DE68905533T2

DE68905533T2 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen regulierung eines heizgeraetes und mit dieser vorrichtung versehenes heizgeraet.

Info

Publication number: DE68905533T2
Application number: DE8989401751T
Authority: DE
Inventors: Alain Duborper; Gilles Miquelot; Paul Rivier; Roger Rosset
Original assignee: SEB SA
Current assignee: SEB SA
Priority date: 1988-06-22
Filing date: 1989-06-21
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: FR2633481A1; FR2633481B1; US4962299A; ES2012431T3; DE68905533D1; JPH0258109A; ES2012431A4; CA1311512C; KR900000753A; EP0348298A1; DE348298T1; JP2896165B2; EP0348298B1; KR920006975B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Regulierung eines Heizgeräts.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens zur thermischen Regulierung sowie ein diese Vorrichtung enthaltendes Heizgerät.
Das Heizgerät kann ein Kochgefäß wie eine Kasserolle, ein Kochkessel, eine Schmorpfanne oder dergleichen sein.
Dieses Heizgerät kann auch ein industrielles Heizgerät oder ein industrieller Wärmespeicher sein.
Die verschiedenen, üblicherweise in der Industrie verwendeten Regulierungsvorrichtungen setzen eine Proportional-Regelung, Proportional-Differential-Regelung, Proportional-Integral- Regelung, Differential-Regelung und eine selbstanpassende Regelung ein, die sich nur auf einen Randbereich von Temperaturen nahe der Höchsttemperatur oder der Solltemperatur erstrecken. Somit werden der Temperaturanstieg von der Umgebungstemperatur bis zu der Höchsttemperatur und die Aufrechterhaltung bei dieser Temperatur gemäß im voraus festgelegten Bedingungen realisiert. So wird im Falle eines Kochgefäßes wie einer elektrischen Friteuse die Erwärmung bewirkt, indem die Heizwiderstände mit voller Leistung versorgt werden. Somit bleibt die Wärmebelastung des Gefäßes außer Betracht, d. h. es wird nicht berücksichtigt, ob dieses eine große oder geringe Menge an Flüssigkeit enthält oder leer ist.
Aus der CH-A-444 417 ist ein Verfahren zur Regulierung eines Heizgeräts bekannt, das darin besteht, die Temperatur bis zu einem Wert ansteigen zu lassen, der niedriger als eine vorgegebene Höchsttemperatur ist, und dann, nach Abschalten der Erwärmung, die Temperatur durch Wärmeträgheit so weit ansteigen zu lassen, bis die vorgenannte Höchsttemperatur erreicht ist, wobei der Unterschied zwischen der Höchsttemperatur und der Abschalttemperatur der Erwärmung in Abhängigkeit vom Profil der Temperaturanstiegskurve des Gefäßes bei der Heizperiode vorgegeben ist.
Bei diesem Verfahren steuert man die Betriebszeit der Wärmequelle. In der Praxis ist es jedoch äußerst schwierig, diese Betriebszeit im voraus zu bestimmen. Somit ist es nicht möglich, zu verhindern, daß in bestimmten Fällen die vorbestimmte Höchsttemperatur überschritten wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zur thermischen Regulierung eines Heizgeräts zu schaffen, das es gestattet, die Erwärmungs- Höchsttemperatur in minimaler Erwärmungszeit zu erreichen, ohne dabei Gefahr zu laufen, daß diese Höchsttemperatur, wie auch immer die thermische Belastung dieses Gerätes sein mag, überschritten wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur thermischen Regulierung eines Heizgeräts, bei dem man die Temperatur bis zu einem Wert ansteigen läßt, der niedriger als eine vorgegebene Höchsttemperatur ist, und man dann, nach Abschaltung der Erwärmung, die Temperatur durch Wärmeträgheit so weit ansteigen läßt, bis die vorgenannte Höchsttemperatur etwa erreicht ist, wobei der Unterschied zwischen dieser Höchsttemperatur und der Abschalttemperatur der Erwärmung in Abhängigkeit vom Profil der Temperaturanstiegskurve bei der Heizperiode vorgegeben ist.
Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man die Neigung der Kurve in Abhängigkeit von der Zeit und der gemessenen Temperatur berechnet und daß man anhand dieser Neigung den Wert des Unterschieds bestimmt.
Indem der Unterschied zwischen der Abschalttemperatur der Erwärmung und der Höchsttemperatur in Abhängigkeit vom Profil der Temperaturanstiegskurve berechnet wird, ist es somit möglich, die Erwärmung bei einer gegebenen Temperatur abzuschalten, die niedriger als die Höchsttemperatur ist, wie auch immer die thermische Belastung des Gerätes sein mag. Nach dem Abschalten der Erwärmung setzt sich der Temperaturanstieg durch Wärmeträgheit bis zur Höchsttemperatur fort. Anders ausgedrückt gestattet es das erfindungsgemäße Verfahren, durch Analysieren der Temperaturanstiegskurve die Art und Weise im voraus zu bestimmen, wie die Temperaturanstiegskurve durch Wärmeträgheit nach Abschalten der Erwärmung verlaufen wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung bestimmt man den vorgenannten Unterschied in Abhängigkeit von der Neigung der Temperaturanstiegskurve, und man schaltet die Erwärmung ab, wenn die gemessene Temperatur etwas niedriger als die im voraus bestimmte Höchsttemperatur abzüglich des vorgenannten Unterschieds ist.
