DE60207712T2

DE60207712T2 - Temperaturkompensation in einem brotröster mit einer elektronischen schaltung

Info

Publication number: DE60207712T2
Application number: DE60207712T
Authority: DE
Inventors: Claude Battu
Original assignee: SEB SA
Current assignee: SEB SA
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2022-05-23
Also published as: ATE311625T1; EP1397733A1; CN1639656A; EP1397733B1; US20040144257A1; DE60207712D1; FR2825164A1; FR2825164B1; WO2002095521A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Toaster und insbesondere das Gebiet der Toaster, die von einer Mikrosteuereinheit gesteuert werden.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Kompensation der Garzeit des Brotes über die Ausgangstemperatur der Heizkammer. Diese Kompensation ist bei Toastern, die von einer Mikrosteuereinheit gesteuert werden, bereits bekannt, in welchen der Bereich der Röstzeiten in Abhängigkeit von Werten vorausgewählt wird, welche in der Mikrosteuereinheit gespeichert sind, wobei diese Werte während der Verwendung in Abhängigkeit von der zu Beginn des Röstzyklus in der Garkammer herrschenden Temperatur eingestellt werden.
Die Bestimmung der Temperatur in der Heizkammer kann durch die Messung der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verwendungen des Toasters erfolgen, wie in der US 5,128,521 . Mit dieser Lösung ist es jedoch nicht möglich, eine reelle Vorstellung über die Temperatur in der Heizkammer zu haben. Die physische Trennung des Toasters löscht ferner jegliche Daten bezüglich dieses Parameters.
In der FR 2 769 456 wird vorgeschlagen, die Information über die Temperatur in der Heizkammer permanent mit Hilfe eines aus einem Thermistor bestehenden Temperatursensors zu liefern, wodurch eine genaue Bestimmung der Temperatur über die starke Veränderung des Widerstandswerts, die dieses Element aufweist, möglich ist. Dieser elektrische Parameter kann zur Bestimmung seines Wertes auf verschiedene Arten in einer Messkette integriert sein. Die Temperatur wird in der Garkammer selbst oder über ihre Abbildung, die auf der Steuerelektronik wiedergegeben wird, gemessen. Die daraus resultierende Kompensationsfunktion wird in Abhängigkeit von der Position der Auswahlvorrichtung, die den Röstgrad des Brotes bestimmt, und in Abhängigkeit von dem Widerstandswert des Thermistors bestimmt, wobei die Funktion im internen Speicher der Mikrosteuereinheit gespeichert wird.
Die Verwendung eines Thermistors hat jedoch einen bestimmten Preis. Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, die Kosten einer derartigen Temperaturkompensationsfunktion zu verringern.
Die vorliegende Erfindung wird mit einem Verfahren zur Bestimmung des thermischen Zustands einer Heizkammer eines Toasters erreicht, in der sich Mittel zum Rösten und/oder zum Wiedererwärmen erstrecken, wobei der Toaster insbesondere Mittel zum Auslösen eines Zyklus zum Rösten oder Wiedererwärmen des Brotes sowie Mittel zum Einstellen des gewünschten Röstgrades aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht:

– zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten nach dem Auslösen eines Röst- oder Wiedererwärmungszyklus die jeweiligen Werte eines thermisch variablen Kondensators oder eine für diesen Wert repräsentative Größe zu messen, wobei der Kondensator dem Einfluss der Mittel zum Rösten und/oder zum Wiedererwärmen unterliegt,
– das Verhältnis der beiden erhaltenen Messwerte zu berechnen, um den thermischen Zustand der Heizkammer beim Auslösen des Röst- oder Wiedererwärmungszyklus zu bestimmen.

Durch die Verwendung eines Kondensators, der eine starke Empfindlichkeit gegenüber der Umgebungstemperatur aufweist, ist es möglich, ihn als Temperatursensor zu verwenden, indem er zur Nachbildung einer thermischen Abbildung entweder im Garraum oder in dessen Nähe oder in der nahen Umgebung eines Versorgungswiderstands angeordnet wird. Das Prinzip beruht auf einem Vergleich des Kondensatorwertes oder einer für diesen Wert repräsentativen Größe zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten des Heizzyklus, wodurch der Wert selbst des Kondensators nicht mehr erforderlich ist, da ein relativer Messwert erhalten wird.
Vorteilhafterweise erfolgt der erste Zeitpunkt zur Messung des Kondensatorwertes in einem Zeitraum von weniger als 15 Sekunden nach dem Auslösen eines Zyklus zum Rösten oder Wiedererwärmen des Brotes, was eine von dem laufenden Heizzyklus unabhängige Messung ermöglicht.
Um den thermischen Ausgangszustand der Heizkammer so gut wie möglich zu bestimmen, erfolgt der zweite Messzeitpunkt mindestens 10 Sekunden nach dem ersten Zeitpunkt, so dass gewährleistet ist, dass der Kondensator dem thermischen Einfluss des laufenden Heizzyklus tatsächlich unterliegt, wobei die Annäherung dieses Messwertes an den ersten die thermischen Ausgangsbedingungen der Heizkammer durch Vergleich bestimmt.
Gemäß einer der Einsatzmöglichkeiten der Erfindung besteht die Messung darin, die Zeit zum Aufladen des Kondensators über einen thermisch stabilen Widerstand zu bestimmen, wobei diese Aufladezeit lediglich von dem Kondensatorwert abhängig ist. Diese Messung ermöglicht die Verwendung einer minderwertigen und somit kostengünstigen Mikrosteuereinheit insofern, als ein einfacher Zähler zur Durchführung der Zeitmessung erforderlich ist.
