Ableitung der indiziellen Antwort wird die Impuls-Antwort R_imp des Ofens erhalten. Da die indizielle Antwort hier dem Temperatursignal gleich ist, erhält man R_imp = f (Temperatursignal), wobei f die thermische Transferfunktion des Ofens ist.
Auf der Basis dieser thermischen Transferfunktion ist es möglich, ausgehend von einem beliebigen eingespritzten Leistungswert die in Abhängigkeit von der Zeit erhaltene Temperatur innerhalb des Ofens zu ermitteln.
Je nach der gewählten Garart kann die innerhalb des Garraums abgegebene mittlere Leistung variieren.
In klassischer Weise kann das Garen zwischen einem herkömmlichen Garen, einem pulsierten herkömmlichen Garen, einem Garem mit Grill oder einem Garen mit Herdsohle ausgewählt werden.
Beim herkömmlichen Garen sind alle Heizelemente des Ofens gleichzeitig in Betrieb und insbesondere der obere und der untere elektrische Widerstand, auch elektrischer Widerstand der Sohle genannt.
Beim pulsierten herkömmlichen Garen ist der Lüfter eingeschaltet, um die Luft innerhalb des Garraums umzuwälzen und dessen Temperatur gleichmäßig zu verteilen.
Beim Garen mit Grill ist nur der sichtbare obere elektrische Widerstand eingeschaltet.
Dagegen ist beim Garen mit Herdsohle nur der elektrische Widerstand der Herdsohle eingeschaltet.
Die Solltemperatur innerhalb des Ofens kann typischerweise zwischen 50°C und 275°C liegen.
Durch die für den Ofen bestimmte thermische Transferfunktion kann eine Entsprechungstabelle entwickelt werden, die es ermöglicht, jedem Gartyp und für jede Solltemperatur ein Betriebszyklus zuzuordnen, ausgehend von welchem der Betrieb des während des Garzyklus eingesetzten Heizelements oder der Heizelemente geregelt wird.
Jeder vorbestimmte Betriebszyklus umfasst eine Vorheizphase, in welcher alle Heizelemente des Ofens während einer konstanten Dauer kontinuierlich betrieben werden, die von der gewünschten Solltemperatur abhängig ist.
In dieser Vorheizphase ist die in den Garraum eingespritzte Leistung die maximale Leistung, die der Garofen abgeben kann, wenn alle Heizelemente betrieben werden.
Wenn die Solltemperatur erreicht ist, ist diese Vorheizphase beendet, und der Betriebszyklus setzt sich durch eine Regulierungsphase fort, die es ermöglicht, die Solltemperatur innerhalb des Garraums zu halten.
Während dieser Regulierungsphase ist bzw. sind das bzw. die eingesetzte(n) Heizelement(e) je nach der ausgewählten Garart diskontinuierlich in Betrieb.
Vorzugsweise sind die Heizelemente periodisch während einer konstanten, vorbestimmten Dauer eingeschaltet.
Die Periodizität, bei welcher das Heizelement eingeschaltet ist, wird in Abhängigkeit von der Solltemperatur und der Garart bestimmt.
Diese Periodizität nimmt ab, wenn die Solltemperatur sinkt.
Wenn die Temperatur im Garraum niedriger ist, ist die Temperaturabnahme während der Regulierungsphase in der Tat weniger schnell.
Es ist somit notwendig, die Heizelemente weniger oft zu reaktivieren.
Ein Betriebszyklus kann wie folgt beispielhaft für ein Regeln auf eine Solltemperatur in der Größenordnung von 200°C dargestellt werden:
Für einen Garofen mit einer Maximalleistung von etwa 3000 W dauert die Vorheizphase 9 Minuten, während welcher alle Heizelemente in Betrieb sind.
Während der Regulierungsphase wird anschließend ein Heizelement periodisch alle 7 Minuten eingeschaltet.
Die Betriebsdauer des Heizelements ist bei jeder Periode konstant und beträgt hier 2 Minuten.
Umgekehrt beträgt die Ausschaltdauer dieses Heizelements etwa 5 Minuten.
Im hier beschriebenen Beispiel ist die in den Garraum während der Regulierungsphase eingespritzte Leistung im Wesentlichen gleich 1630 W, was beispielsweise dem Einschalten eines einzigen der Heizelemente entspricht, die den Garofen ausstatten.