Die Erfassung dieser Neigung gestattet es somit, den Unterschied, d. h. die Art und Weise vorherzusehen, wie die Temperaturanstiegskurve zwischen der Abschalttemperatur der Erwärmung und der angestrebten Höchsttemperatur verlaufen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß beim Temperaturanstieg die Temperatur in regelmäßigen Abständen gemessen und die mittlere Neigung berechnet wird.
Hierzu berechnet man ständig den vorgenannten Unterschied in Abhängigkeit von der mittleren Neigung.
Der berechnete Unterschied ist von der Neigung der Temperaturanstiegskurve abhängig. Diese Funktion wird experimentell bestimmt.
Vorzugsweise wird zur Berechnung des Unterschieds nur die mittlere Neigung berücksichtigt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß nach Abschaltung der Erwärmung weiterhin in regelmäßigen Abständen die Temperatur, die Neigung und der Unterschied bestimmt werden und die Erwärmung wieder eingeschaltet wird, wenn die gemessene Temperatur zuzüglich des Unterschieds ungefähr 1 ºC niedriger als die vorausbestimmte Höchsttemperatur ist.
Somit läuft man nicht Gefahr, daß die Höchsttemperatur überschritten wird, wie auch immer die thermische Belastung des Geräts sein mag.
Die Erwärmung wird während einer Dauer wieder eingeschaltet, die nach folgender Relation berechnet wird:
TM - (TC + E)/Ptc K
wobei TM die vorgegebene Höchsttemperatur ist,
TC die Abschalttemperatur der Erwärmung,
E der berechnete Unterschied,
Ptc die Neigung bei der Abschaltung der Erwärmung, und
K ein zwischen 0,5 und 1 gelegener Koeffizient ist, der nach der ersten Abschaltung gespeichert worden ist.
Somit wird die Höchsttemperatur auf sehr genaue Weise aufrechterhalten. Nach Ablauf der vorgenannten Erwärmungsdauer wird die Erwärmung während einer festgelegten Dauer von z. B. etwa fünfzehn Sekunden abgeschaltet.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung für die Anwendung des vorgenannten Verfahrens zur thermischen Regulierung. Diese Vorrichtung umfaßt elektrische Heizmittel, einen Fühler zur Temperaturmessung und Mittel zur Abschaltung der Stromversorgung.
Erfindungsgemäß enthält diese Vorrichtung einen Mikroprozessor, der so programmiert ist, daß er in regelmäßigen Abständen die vom Fühler gemessene Temperatur aufnimmt, um die mittlere Neigung der Temperaturanstiegskurve zu berechnen, um in Abhängigkeit von dieser Neigung den Unterschied zwischen der Höchsttemperatur und der Abschalttemperatur der Erwärmung zu berechnen, und um die Abschaltung der Erwärmung anzuordnen, wenn die gemessene Temperatur etwas niedriger als die Höchsttemperatur abzüglich des vorgenannten Unterschieds ist.
Dieser Mikroprozessor bewirkt somit sämtliche in dem vorgenannten Verfahren festgelegten Messungen und Berechnungen.
Die Erfindung betrifft auch ein Heizgerät, das die vorgenannte Vorrichtung zur thermischen Regulierung enthält.
Dieses Heizgerät besteht vorzugsweise, jedoch in nichteinschränkender Weise, aus einem elektrisch beheizten Kochgefäß.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung enthält dieses Kochgefäß mehrere, verschiedene Höchsttemperaturen aufweisende Heizfunktionen und Mittel zur Auswahl dieser Funktionen, wobei der Mikroprozessor dazu angepaßt ist, die thermische Regulierung der Erwärmung für jede dieser Funktionen zu steuern.
Somit genügt es, eine dieser Funktionen auszuwählen, worauf der Mikroprozessor automatisch die an diese Funktion angepaßte thermische Regulierung steuert, was bedeutet, daß die dieser Funktion entsprechende Höchsttemperatur nicht überschritten und bei diesem Wert während der gewünschten Dauer aufrechterhalten wird.
Das Kochgefäß kann insbesondere die folgenden Heizfunktionen umfassen:
- Wasserbad mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 65 ºC und mit reduzierter Wärmeleistung,
- Aufwärmen mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 85 ºC,
- Fortkochen mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 95 ºC,
- Kochen mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 100 ºC,
- Braten mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 170 ºC.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
In der lediglich Beispiele wiedergebenden und nicht einschränkend zu verstehenden Zeichnung zeigen:
- Fig. 1 eine Schnittansicht eines Kochgefäßes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen Regulierung,
- Fig. 2 ein Diagramm, das den Verlauf der Temperatur des Heizwiderstandes und des Gefäßes in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt,
- Fig. 3 ein Diagramm, das den Verlauf der Temperatur des Gefäßes sowie den der Versorgungsspannung für den Heizwiderstand in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt,
- Fig. 4 ein allgemeines Flußdiagramm zur Funktionsweise der Vorrichtung,
- Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Steuerfeldes zur Steuerung des Gefäßes.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist ein Kochgefäß 1 dargestellt, das dazu bestimmt ist, zu erwärmende flüssige oder feste Lebensmittel aufzunehmen, und abnehmbar auf einem Heizsockel 2 ruht. Der Boden 3 des Gefäßes 1 ist in Kontakt mit einem elektrischen Heizwiderstand 4, der über einen Anschluß 5 mit elektrischem Strom versorgt wird.
Die an den Boden 3 des Gefäßes angrenzende Innenwand 6 des Sockels 2 bildet einen Reflektor.
An der Seite des Sockels 2 ist ein Temperaturfühler 7 angeordnet, der unter der Wirkung einer Feder 8 gegen die Wand des Gefäßes 1 gehalten ist. Der hintere Teil des Fühlers 7 ist in einem Gehäuse 9 untergebracht, das verschiedene elektronische Bauteile und insbesondere ein Leistungsrelais 10, einen Mikroschalter 11 zur Erfassung der Anwesenheit des Gefäßes 1, Funktionsanzeigeeinrichtungen 12 und Tasten 13 enthält.
Das Gehäuse 9 enthält auch einen 4 Bit-Mikroprozessor 14, z.B. einen COP 422, der dafür programmiert ist, die verschiedenen, später noch zu beschreibenden Funktionen sicherzustellen.
Fig. 2 zeigt den Verlauf der Temperatur T des Heizelements 4 (Kurve C&sub1;) und der Wand des Gefäßes 1 (Kurve C&sub2;) in Abhängigkeit von der Zeit t. Aufgrund der Wärmeträgheit steigt die Temperatur des Heizelements 4 schneller als die des Gefäßes 1.
Im Zeitpunkt TC des Abschaltens des elektrischen Stromes zur Versorgung des Heizelements 4 fällt dessen Temperatur rasch ab, während die des Gefäßes 1 gegenüber der Abschalttemperatur TC weiter ansteigt. Die Temperatur des Heizelements 4 und die Temperatur des Gefäßes 1 laufen auf einen gleichen Wert TM zu.
Ist TM die Höchst- oder Solltemperatur, die in dem Gefäß 1 erreicht werden soll, so sieht man, daß die Erwärmung des Heizelements 4 abgeschaltet werden muß, wenn die Temperatur des Gefäßes 1 den Wert TC erreicht. Es ist daher angebracht, den Unterschied E zwischen den Temperaturen TM und TC vorauszubestimmen.
Versuche und Berechnungen haben gezeigt, daß der Unterschied E um so größer ist, je schneller die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit des Gefäßes 1 ist. Der Wert des Unterschieds E hängt von der Neigung Pt der Temperaturanstiegskurve C&sub2; des Gefäßes 1 ab.
Bei der Abschalttemperatur TC der Erwärmung stellt sich die thermische Ausgleichsgleichung nämlich wie folgt dar:
IR (ΔT - E) = IC E,
worin
IR = Trägheit des Widerstandes
IC = Trägheit des Gefäßes
angenommen: E = ΔT IR/IR + IC
Die Bedingung für eine Wärmeübertragung stellt sich wie folgt dar:
P = K S ΔT,
worin
P die Wärmeleistung ist,
S die Wärmeaustauschfläche und
K eine Konstante ist.
Die Wärmebilanzgleichung stellt sich wie folgt dar:
P = Pt (IR + IC),
woraus
folgt.
Sind IR, K und S Konstanten, so ist der Unterschied E in etwa proportional zu der Neigung der Temperaturanstiegskurve C&sub2; des Gefäßes 1. Dieser lineare Verlauf ist in erster Annäherung gültig. Zur genaueren Berechnung von E ist es indessen vorzuziehen, einen parabolischen Verlauf zu verwenden.
Gemäß der Erfindung berechnet der Mikroprozessor 14 die Neigung Pt der Kurve C&sub2; in Abhängigkeit von der Zeit und der durch den Fühler 7 gemessenen Temperatur, und er bestimmt anhand dieser Neigung den Wert des Unterschieds E.
Der Mikroprozessor 14 ordnet das Abschalten der Erwärmung, d.h. das Abschalten der elektrischen Versorgung des Widerstandes 4 an, wenn die durch den Fühler 7 gemessene Temperatur etwas niedriger als die vorbestimmte Höchsttemperatur TM abzüglich des Unterschieds E ist. Gemäß der Erfindung ist es nämlich vorzuziehen, die Erwärmung bei einer Temperatur abzuschalten, die etwas niedriger als die theoretisch erforderliche Temperatur ist, um jegliche Gefahr eines Überschreitens der Temperatur TM zu vermeiden.
Vorzugsweise mißt die Vorrichtung gemäß der Erfindung nach einer Stabilisierung der durch den Fühler 7 gemessenen Temperatur regelmäßig alle vier Sekunden die Temperatur des Gefäßes (siehe Fig. 3).