Vorteilhafterweise ist der verwendete Widerstand das Potentiometer zum Einstellen des Röst- oder Wiedererwärmungsgrades des Brotes, wodurch die Funktionen zur Bestimmung des Röstgrades und des thermischen Ausgangszustands der Heizkammer auf der selben Unterbaugruppe zusammengelegt werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Steuerkreis für einen Toaster, der insbesondere eine Elektronikkarte aufweist, auf der ein Potentiometer zum Einstellen des Röst- oder Wiedererwärmungsgrades des Brotes eingesetzt ist, dessen Wert eine Ausgangszeit zum Rösten oder Wiedererwärmen festlegt, wobei es eine Mikrosteuereinheit ermöglicht, die Versorgung der Heizelemente des Toasters und das Halten des Schlittens in der unteren Röstposition in Abhängigkeit von der Zeit zu steuern, die erforderlich ist, um den gewünschten Röst- oder Wiedererwärmungsgrad zu erreichen, wobei die Mikrosteuereinheit über digitalisierte Tabellen über die Ausgangsdauern zum Rösten oder Wiedererwärmen des Brotes sowie über Mittel verfügt, die die Bestimmung der reellen Röst- oder Wiedererwärmungsdauer des Brotes und der an den Heizmitteln zu erzeugenden Leistung in Abhängigkeit von dem thermischen Ausgangszustand der Heizkammer ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Steuerkreis zur Bestimmung der reellen Röst- oder Wiedererwärmungsdauer (Tr) des Brotes ein Verfahren zur Bestimmung des thermischen Zustands der Heizkammer, wie zuvor beschrieben ist, anwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bestimmt das Verhältnis der beiden Messwerte den Kompensationswert c gemäß dem folgenden Gesetz: Tr = Tf(1 – c)wobei der Kompensationswert zur Definition der reellen Röst- oder Wiedererwärmungszeit (Tr) in Abhängigkeit von der durch das Potentiometer zum Einstellen des Röstgrades anfänglich festgelegten Röstdauer verwendet wird.
Gemäß einer der möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bilden das Potentiometer zum Einstellen des Röst- oder Wiedererwärmungsgrades des Brotes sowie der Kondensator mit starker thermischer Änderung ein RC-Glied, wobei die Mikrosteuereinheit die Zeit zum Aufladen des Kondensators zu den beiden Zeitpunkten t1 und t2 nicht nur über den Gesamtwert des Potentiometers P, sondern auch über den Bruchteil misst, welcher für das Einstellen des Röst- oder Wiedererwärmungsgrades gewählt wurde.
Durch diese einzige spezifizierte Struktur und die von der Mikrosteuereinheit durchgeführten Messungen ist es möglich, nicht nur den gewünschten Röst- oder Wiedererwärmungsgrad durch den verglichenen Messwert der Zeit zum Aufladen des Kondensators über den Gesamtwiderstand des Potentiometers und dann allmählich über den Bruchteil, der dem gewählten Röst- oder Wiedererwärmungsgrad entspricht, zu bestimmen, sondern auch die Veränderung des Kondensatorwertes, der die thermische Veränderung der Heizkammer widerspiegelt, über die Messwerte des Kondensators bei gleichem Widerstandswert zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten zu bestimmen.
Der Aufbau ist somit auf ein RC-Glied vereinfacht, wobei es durch die Mikrosteuereinheit möglich ist, die Messreihen auf einfache und kostengünstige Weise durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Toaster, der ein Gehäuse aufweist, mindestens einen Spalt zum Einlegen des Brotes, einen Brothalterschlitten, welcher einer Rückstellfeder zugeordnet und in einer Heizkammer mindestens zwischen einer Röstposition und einer Position, in der das Brot entnommen wird, beweglich ist, wobei sich in der Heizkammer Mittel zum Rösten und/oder zum Wiedererwärmen, die Infrarotstrahlungsquellen bilden, erstrecken, Mittel zum Auslösen des Röstens des Brotes, ein Elektromagnet zum Halten des Schlittens in der Röstposition und eine Mikrosteuereinheit, welche einer Elektronikkarte zugeordnet ist, wobei die Elektronikkarte einen Steuerkreis, wie er zuvor beschrieben ist, aufweist.
Vorteilhafterweise verfügt die Mikrosteuereinheit über einen inneren Zeitzähler, der ein Signal erzeugen kann, das es ermöglicht, den Schlitten freizugeben und die Versorgung der Heizmittel anzuhalten, wenn die Dauer des laufenden Röstzyklus die reelle Röstdauer erreicht hat, wobei die Dauer des laufenden Röstzyklus mit Hilfe des Zeitzählers der Mikrosteuereinheit bestimmt wird.
Die Verwendung der Mikrosteuereinheit zur Steuerung der Versorgung der Heizelemente und zur Steuerung des Elektromagneten vermeidet die Verwendung von teuren, analogen Schaltungen und vereinfacht die Ausgestaltung der Elektronikkarte. Die Verwendung des inneren Zeitzählers der Mikrosteuereinheit vermeidet die Verwendung eines für diese Funktion spezifischen Bauteils.