Die 2 veranschaulicht auch durch eine Kurve einen Betriebszyklus, der es ermöglicht, innerhalb eines Garraums eine Temperatur in der Größenordnung von 200°C zu halten.
In diesem zweiten Beispiel sind die während der Vorheizphase Cf und während der Regulierungsphase Rg verwendeten Heizelemente identisch und sie geben eine mittlere Leistung Pm in der Größenordnung von 1700 W in den Garraum ab.
Die Vorheizphase Cf, die ca. 20 Minuten dauert, ermöglicht es, einen Temperaturanstieg bis zur Solltemperatur Tc von 200°C zu erhalten.
Die Regulierungsphase Rg ermöglicht es anschließend, durch den diskontinuierlichen Betrieb des Heizelements die Temperatur im Wesentlichen auf 200°C zu halten.
Beim Einschalten des Ofens umfasst das Verfahren zum Regeln der Temperatur zunächst einen Schritt der Erlangung einer Solltemperatur Tc für den Garraum.
Ein Schritt des Auswählens ermöglicht es dem Benutzer zudem, eine Garart unter allen möglichen Gararten im Ofen auszuwählen.
Ein Betriebszyklus des Heizelements wird danach durchgeführt.
Dieser Betriebszyklus wird unter allen im Speicher 13 gespeicherten Betriebszyklen insbesondere in Abhängigkeit von der geforderten Solltemperatur Tc und der gewählten Garart ausgewählt.
Das Regeln wird somit ausgehend von den thermischen Eigenschaften des Ofens ausgeführt, wodurch möglich ist, lediglich die Energie zu liefern, die notwendig ist, um die Temperatur innerhalb des Garraums zu regeln.
Selbstverständlich sind für das oben beschriebene Ausführungsbeispiel zahlreiche Varianten möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Wenn das Gargerät insbesondere nicht verschiedene Gararten aufweist, hängen die vorbestimmten und gespeicherten Betriebszyklen lediglich von der geforderten Solltemperatur und der mittleren Leistung des oder der Heizelemente des Geräts ab.

Claims

Verfahren zum Regeln der Temperatur in einem Garraum, mit mindestens einem elektrischen Heizelement (2), dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte aufweist: – Erlangung einer Solltemperatur (Tc) für den Garraum, und – Durchführung eines Betriebszyklus des Heizelements (2), der unter vorbestimmten Betriebszyklen in Abhängigkeit von der Solltemperatur (Tc) und der vom Heizelement (2) abgegebenen mittleren Leistung (Pm) ausgewählt ist, wobei die vorbestimmten Betriebszyklen eine Regulierungsphase (Rg) aufweisen, in welcher das Heizelement (2) periodisch während einer vorab festgelegten konstanten Dauer eingeschaltet ist.
Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodizität, bei welcher das Heizelement (2) eingeschaltet ist, in Abhängigkeit von der Solltemperatur (Tc) bestimmt wird und abnimmt, wenn die Solltemperatur (Tc) sinkt.
Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmten Betriebszyklen eine Vorheizphase (Cf) umfassen, in welcher das Heizelement (2) während einer in Abhängigkeit von der Solltemperatur vorab festgelegten, konstanten Dauer kontinuierlich betrieben wird.
Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es zudem einen Schritt zum Wählen einer Garart im Garraum umfasst, und dass die Betriebszyklen in Abhängigkeit von der Solltemperatur (Tc), der gewählten Garart und der von einem oder mehreren, der gewählten Garart zugeordneten Heizelementen abgegebenen mittleren Leistung (Pm) vorbestimmt sind.
Regelverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Garart unter einem herkömmlichen Garen, einem pulsierten herkömmlichen Garen, einem Garem mit Grill oder einem Garen mit Herdsohle ausgewählt ist.
Elektrischer Garofen mit einem Garraum und mindestens einem elektrischen Heizelement (2), das dazu geeignet ist, den Garraum zu erhitzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb des elektrischen Heizelements (2) mittels des Regelverfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 geregelt wird.
Garofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel (13) zum Speichern mehrerer Betriebszyklen aufweist, die in Abhängigkeit von einer Solltemperatur (Tc), einer Garart und der vom Heizelement (2) abgegebenen mittleren Leistung (Pm) vorbestimmt sind, und Mittel (9) zum Auswählen eines Betriebszyklus, die dazu geeignet sind, einen Betriebszyklus in Abhängigkeit von der geforderten Solltemperatur (Tc) und einer gewählten Garart auszuwählen.