Die durch den Fühler 7 gemessene Temperatur wird entsprechend einer Beziehung der Art A + B Pt korrigiert, in der Pt die im Augenblick der Messung berechnete mittlere Neigung, A ein Korrekturfaktor, der die Wärmebremse Fühler/Wand des Gefäßes 1 berücksichtigt, und B ein Korrekturfaktor ist, der die Trägheit des Systems berücksichtigt.
Während der anfänglichen Erwärmung ist die Temperaturanstiegskurve gekrümmt und häufig ungleichmäßig. Um diese Tatsache zu kompensieren, werden die Neigung Pt und der Unterschied E für die Augenblicke 0 - 1, dann 2 - 0, darauf 3 - 0 usw. bis 9 - 0 berechnet. Der Mittelwert wird dann durch die Gerade AB wiedergegeben (siehe Fig. 3). Um nicht von den ersten Messungen beeinträchtigt zu werden, wird der folgende Mittelwert über den Augenblicken 10 - 6 gemessen, nämlich die Gerade CD, dann über den Augenblicken 11 - 6, 12 - 6, 13 - 6 usw.
Jeder Temperaturmessung folgt die Berechnung der Neigung Pt und die Berechnung des Unterschieds E gemäß der Formel
K&sub1;Pt + K&sub2;Pt²
In dieser Formel sowie für die zuvor beschriebene Art von Heizgefäß sind K&sub1; und K&sub2; die Koeffizienten der Parabolfunktion. Um sicherzugehen, daß die Solltemperatur TM nicht überschritten wird, wird die Berechnung des Unterschieds E etwas erhöht. Der Vergleich erfolgt auf die folgende Art und Weise: Sobald die korrigierte aktuelle Temperatur TC + E des Fühlers höher als die Solltemperatur TM ist, wird die Versorgung des Heizelements 4 abgeschaltet. Im Augenblick des Abschaltens der Erwärmung (Punkt J in dem Diagramm) wird die Neigung PtC bei dem Abschalten gespeichert. Infolge getroffener Vorsichtsmaßnahmen (Korrektur der Ablesung des Fühlers + Erhöhung der Neigung) wird die Solltemperatur TM wahrscheinlich nicht erreicht. Ein einmaliges oder mehrmaliges Wiedereinschalten der Erwärmung wird erforderlich sein. Diese Vorgänge des Wiedereinschaltens der Erwärmung erfolgen mit den im Augenblick der ersten Abschaltung gespeicherten Parametern. Es wird nun erläutert, wie die Temperatur nach dem ersten Abschalten der Stromversorgung aufrechterhalten wird.
Die Temperaturmessungen werden fortlaufend alle vier Sekunden durchgeführt, wie auch die Neigung und der Unterschied E fortlaufend berechnet werden. In dieser Aufrechterhaltungsphase wird die Neigung aus den 10 letzten Temperaturen entsprechend der Beziehung Θ(TC) - Θ(TC - 10)/9x4 berechnet. Der Unterschied E selbst wird stets auf dieselbe Weise berechnet (siehe oben). Wenn die korrigierte aktuelle Temperatur TC + der Unterschied E des Fühlers um 1 ºC niedriger als die Solltemperatur TM ist, wird eine bestimmte Strommenge in das Heizelement 4 gegeben.
Die Erwärmungsdauer (zwischen den Punkten K und L der Fig. 3) wird gemäß der folgenden Beziehung berechnet:
TM - (TC + E)/Ptc K
worin
TM die vorbestimmte Soll-Höchsttemperatur ist,
TC die Abschalttemperatur der Erwärmung ist,
E der berechnete Unterschied ist,
Ptc die Neigung bei der Erwärmungsabschaltung ist,
K ein Faktor ist, der zwischen 0,5 und 1 liegt und allgemein gleich 0,8 ist.
Nach dem Ablauf der zuvor genannten Erwärmungsdauer wird die Erwärmung während einer festen Zeitdauer von 15 Sekunden abgeschaltet (Verzögerung zwischen den Punkten L und M der Fig. 3).
Diese Phase der Aufrechterhaltung der Temperatur nahe dem Wert TM wird durch das Flußdiagramm der Fig. 4 erläutert.
Das in Fig. 1 dargestellte beheizbare Kochgefäß umfaßt mehrere Heizfunktionen F&sub1;, F&sub2;, F&sub3;, F&sub4;, F&sub5; mit verschiedenen Höchsttemperaturen und Mittel zur Auswahl dieser Funktionen, wobei der Mikroprozessor 14 dazu ausgelegt ist, die thermische Regulierung der Erwärmung für jede dieser Funktionen zu steuern.
Beim dargestellten Beispiel umfaßt dieses Heizgefäß die folgenden Funktionen:
- Wasserbad mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 65 ºC und mit reduzierter Leistung,
- Aufwärmen mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 85 ºC,
- Fortkochen mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 95 ºC,
- Kochen mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 100 ºC,
- Braten mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 170 ºC.
Hierzu enthält das Steuerfeld 15 (siehe Fig. 5) des beheizbaren Gefäßes fünf Tasten F&sub1;, F&sub2;, F&sub3;, F&sub4;, F&sub5;, die dazu bestimmt sind, von einem Benützer betätigt zu werden, und die es gestatten, die verschiedenen, vorgenannten Heizfunktionen auszuwählen.
Das Steuerfeld 15 enthält auch zwei Tasten - und + zur Programmierung der Betriebszeiten bei den verschiedenen Heizfunktionen.
Es wird jetzt jede dieser Heizfunktionen im einzelnen beschrieben.