Vorteilhafterweise kann während eines Röstzyklus die Mikrosteuereinheit den Zustand der Auswahlvorrichtungen in regelmäßigen Abständen messen, um die Röstdauer (Tf, Tr) erneut zu berechnen, wenn eine Änderung der Parameter, die diese Röstdauer beeinflussen, durch den Benutzer erfolgt. Durch dieses Merkmal ist es möglich, dass der Benutzer jederzeit die Position des Potentiometers zum Einstellen der Röst- oder Wiedererwärmungsdauer verändern und eine Berücksichtigung dieser Änderung bei der effektiven Röst- oder Wiedererwärmungsdauer feststellen kann.
Dies ermöglicht es auch, den thermischen Ausgangszustand der Heizkammer mit einer höheren Genauigkeit zu bestimmen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zeigen und ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung genauer, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten und beispielhaften Figuren darstellt, welche keineswegs einschränkend gegeben sind. Darin zeigen:
1 die Architektur und die Beziehungen einer Mikrosteuereinheit, die gemäß einem Anwendungsbeispiel der Erfindung verwendet wird,
2 das Grundprinzip des vorgeschlagenen Verfahrens,
3 einen Graphen, der die mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens erhaltenen Messwerte veranschaulicht,
4 einen Graphen, der das Verhältnis zwischen den erhaltenen Messwerten und der Kompensationsfunktion veranschaulicht,
5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuerkreises für einen Toaster.
Gemäß 1 weist die Steuerarchitektur, mit der ein nicht dargestellter Toaster ausgestattet sein soll, schematisch dargestellt eine Mikrosteuereinheit 1, die mit einem inneren Zeitzähler 7 und einer Verweilzeitzelle 3 versehen ist.
In 1 sind auch am Eingang der Mikrosteuereinheit ein Schalter 11 zum Anhalten des Zyklus, der es ermöglicht, den laufenden Röstzyklus jederzeit zu unterbrechen und das Brot auszuwerfen, sowie ein Ingangsetzungsschalter 13 dargestellt, der den Röstzyklus auslöst und ein Knopf sein kann, der vom Benutzer betätigt wird, oder einfach ein Schalter, der vom Brothalterschlitten ausgelöst wird, wenn sich dieser in der unteren Position befindet.
Gemäß dem vorgeschlagenen Beispiel ermöglicht es eine Verstärkungszelle der Ausgänge 14 einen Relaisblock 12 für den Zyklus der Heizelemente 10 zu steuern. Ein Elektromagnet 15, der für das Halten des Brothalterschlittens 16 in der unteren Position verantwortlich ist, kann auch mit der Verstärkungszelle verbunden sein oder direkt von der Mikrosteuereinheit 1 angesteuert werden, wie dies im Beispiel dargestellt ist.
Die elektrische Versorgung ist bei 9 dargestellt und ermöglicht insbesondere über den Relaisblock 12 die Versorgung mindestens eines der Heizelemente 10 des Toasters.
Der Toaster kann über mehrere Funktion verfügen, auf die der Benutzer über die Auswahlvorrichtung 5 Zugriff hat, wobei eine besondere Betriebsart wie etwa das Wiedererwärmen, das Auftauen, eine schnelle Funktion, ein spezifischer Modus vom Typ Bagel zum Garen des Brotes wie etwa eines Baguettes oder auch von Pfannkuchen bestimmt wird, bei welchem das Rösten des Brotes auf einer einzigen Seite des Brotes wirksam ist oder verstärkt wird.
Der Rechenblock 6 vereinigt sowohl diese Auswahl der verschiedenen am Toaster verfügbaren Funktionen sowie die Mittel zur Bestimmung des thermischen Zustands der Heizkammer, wie im folgenden erklärt wird.
In Abhängigkeit von der gewählten Funktion und dem Toastertyp kann die Heizleistung über eine Zelle 17, die den Zyklusrelaisblock steuert, dazu gebracht werden, zu variieren, wobei das Zyklusverhältnis entsprechend der Wahl des Benutzers verändert wird.
Das Einstellen des Röstgrades des Brotes wird über ein Potentiometer P erhalten, das vom Benutzer betätigt wird, s. 2. In dem vorgeschlagenen Beispiel ist die vom Potentiometer P gelieferte Angabe analog. Diese Angabe wird digitalisiert, um für die verwendete Mikrosteuereinheit verständlich zu sein, die keine integrierte Funktion zur Analog-Digital-Umwandlung besitzt. Die Erfindung deckt jedoch die Verwendung einer Mikrosteuereinheit mit dieser integrierten Funktion zur Analog-Digital-Umwandlung, wobei die Wahl, derartige Bauteile nicht zu verwenden im Wesentlichen mit deren derzeitigen Kosten zusammenhängt.
Die elektrische Struktur aus 2, die somit in der Struktur des Rechenblocks 6 aus 1 integriert ist, wird zur Realisierung der Analog-Digital-Umwandlung verwendet. In dieser Figur entsprechen die Bezugszeichen B2, B3 und B4 bestimmten Kontaktstiften der Mikrosteuereinheit, wie sie in 5 am Bauteil erscheinen, wobei diese Kontaktstifte die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse sind, an die die dargestellten elektrischen Verbindungen angeschlossen sind. Das Prinzip der Messung ist im Wesentlichen das gleiche wie das Prinzip, das in der FR 2 769 456 erläutert wurde, und ist lediglich eine beispielhafte, mögliche Variante zur Durchführung dieser Umwandlung.
Somit beruht die Bestimmung der Position X des Läufers des Potentiometers P auf die Zeit zum Aufladen eines Kondensators C über diesen Widerstand, der durch die von dem Benutzer durchgeführte Einstellung des gewünschten Röst- und/oder Wiedererwärmungsgrades des Brotes dazu gebracht wird, zu variieren.
Mit Bezug auf 2 werden die nachfolgenden Schritte somit durch die Mikrosteuereinheit erzeugt:

– an den Anschlüssen B₂ und B₃ wird ein hochohmiger Zustand erzeugt, was einer Abschaltung entspricht, und anschließend wird am Anschluss B₄ ein niedriger Spannungszustand hergestellt, um den Kondensator C zu entladen,
– an den Anschlüssen B₃ und B₄ wird ein hochohmiger Zustand erzeugt und anschließend am Anschluss B₂ ein hoher Spannungszustand hergestellt, um den Kondensator C über den Widerstand P bis zu dem hohen Zustand des Anschlusses B₄ zu laden. Die Aufladezeit ist mit T1P bezeichnet,
– durch die Erzeugung eines hochohmigen Zustands an den Anschlüssen B₂ und B₃ und die Herstellung eines niedrigen Spannungszustands am Anschluss B₄, um den Kondensator C zu entladen, wird das System erneut initialisiert,
– am Anschluss B₃ wird ein hoher Spannungszustand hergestellt und C über einen Bruchteil von P, der mit f bezeichnet ist, bis zum hohen Spannungszustand des Anschlusses B₄ aufgeladen. Die Aufladezeit ist mit T2P bezeichnet.

Die beiden Aufladungen erfolgen am selben Widerstand und am selben Kondensator, wobei das Verhältnis der Zeiten T2P/T1P dem Bruchteil f entspricht, der zwischen 0 und 1 beträgt. Dieses Verfahren ermöglicht es, die an den Widerstandswerten des Potentiometers vorhandene Streuung in Höhe von 20% zu beseitigen.
Der Zeitzähler 7 der Mikrosteuereinheit ermöglicht es, die beiden Zeiten T1P und T2P zwischen dem Beginn des Aufladens des Kondensators C und dem Übergang zu dem Zustand 1 des Anschlusses B₄ und somit den Bruchteil f, der die Position des Läufers darstellt, zu bestimmen.
Vorteilhafterweise ist das verwendete Potentiometer P ein Potentiometer mit einem elektrischen Winkel von 250°. Der Wert von f ist in einem Speichermodul 4 gespeichert.
Die Position des Läufers bestimmt somit die Röstzeit Tf „im kalten Zustand" des Toasters, was den Zeiten entspricht, die angewendet werden, wenn der Toaster nach einer vorherigen Verwendung vollständig abgekühlt ist. Diese Röstzeiten hängen von dem in Betracht gezogenen Toastertyp sowie von verschiedenen Parametern wie etwa von der Leistung der Heizelemente, der verwendeten Spannung, den verschiedenen verfügbaren Röst- oder Wiedererwärmungsfunktionen, ja sogar von den Ernährungsgewohnheiten der möglichen Benutzer ab.
All diese Informationen sowie die tatsächlich aktiven Funktionen und die am Toaster verfügbaren Parameter sind im Speicher 4 gespeichert und stellen Daten dar, die die Bestimmung der Röstzeiten Tf „im kalten Zustand" ermöglichen.
Die Speicherung der Daten, die Abstimmung und allgemeiner die Programmierung der Elektronikkarte sowie die dazugehörigen Tests sind vorteilhafterweise durch eine IR-Verbindung mit hoher Datenrate realisiert, die durch den Rechenblock 2 aus 1 symbolisch dargestellt ist, wodurch es möglich ist, dieses in situ zum Beispiel in der Montagekette durchzuführen.
Darüber hinaus können diese für die vorhergehenden Operationen erforderlichen Bauteile feststehend an der Elektronikkarte verbleiben, um dann dazu verwendet zu werden, Informationen über Tests, Kalibrierung, Betriebsstörungen und Röstzeitangaben usw. über Entfernungen zu übermitteln. Sie können auch dazu verwendet werden, insbesondere durch die Änderung bestimmter Parameter verschiedene Produktpaletten zu realisieren, und dies auf einfache und kostengünstige Weise, wobei vermieden wird, eine elektronische Steuerkarte je Produktfamilie zu realisieren.
Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass durch die Verwendung eines Kondensators die im Toaster herrschende Temperatur berücksichtigt wird, wobei der Kondensator eine relativ hohe Abhängigkeit von der Temperatur aufweist und somit als Temperatursensor wirkt, wobei er entweder in dem Garraum oder in dessen Nähe angeordnet ist.
Gemäß dem vorgeschlagenen Beispiel ist der als Temperatursensor verwendete Kondensator der zuvor erläuterte Kondensator C, der im Kreis zur Messung des Wertes des Potentiometers P zur Einstellung des gewünschten Röstgrades integriert ist. Vorzugsweise ist der Kondensator ein Keramikkondensator mit geringem Selbstkostenpreis.
Die starke thermische Änderung des Kondensators C beeinträchtigt die Bestimmung des Bruchteils f insofern nicht, als die Bestimmung der Zeiten T1P und T2P in einem sehr kurzen Zeitraum (einige ms) durchgeführt wird, in dem der Wert des Kondensators C nicht die Zeit hat, sich merklich zu verändern. Die Aufladezeiten T1P und T2P werden ferner kurz nach dem Auslösen eines Heizzyklus bestimmt. Die Trägheit der Heizelemente zusammen mit der des Ansprechens des Kondensators C auf eine Temperaturänderung führt dazu, dass dieser in den ersten 10 Sekunden eines Heizzyklus wenig reagiert, was zur Bestimmung des Bruchteils f zum Einstellen des Röst- oder Wiedererwärmungsgrades des Brotes völlig ausreicht.