FUNKTION KOCHEN

Um eine Flüssigkeit auf die Siedetemperatur zu bringen, müssen die für deren Temperaturerhöhung erforderlichen Kalorien aufgebracht werden (spezifische Wärme), die Wärmeverluste der Heizmittel (Strahlung und Leitung des Heizelements) kompensiert werden und die Wärmeverluste des Gefäßes kompensiert werden. In der Praxis zeigt sich, daß die Summe der Wärmeverluste unabhängig davon, welche Flüssigkeitsmenge in dem Gefäß enthalten ist, etwa konstant ist.
Um eine Flüssigkeit beim Sieden zu halten, genügt es, die Wärmeverluste des Systems zu kompensieren und die für eine minimale Verdampfung erforderlichen Kalorien aufzubringen. Ein Übermaß an Kalorien führt beim Kochen zu einem heftigen Aufwallen und zu einer bedeutenden Verdampfung.
Für die Funktion Kochen (wie auch immer die Art der Flüssigkeit, Wasser, Suppe, Milch, Kochteigwaren und Kochreis ..., oder deren Menge sein mag) wirkt die virtuelle Siedetemperatur TM bei 97 ºC. Der Unterschied E wird berechnet, um diese Temperatur zu erreichen. Nachdem die Temperatur TC = 90 ºC jedoch erreicht wurde, stellt sich die Versorgung des Heizelements 4 auf 10 % ihrer Nennleistung ein (3 Sekunden unter Spannung auf einer Zeitbasis von 30 Sekunden).
Zwei Fälle können nun auftreten:
a) ein Deckel bedeckt das Gefäß: Die Temperaturkurve ist leicht gekrümmt. Die Temperaturkurve geht deutlich dazu über, die virtuelle Temperatur von 97 ºC zu tangieren und stabilisiert sich bei einer Temperatur von ungefähr 100 ºC entsprechend der Art der Flüssigkeit (Wasser, Salzwasser, Milch, usw.) selbst. Die Versorgung der Verdampfungsstufe der Flüssigkeit wird bei 10 % der Nennleistung fortgesetzt (3" unter Spannung auf einer Zeitbasis von 30");
b) es ist kein Deckel vorgesehen: Die Temperaturkurve ist auf natürliche Weise gekrümmt und fällt ab, wenn die Verluste groß sind; die Temperatur, die durch den Unterschied 97 ºC erreichen kann, wird nicht erreicht. Die Neigung wird negativ, und die Versorgung wird bei einem Wert von 50 % der Nennleistung wieder eingeschaltet, so daß die Flüssigkeit ihre Siedestufe erreichen kann.