Auch wenn es aus Kostengründen günstiger ist, die beiden Funktionen zur Bestimmung des Röst- oder Wiedererwärmungsgrades und des thermischen Zustands der Heizkammer des Toasters auf dem selben RC-Glied zusammenzulegen, so deckt die vorliegende Erfindung auch den Fall, bei dem zwei getrennte Kreise verwendet werden, nämlich ein Kreis mit dem Potentiometer und einem thermisch stabilen Kondensator und der andere mit einem Kondensator mit starker thermischer Veränderung und einem feststehenden und stabilen Widerstand.
Das Prinzip zur Bestimmung des thermischen Ausgangszustands der Heizkammer besteht somit darin, die Ladung des Kondensators über den Gesamtwert des Potentiometers P zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten, nämlich zum einen sehr kurze Zeit nach dem Beginn eines Röst- und/oder Wiedererwärmungszyklus und zum anderen nach einem Zeitraum, der ausreicht, damit der Kondensator durch die von den Heizelementen abgegebene Wärme merklich beeinflusst wurde, oder über die thermische Abbildung mit Hilfe des Versorgungswiderstand zu messen.
Wie zuvor erwähnt, entspricht die Messung T1P der Zeit zum Aufladen des Kondensators über das Potentiometer P. Durch die Durchführung dieser Messung zu den beiden oben genannten Zeitpunkten ist es möglich, den thermischen Zustand der Heizkammer zu Beginn des Röst- und/oder Wiedererwärmungszyklus zu bestimmen.
3 zeigt nämlich bei einem willkürlichen Wert die Veränderung der Zeit zum Aufladen des Kondensators C über das Potentiometer P in Abhängigkeit von der Zeit, wobei ein Röstzyklus zum Zeitpunkt t = 0 s ausgelöst wurde.
Die gestrichelte Kurve stellt ein Auslösen des Röstzyklus bei einer anfänglich kalten Heizkammer dar, während die durchgezogene Kurve nach dem Ausführen mehrerer Heizzyklen erhalten wird.
Es ist gut zu sehen, dass nach dem Ausführen einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zyklen die Heizkammer bei einer bestimmten Temperatur stabilisiert ist, was für einen neuen Röstzyklus zu einer geringen oder keiner Veränderung der Zeit zum Aufladen des Kondensators C über das Potentiometer P führt.
Indem zwei Messungen zu den Zeitpunkten t1 und t2 durchgeführt werden, wie zuvor definiert ist, sind somit die erhaltenen Werte der Zeit zum Aufladen des Kondensators umso unterschiedlicher als die Heizkammer zu Beginn des Zyklus ursprünglich kalt war. Das Verhältnis der beiden Messwerte stellt somit den thermischen Zustand dar, der mit dem Wert selbst der Aufladezeit verbessert werden kann, wobei dieser umso größer ist als die Kammer kalt ist.
Bei dem vorgeschlagenen Beispiel sind die erhaltenen Werte A1 und A2 hoch und das Verhältnis der beiden Werte A2/A1, das nachfolgend mit r bezeichnet ist, gering, was auf eine anfänglich kalte Kammer hindeutet, während de Werte A3 und A4 gering sind und nahe beieinander liegen, was auf eine Heizkammer mit einer anfänglich hohen Temperatur hindeutet.
Es ist ferner anzumerken, dass die Änderung der Zeit zum Aufladen des Kondensators bei einer anfänglich kalten Kammer während etwa den ersten 15 Sekunden gering ist und anschließend bis zum Ende des Röstzyklus schneller sinkt, wobei das Zeitintervall, in dem die Änderung gering ist, durch die Ansprechzeit des Kondensators erklärt werden kann, die insbesondere mit der Wärmeträgheit zusammenhängt. Diese Ansprechzeit ist somit in Abhängigkeit von der Ausführungsform der Heizkammern, der verwendeten Leistung, der Lage des Kondensators usw. variabel.
Insgesamt wird somit eine doppelte Messreihe durchgeführt, so dass zum einen die Funktion f bezüglich des gewünschten Röstgrades und zum anderen der thermische Ausgangszustand der Heizkammer bestimmt wird, der, wie zuvor erklärt, quantifiziert werden kann.
Diese Quantifizierung des thermischen Ausgangszustands der Heizkammer wird dazu verwendet, eine Korrektur der Zeiten Tf vorzunehmen, die bei einer kalten Heizkammer über eine Kompensationsfunktion c durchgeführt wird, welche verschiedene Formeln annehmen kann, wie im Stand der Technik durch die Messung der Heizkammertemperatur bekannt ist. Gemäß einer üblichen Anwendung beträgt die Funktion c zwischen 0 und 1 und ermöglicht es, die reelle Röstzeit Tr gemäß der folgenden Formel zu bestimmen: Tr = Tf(1 – c)
Die Übereinstimmung zwischen dem Wert c und dem Verhältnis r der Aufladezeit zu zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten hängt von der Konfiguration der verschiedenen Heizkammern und von der Leistung der Heizelemente ab. Die Messung ist nämlich keine kurzzeitige Messung, sondern ergibt sich aus zwei Messungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Zur Bestimmung des thermischen Ausgangszustands der Heizkammer muss somit die dynamische Veränderung dieser Kammer berücksichtigt werden.
4 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Wert des Verhältnisses r und dem Wert der Kompensationsfunktion c. Der Wert von r variiert zwischen r_min und 1, während die Kompensationsfunktion zwischen 0 und c_max variiert. Die Kurve, mit der die Werte von c in Abhängigkeit von dem Verhältnis r erhalten werden können, ist vorzugsweise durch zwei lineare Abschnitte dargestellt, deren Steigungskoeffizient für die hohen Werte von r, wo der Kompensationsbedarf hoch ist, da die Garkammer zu Anfang eine hohe Temperatur aufweist, groß ist. Andere Arten von Beziehungen zwischen den Werten von c und r können in Betracht gezogen werden, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, und insbesondere durch die verfügbaren Parameter und Funktionen beeinflusst werden.
Die Anwendung der Kompensationsfunktion wird in der vorliegenden Erfindung nicht im Einzelnen ausgeführt. Sie ist nämlich aus verschiedenen Dokumenten an sich bekannt und in insbesondere in der FR 2 769 456 ausführlich kommentiert.
5 zeigt eine Elektronikkarte, die zur Anwendung der Erfindung sowie zur Implementierung der verschiedenen Bauteile verwendet werden kann.
Somit wird die Versorgung ausgehend von der Netzspannung durchgeführt, die den Schaltern K1, K2 zugeführt wird, welche mit der durch zwei seitliche Heizelemente EC1 und einem mittleren Heizelement EC2 dargestellten Ladung verbunden ist, wobei der in Betracht gezogene Toaster zwei Heizkammern aufweist. Über die Diode D1, die mit den Widerständen R1 in Reihe geschaltet ist, ist in Punkt A eine Spannung von 60V vorhanden, wenn die Schalter K1, K2 geschlossen sind. Die Diode D3 bzw. der Kondensator C1 ermöglichen es, die Impulsspitzen des Signals dieser Versorgungsspannung abzuschneiden bzw. dieses Signal zu filtern.
Die verwendete Mikrosteuereinheit 1 weist 8 Eingangs-/Ausgangsanschlüsse auf, die mit B1 bis B8 bezeichnet sind. Die Anschlüsse B1 und B8 dienen ihrer Versorgung. Die Anschlüsse B2, B3 und B4 sind bereits eingeführt worden. Der Widerstand R7 und die Diode D8, die in Reihe geschaltet sind, stellen die IR-Verbindung mit hoher Datenrate zum Parametrieren und zur Abstimmung der Karte symbolisch dar. Diese Verbindung wird von der Verschaltung Vcc/R2/D2 versorgt, die auch die Diode D7 über den Widerstand R4 speist. Das zweite Ende der Diode D7 ist mit dem Anschluss B5 der Mikrosteuereinheit sowie mit einem Schalter S2 verbunden. Diese Verschaltung entspricht einer besonderen Betriebsart (Wiedererwärmen, Auftauen, „Bagel"-Funktion ...).
Eine identische Verschaltung ist mit dem Widerstand R5 vorgeschlagen, der mit der Diode D6 in Reihe geschaltet ist, welche selbst mit dem Schalter S3 und dem Anschluss B7 der Mikrosteuereinheit verbunden ist, wodurch eine zweite, zusätzliche Funktion gebildet werden kann. Im vorliegenden Fall entspricht diese Funktion der „Bagel"-Funktion, bei der eine Seite des zu röstenden Nahrungsmittels mehr erwärmt wird als die andere Seite. Dazu wird ein Relais L2 von einem Transistor T2 gesteuert und von dem Schalter S3 angesteuert, der über einen Widerstand R6 mit der Basis des Transistors T2 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors ist mit Masse verbunden, während sein Kollektor mit einer Klemme des Relais L2 verbunden ist. Die andere Klemme dieses Relais ist mit dem Punkt A verbunden. In der gezeigten Verschaltung ermöglicht es das Relais, die Versorgung des mittleren Elements zu unterbrechen, wenn die „Bagel"-Funktion gewählt wurde. Es können auch andere Varianten angewendet werden, wie zum Beispiel die Realisierung der Versorgungszyklen lediglich am mittleren Element oder an den seitlichen Elementen, oder auch an allen Heizelementen, so dass ein Warmhalten oder auch Brot vom Typ Zwieback erhalten wird, usw.
Schließlich ermöglicht es der Anschluss B6, den durch die Wicklung L1 dargestellten Elektromagneten L1 über den Widerstand R3, den Transistor T1 und den Zyklusunterbrecher S1 in einer Verschaltung, die zu der des Relais L2 identisch ist, anzusteuern.
Der Elektromagnet wird vorzugsweise von Impulsen, die je nach gewählter Elektromagnetart eine Spannung von 50 bis 100 V aufweisen, mit einer Frequenz von 20 KHz gesteuert, wobei die Breite der Impulse 8 μs beträgt. Diese Anordnung ermöglicht es, die Wicklung des Elektromagneten durch die vorhandene hohe Spannung zu verringern und dabei die abgegebene Energie zu vermindern.
Der Betrieb eines erfindungsgemäßen Toasters kann durch die folgenden Schritte beschrieben werden:

1) Der Benutzer stellt den gewünschten Röst- oder Gargrad mit Hilfe des Läufers des Potentiometers P ein.
2) Wenn der Brothalterschlitten von dem Benutzer in die untere Position gebracht wird, löst die Mikrosteuereinheit die allgemeine Versorgung der Elektronikkarte und der Heizelemente aus. Gleichzeitig wird ein auf 0 gesetzter Zähler ausgelöst. Die Mikrosteuereinheit führt dann jede Sekunde die Messungen T1P und T2P aus.