FUNKTION ABKÜHLEN (ODER WASSERBAD)

Der Energiebedarf bei der Funktion "Wasserbad" ist:
- ein langsamer Temperaturanstieg,
- eine Regelung bei 65 ºC (Soll-Höchsttemperatur TM).
Um dies zu bewirken, beträgt die dem Widerstand 4 zugeführte Leistung ein Sechstel seiner Nennleistung (5" unter Spannung auf einer Zeitbasis von 30").
Enthält das Gefäß eine bestimmte Flüssigkeitsmenge, so erreicht die Temperatur nach einer Erwärmungsminute einen Wert von 5 ºC (bezeichnet als kritischer Wert). Wird diese kritische Temperatur überschritten, so beweist dies, daß eine gute Wärmeübertragung "Widerstand 4 + Boden des Gefäßes + zu erhitzendes Produkt + Wand des Gefäßes + Fühler" stattfindet: Es wird sich wahrscheinlich um eine kleine Flüssigkeitsmenge handeln (z. B. um eine Soße). Die Regelung auf ein Sechstel der Nennleistung wird beibehalten.
Wird die Temperatur nicht erreicht, so handelt es sich wahrscheinlich um eine große Flüssigkeitsmenge (z. B. um eine abgekühlte Suppe). Die Wärmeregelung gelangt dann zu ihrer Nennleistung.
In den beiden Fällen liegt die Solltemperatur TM bei 65 ºC.

SICHERHEIT BEI DER FUNKTION BRATEN

Ein Nahrungsmittel braten zu lassen, setzt voraus, daß die kulinarische Zubereitung sehr wenig wasserhaltig ist und daß das Gefäß die Temperatur von 170 ºC erreichen kann (Braten von Fleisch und von Fritüren, Herstellen von Karamel, usw.).
Es kann jedoch vorkommen, daß man versehentlich die Funktion Braten für eine Flüssigkeit mit einem Siedepunkt in der Nähe von 100 ºC programmiert.
Nach einer Heizminute muß die Temperatur, wenn es sich um ein trockenes Braten handelt (Grill- oder Bratfleisch, Karamel ...), eine kritische Temperatur von 20 ºC überschritten haben. Ist dies nicht der Fall, so geht die Erwärmungsregelung automatisch zur Funktion "Fortkochen" über (Höchsttemperatur 95 ºC).

SICHERHEIT BEIM VERDAMPFEN (VERSCHWINDEN DER LADUNG)

Bei der Verwendung der Funktion "Kochen" führt das vollständige Verdampfen der siedenden Flüssigkeit zu einer Erhöhung der Temperatur des Gefäßes.
Wenn die Temperatur 110 ºC überschreitet, wird die Versorgung des Heizelements 4 abgeschaltet.

STABILISIERUNG DES TEMPERATURFÜHLERS

Auf dem Heizwiderstand 4 kann ein heißes Gefäß angeordnet sein; umgekehrt kann ein durch die von dem Widerstand abgegebene Strahlung erhitzter Fühler 7 an einem kalten Gefäß angesetzt sein. In allen Anwendungsfällen sind die Temperaturen des Fühlers und des Gefäßes nicht identisch.
Die erste Phase der thermischen Regulierung besteht darin, die aufeinanderfolgenden Neigungen zu berechnen und den Widerstand nicht unter Spannung zu setzen, wenn die momentane mittlere Neigung gemäß dem zuvor beschriebenen Vorgang niedriger als ein bestimmter Wert wie z. B. 0,1 ist.
Die verschiedenen Heizfunktionen des erfindungsgemäßen beheizbaren Gefäßes sind somit vollständig von dem Mikroprozessor gesteuert. Der Benützer hat nur eine der Funktionen sowie die Betriebsdauer auszuwählen.
In allen Fällen besteht keinerlei Gefahr, daß die Höchsttemperatur überschritten wird, wie groß auch immer die zu erhitzende Produktmenge im Inneren des Gefäßes sein mag.
Ergänzend zu dem vorhergehenden kann das gerade beschriebene Verfahren auch dafür ausgelegt sein, zu diagnostizieren, daß die Solltemperatur erreicht wurde.
Hierzu wird der Augenblick markiert, bei dem die Solltemperatur erreicht sein wird, die mittels der ausgewählten Funktionstaste programmiert ist. Es handelt sich um den Augenblick, von dem ab die Aufrechterhaltungszeit bei der programmierten Temperatur abwärtsgezählt wird.
Zwei Fälle treten auf:

A) Funktion "Kochen"

In diesem Fall erfolgt die Versorgung des Heizwiderstandes ab ungefähr 90 ºC zyklusweise, um eine mittlere Leistung von ungefähr 50 oder 10 % der Nennleistung zu erhalten.
Infolge der Streuung entsprechend der Temperatur gestattet es deren bloße Kenntnis nicht, mit Sicherheit den Augenblick des Siedebeginns zu erfahren.
Man bedient sich der physikalischen Definition einer Siedestufe, die darin besteht, eine perfekt stabilisierte Temperatur zu besitzen.
Man führt dann den folgenden Doppeltest durch:
- Erreichte Kleinsttemperatur (z. B. 97 ºC)
- Neigung praktisch Null (z. B. < 0,05 ºC/s).
Wenn diese beiden Bedingungen bestätigt worden sind, wird die Solltemperatur als erreicht angesehen, und dieser Augenblick wird für die Zeitsteuerung gespeichert.

B) Weitere Funktionen

In diesem Fall wird die Solltemperatur als erreicht angesehen, wenn die Temperatur um einige Grad geringer als der Sollwert ist (z. B. um etwa 5 ºC ).
Beispiel: - Programmierte Funktion F2 (85 ºC)
- bei 80 ºC wird der Sollwert als erreicht angesehen, und dieser Augenblick wird gespeichert.
Die Programmierung von Kochzyklen erfolgt wie unten angegeben und je nachdem, ob bei der programmierten Funktion ein Hitzeschutz vorgesehen ist oder nicht.

A) Mit Hitzeschutz

Ist der Augenblick des erreichten Schwellwerts markiert, so wird die durch die ausgewählte Funktion programmierte Temperatur während einer "Stufenzeit" aufrechterhalten.
Wurde eine Zeit in einem Zeitgeber programmiert, so ist die Dauer dieser Stufe gleich dieser Zeit.
Anderenfalls wird eine Fehlerzeit berücksichtigt. Diese durch die ausgewählte Funktion vorprogrammierte Zeit hängt von dieser Funktion ab, z. B.: Ausgewählte Funktion Fehlzeit in Min.
Ist die Dauer dieser Aufrechterhaltungsstufe abgelaufen, geht der Zyklus während einer vorbestimmten Zeit von z. B. 90 Min. in den Hitzeschutz über (der der Funktion F1 entspricht).
Ist diese Hitzeschutzzeit abgelaufen, so ist der Kochzyklus abgeschlossen.

B) Ohne Hitzeschutz

Der Vorgang ist identisch mit dem vorhergehenden, das Ende des Kochzyklus tritt jedoch ein, sobald die Aufrechterhaltungsstufe abgeschlossen ist.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf das soeben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sie kann in zahlreichen Varianten auftreten, ohne daß dabei der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
So kann das erfindungsgemäße Verfahren bei der thermischen Regulierung jeder Vorrichtung wie einem chemischen Reaktor, Radiator, Konvektor, einer Heizplatte und dergleichen verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Regulierung eines Heizgeräts (1), bei dem man die Temperatur bis zu einem Wert ansteigen läßt, der niedriger als eine vorgegebene Höchsttemperatur (TM) ist, und man dann, nach Abschaltung der Erwärmung, die Temperatur durch Wärmeträgheit so weit ansteigen läßt, bis die vorgenannte Höchsttemperatur (TM) etwa erreicht ist, wo bei der Unterschied (E) zwischen dieser Höchsttemperatur und der Abschalttemperatur (TC) der Erwärmung in Abhängigkeit vom Profil der Temperaturanstiegskurve bei der Heizperiode vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Neigung der Kurve in Abhängigkeit von der Zeit und der gemessenen Temperatur berechnet und daß man anhand dieser Neigung den Wert des Unterschieds (E) bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Temperaturanstieg die Temperatur in regelmäßigen Abständen gemessen und die mittlere Neigung berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgenannte Unterschied (E) in Abhängigkeit von der mittleren Neigung ständig berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Funktion experimentell bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Berechnung des Unterschieds (E) nur die mittlere Neigung berücksichtigt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschaltung der Erwärmung weiterhin in regelmäßigen Abständen die Temperatur, die Neigung und der Unterschied (E) bestimmt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung während einer Dauer wieder eingeschaltet wird, die nach folgender Relation berechnet wird:

TM - (TC + E)/Ptd K

wobei TM die vorgegebene Höchsttemperatur ist,

TC die Abschalttemperatur der Erwärmung,

E der berechnete Unterschied,

Ptc die Neigung bei der Abschaltung der Erwärmung, und

K ein zwischen 0,5 und 1 gelegener Koeffizient ist, der nach der ersten Abschaltung gespeichert worden ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf der vorgenannten Heizperiode die Erwärmung während einer festen Dauer abgeschaltet wird.

9. Vorrichtung für die Anwendung des Verfahrens zur thermischen Regulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit elektrischen Heizmitteln (4), einem Fühler (7) zur Temperaturmessung und Mitteln zur Abschaltung der Stromversorgung, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Mikroprozessor (14) enthält, der so programmiert ist, daß er in regelmäßigen Abständen die vom Fühler (7) gemessene Temperatur aufnimmt, um die momentane und mittlere Neigung der Temperaturanstiegskurve zu berechnen, um in Abhängigkeit von dieser Neigung den Unterschied (E) zwischen der Höchsttemperatur (TM) und der Abschalttemperatur (TC) der Erwärmung zu berechnen, und um die Abschaltung der Erwärmung anzuordnen, wenn die gemessene Temperatur etwas niedriger als die Höchsttemperatur (TM) abzüglich des vorgenannten Unterschieds (E) ist.

10. Heizgerät mit einer Vorrichtung zur thermischen Regulierung nach Anspruch 9.

11. Heizgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem elektrisch beheizten Kochgefäß (1) besteht.

12. Kochgefäß nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere verschiedene Höchsttemperaturen aufweisende Heizfunktionen (F&sub1;, F&sub2;, F&sub3;, F&sub4;, F&sub5;) und Mittel zur Auswahl dieser Funktionen enthält, wobei der Mikroprozessor (14) dazu angepaßt ist, die thermische Regulierung der Erwärmung für jede dieser Funktionen zu steuern.

13. Kochgefäß nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Erwärmungsfunktionen umfaßt:

- Wasserbad mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 65ºC und mit reduzierter Wärmeleistung,

- Aufwärmen mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 85ºC,

- Fortkochen mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 95ºC,

- Kochen mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 100ºC,

- Braten mit einer Höchsttemperatur von ungefähr 170ºC.

14. Kochgefäß nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem Mittel zur Programmierung der Betriebszeiten umfaßt.

15. Gefäß nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Auswahl der verschiedenen Erwärmungsfunktionen und zur Programmierung der Betriebszeiten Tasten (F&sub1;, F&sub2;, F&sub3;, F&sub4;, F&sub5;) umfassen, die dazu bestimmt sind, vom Benutzer betätigt zu werden.

16. Gefäß nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für die Funktion "Kochen" Mittel vorgesehen sind, um eine Reduktion der Wärmeleistung anzuordnen, wenn eine Temperatur von ungefähr 90ºC erreicht ist.

17. Gefäß nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel zur Anordnung einer Erhöhung der Wärmeleistung umfaßt, wenn das Gefäß (1) nicht mit einem Deckel versehen ist.

18. Gefäß nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für die Funktion "Wasserbad" Mittel vorgesehen sind, um die Wärmeleistung auf einem reduzierten Wert aufrechtzuerhalten, wenn eine Solltemperatur nach Ablauf einer vorgegebenen Dauer erreicht ist, und um eine bedeutendere Wärmeleistung anzuordnen, wenn diese Temperatur nach Ablauf dieser Dauer nicht erreicht ist.

19. Gefäß nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für die Funktion "Braten" Mittel vorgesehen sind, um automatisch die Auswahl der Funktion "Fortkochen" anzuordnen, wenn eine vorgegebene kritische Temperatur nicht nach Ablauf einer vorgegebenen Dauer erreicht ist.

20. Gefäß nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für die Funktion "Kochen" Mittel vorgesehen sind, um automatisch die Abschaltung der Erwärmung anzuordnen, wenn die gemessene Temperatur 110ºC übersteigt.

21. Gefäß nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierungsvorrichtung außerdem Mittel enthält, um die Einschaltung der Erwärmung nur dann anzuordnen, wenn die berechnete mittlere Neigung niedriger als ungefähr 0,1 ist.