3) In einem Zeitraum von 10 s nach dem Auslösen eines Zyklus bestimmt die Mikrosteuereinheit den Wert f des am Kontaktstift B3 der Mikrosteuereinheit erzeugten Signals über die Messungen T1P und T2P und speichert den Wert T1P (Gesamtwert, der am Potentiometer gemessen wurde). Je nach Komplexität des Toasters und gewählter Betriebsart, wenn eine derartige Möglichkeit geboten ist, bestimmt die Mikrosteuereinheit die Röst- oder Garwerte in Abhängigkeit von dem Wert von f sowie die allgemeine Kurve der Kompensationsfunktion und insbesondere den Maximalwert c_max.
4) Etwa 30 s nach dem Auslösen eines Röst- und/oder Wiedererwärmungszyklus bestimmt und speichert die Mikrosteuereinheit erneut den Wert T1P und bildet das Verhältnis mit dem anfänglich in Schritt 3) ermittelten Wert. Dieses Verhältnis reflektiert dann den thermischen Zustand der Heizkammer zu Beginn des Heizzyklus. Mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens wird die Korrekturfunktion c berechnet. Die reelle Röstzeit Tr ist dann die Röstzeit Tf im kalten Zustand, die mit der Kompensationsfunktion c moduliert wird.
5) Jede Sekunde wird dieser Zähler inkrementiert. Dieses Intervall wird willkürlich mit einer Sekunde definiert. Es kann ein anderer Wert ausgewählt werden, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Wenn der Zähler einen Wert anzeigt, der höher ist als die bestimmte Röstzeit Tr, wird der Röstzyklus angehalten, wobei die Mikrosteuereinheit die Versorgung der Spule des Elektromagneten, der den Brothalterschlitten hält, welcher dann in eine Position zurückgestellt werden kann, in der das Brot entnommen wird, unterbricht und dabei die Versorgung der Heizelemente und der Mikrosteuereinheit selbst unterbricht.
Bei einer Ausführungsvariante werden während eines Röstzyklus die Parameter, die vom Benutzer ausgewählt werden (Röstgrad und Funktionsauswahl) und die Röstzeit beeinflussen, jede Sekunde von der Mikrosteuereinheit neu berechnet, und es wird gegebenenfalls eine neue Röstdauer berechnet, wenn diese Parameter geändert wurden. Diese mögliche neue Dauer ersetzt die ursprünglich vorgesehene Dauer, und dies obwohl der Röstzyklus begonnen hat. Somit werden sogar späte Änderungen der Röstparameter durch den Benutzer für die Berechnung der Röstdauer des laufenden Zyklus berücksichtigt, wodurch die Wünsche des Benutzers bestmöglich beachtet werden können.
Um den Elektromagneten permanent mit den oben genannten Impulsen versorgen zu können, ist das Programm der Mikrosteuereinheit vom Typ „grafcet", das einen Mehrauftragbetrieb ermöglicht, bei dem die Mikrosteuereinheit in regelmäßigen Intervallen die Impulse zum Halten des Elektromagneten steuert und dabei in der Zwischenzeit die oben genannten Operationen durchführt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das einzige vorgeschlagene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern deckt auch die Ausführungsvarianten, die mit der verwendeten Technologie verbunden sind, insbesondere hinsichtlich der Wahl der Mikrosteuereinheit, wobei diese mit einer integrierten Funktion zur Analog-Digital-Umwandlung ausgestattet sein kann.
Der verwendete Kondensator kann ferner außerhalb der Heizkammer angeordnet sein und über eine sogenannte „Abbildungs"-Temperatur direkt dem Einfluss der Heizelemente ausgesetzt sein, wobei ein Bauteil in Übereinstimmung mit der Erwärmung der Heizkammer erwärmt wird. Es kann sich um einen Widerstand handeln, der im Kreis zur Versorgung der Heizelemente angeordnet ist und sich durch die Joulesche Wärme in Abhängigkeit von dem von den Heizelementen angeforderten Strom erwärmt, wobei der Kondensator dann in der unmittelbaren Nähe dieses Anzeigewiderstands angeordnet ist.
In Abhängigkeit von dem in Betracht gezogenen Toastertyp können ferner die beiden Messzeitpunkte, insbesondere der Zweite, geändert werden, wenn er ursprünglich höher ist als die kürzeste, am Toaster verfügbare Röstzeit. Es ist jedoch besser, den Zeitpunkt der zweiten Messung so weit wie möglich nach hinten zu setzen, um die Genauigkeit der verglichenen Parameter zu erhöhen.
Es ist anzumerken, dass die Schritte, bei denen die Versorgung und das Anhalten der Heizmittel sowie das Zurückstellen des Brothalterschlittens gesteuert werden, mit herkömmlichen Mitteln, die bei der Anwendung derartiger Geräte häufig verwendet werden, ohne Anwendung einer Steuerung durch eine Mikrosteuereinheit und ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, ausgeführt werden können.
Durch die Verwendung einer Mikrosteuereinheit zur Steuerung aller Funktionen eines Toasters ist es jedoch möglich, lediglich durch eine neue Programmierung der Mikrosteuereinheit neue Funktionen einfach anzupassen und/oder die vorhandenen Funktionen zu erweitern.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des thermischen Zustands einer Heizkammer eines Toasters, in der sich Mittel zum Rösten und/oder zum Wiedererwärmen erstrecken, wobei der Toaster insbesondere Mittel zum Auslösen eines Zyklus zum Rösten oder Wiedererwärmen des Brotes sowie Mittel zum Einstellen des gewünschten Röstgrades aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht: – zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten (t1) und (t2) nach dem Auslösen eines Röst- oder Wiedererwärmungszyklus den Wert (A1) bzw. dann den Wert (A2) eines thermisch variablen Kondensators (C) oder eine für diesen Wert repräsentative Größe zu messen, wobei der Kondensator (C) dem Einfluss der Mittel zum Rösten und/oder zum Wiedererwärmen unterliegt, wobei der zweite Messzeitpunkt (t2) mindestens 10 Sekunden nach dem ersten erfolgt, – das Verhältnis (r) der beiden erhaltenen Messwerte (A1, A2) zu berechnen, um den thermischen Zustand der Heizkammer beim Auslösen des Röst- oder Wiedererwärmungszyklus zu bestimmen.
Verfahren zur Bestimmung des thermischen Zustands einer Heizkammer nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitpunkt (t1) zur Messung des Kondensatorwertes in einem Zeitraum von weniger als 15 Sekunden nach dem Auslösen eines Zyklus zum Rösten oder Wiedererwärmen des Brotes erfolgt.
Verfahren zur Bestimmung des thermischen Zustands einer Heizkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung darin besteht, die Zeit (T1P, T2P) zum Aufladen des Kondensators (C) über einen thermisch stabilen Widerstand zu bestimmen.
Verfahren zur Bestimmung des thermischen Zustands einer Heizkammer nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Widerstand das Potentiometer (P) zum Einstellen des Röst- oder Wiedererwärmungsgrades des Brotes ist.
Steuerkreis für einen Toaster, der insbesondere eine Elektronikkarte aufweist, auf der ein Potentiometer (P) zum Einstellen des Röst- oder Wiedererwärmungsgrades des Brotes eingesetzt ist, dessen Wert eine Ausgangszeit (Tf) zum Rösten oder Wiedererwärmen festlegt, wobei es eine Mikrosteuereinheit (1) ermöglicht, die Versorgung der Heizelemente (10) des Toasters und das Halten des Schlittens in der unteren Röstposition in Abhängigkeit von der Zeit zu steuern, die erforderlich ist, um den gewünschten Röst- oder Wiedererwärmungsgrad zu erreichen, wobei die Mikrosteuereinheit (1) über digitalisierte Tabellen über die Ausgangsdauern (Tf) zum Rösten oder Wiedererwärmen des Brotes sowie über Mittel verfügt, die die Bestimmung der reellen Röst- oder Wiedererwärmungsdauer (Tr) des Brotes und der an den Heizmitteln zu erzeugenden Leistung in Abhängigkeit von dem thermischen Ausgangszustand der Heizkammer ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Steuerkreis zur Bestimmung der reellen Röst- oder Wiedererwärmungsdauer (Tr) des Brotes ein Verfahren zur Bestimmung des thermischen Zustands der Heizkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4 anwendet.
Steuerkreis nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er das Verhältnis (r) der beiden Messwerte (A1, A2) verwendet, um den Kompensationswert (c), der für die Definition der reellen Röst- oder Wiedererwärmungszeit (Tr) in Abhängigkeit von der durch das Potentiometer zum Einstellen des Röstgrades anfänglich festgelegten Röstdauer (Tf) verwendet wird, gemäß dem folgenden Gesetz zu bestimmen: Tr = Tf (1 – c).
Steuerkreis nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentiometer (P) zum Einstellen des Röst- oder Wiedererwärmungsgrades des Brotes sowie der Kondensator (C) mit starker thermischer Änderung ein RC-Glied bilden, wobei die Mikrosteuereinheit (1) die Zeit (T1P, T2P) zum Aufladen des Kondensators (C) zu beiden Zeitpunkten (t1) und (t2) nicht nur über den Gesamtwert des Potentiometers (P), sondern auch über den Bruchteil (f) misst, welcher für das Einstellen des Röst- oder Wiedererwärmungsgrades gewählt wurde.
Toaster, der ein Gehäuse aufweist, mindestens einen Spalt zum Einlegen des Brotes, einen Brothalterschlitten, welcher einer Rückstellfeder zugeordnet und in einer Heizkammer mindestens zwischen einer Röstposition und einer Position, in der das Brot entnommen wird, beweglich ist, wobei sich in der Heizkammer Mittel (10) zum Rösten und/oder zum Wiedererwärmen, die Infrarotstrahlungsquellen bilden, erstrecken, Mittel zum Auslösen des Röstens des Brotes, ein Elektromagnet zum Halten des Schlittens in der Röstposition und eine Mikrosteuereinheit (1), welche einer Elektronikkarte zugeordnet ist, wobei die Elektronikkarte einen Steuerkreis nach einem der Ansprüche 5 bis 7 aufweist.
Toaster nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrosteuereinheit (1) über einen inneren Zeitzähler (7) verfügt, der ein Signal erzeugen kann, das es ermöglicht, den Schlitten freizugeben und die Versorgung der Heizmittel (10) anzuhalten, wenn die Dauer des laufenden Röstzyklus die reelle Röstdauer (Tr) erreicht hat, wobei die Dauer des laufenden Röstzyklus mit Hilfe des Zeitzählers (7) der Mikrosteuereinheit (1) bestimmt wird.
Toaster nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Röstzyklus die Mikrosteuereinheit (1) den Zustand der Auswahlvorrichtungen (5, 6) in regelmäßigen Zeitintervallen messen kann, um die Röstdauer (Tf Tr) erneut zu berechnen, wenn eine Änderung der Parameter, die diese Röstdauer beeinflussen, durch den Benutzer erfolgt.