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Die Erfindung betrifft das Gebiet
der Erfassung von Verschmutzungen in Ofenhohlräumen. Wenn nämlich der
Ofen schmutzig ist, d. h. wenn Fette oder andere Spritzer während vorhergehender Backvorgänge an den
Wänden
des Ofenhohlraums abgelagert wurden, können im Lauf eines neuen Backvorgangs
schlechte Gerüche
freigesetzt werden. Zum Reinigen des Ofenhohlraums weist der Ofen
gewöhnlich
eine Pyrolysevorrichtung auf.
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Die Pyrolyse wird von dem Benutzer
des Ofens ausgelöst,
wenn der Ofen schmutzig ist. Aber es gibt keine Einrichtung, die
den Verschmutzungszustand des Hohlraums eines Ofens mißt; dieser
Verschmutzungszustand wird subjektiv von dem Benutzer abgeschätzt, der
beispielsweise feststellt, daß sich
Flecken an den Wänden
des Hohlraums befinden. Während
der Pyrolyseoperation steigt die Temperatur in dem Hohlraum auf
hohe Werte, typischerweise über
500°C, während einer
gewissen Zeit, z. B. etwa zwei bis drei Stunden. Der Benutzer führt diese Pyrolyseoperation
mit der Frequenz durch, die er wählt.
Aber diese Frequenz ist aufgrund der subjektiven Beurteilung des
Verschmutzungszustands des Hohlraums nicht optimiert. Entweder führt nämlich der
Benutzer selten Pyrolysen durch, und die in einem schmutzigen Ofenhohlraum
ausgeführten
Backvorgänge
ziehen die Freisetzung von schlechten Gerüchen nach sich, oder der Benutzer
führt oft
Pyrolysen durch, und der durch diese Pyrolysen benötigte Stromverbrauch
ist hoch. Demnach besteht ein Interesse an einem System zur Beurteilung
des Verschmutzungszustands des Oferhohlraums, um die Frequenz der
Pyrolysen zu optimieren, wodurch der Benutzer stets einen im wesentlichen
sauberen Ofen und dabei gleichzeitig einen reduzierten Stromverbrauch
haben kann.
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Die AU-A-597521 offenbart ein automatisches
Pyrolysesystem, das auf einer Gasanalyse basiert.
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Die Erfindung beruht auf der Verwendung
einer Crack-Zelle, in welcher die Fette oder Verschmutzungen aus
dem Backvorgang im Lauf einer exothermen Reaktion gecrackt werden,
die eine Crackenergie freisetzt. Durch die Messung dieser Crackenergie kann
man wieder auf die Menge von gecrackten Schmutzstoffen aus dem Backvorgang
sowie die Menge von Schmutzstoffen kommen, die sich an den Wänden des
Hohlraums abgesetzt haben.
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Erfindungsgemäß ist ein System zur Beurteilung
eines Verschmutzungszustandes eines Hohlraums eines Ofens vorgesehen,
dadurch gekennzeichnet, daß das
System wenigstens eine Zelle zum Cracken der Verschmutzungen, wobei
das Cracken eine Crackenergie freisetzt, Mittel zum Messen der Temperatur,
die der Zelle zugeordnet sind, Mittel zum Bringen der Zelle auf
eine zum Bewirken des Crackens der Verschmutzungen ausreichende
Temperatur, Mittel zum Messen der Crackenergie und Verarbeitungsmittel
umfaßt,
die der Crackenergie ein Verschmutzungsniveau zuordnen.
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Bevorzugt funktioniert die Crackzelle
bei einer höheren
Temperatur als den üblichen
Backtemperaturen, damit das Cracken der Verschmutzungen bewirkt
werden kann. Bei bestimmten, wenig verschmutzenden Backvorgängen kann
der Benutzer vorteilhaft wählen,
daß die
Crackzelle nicht in Betrieb genommen wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung ist auch vorgesehen, daß die Mittel zum Bringen der
Zelle auf eine zum Bewirken des Crackens der Verschmutzungen ausreichende
Temperatur Mittel zum Regeln der Zelle auf eine zum Bewirken des Crackens
der Verschmutzungen ausreichende Solltemperatur sind.
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Die Erfindung ist besser zu verstehen,
und weitere Merkmale und Vorteile werden mit Hilfe der folgenden
Beschreibung und der beigefügten
Zeichnungen als nicht einschränkende
Beispiele deutlich; darin zeigen:
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1 schematisch
ein Beurteilungssystem nach der Erfindung;
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2 Leistungsprofile
im Zeitverlauf eines Beurteilungssystems nach der Erfindung;
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3 schematisch
den Einbau einer Crackzelle eines Beurteilungssystems nach der Erfindung in
die Ventilationsleitung eines Ofens;
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4 schematisch
eine bevorzugte Ausführungsform
eines Teils eines Beurteilungssystems nach der Erfindung; und
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5 schematisch
eine bevorzugte Ausführung
eines anderen Teils eines Beurteilungssystems nach der Erfindung.
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1 stellt
schematisch ein Beurteilungssystem nach der Erfindung dar. Die Pfeile
zwischen den Blocks stellen Datenübertragungen dar, die durch
Buchstaben symbolisiert sind, und die Doppelpfeile stellen Lieferungen
von Energie dar, die durch unterstrichene Buchstaben symbolisiert
sind. Das System weist eine Crackzelle 1 auf, mit welcher
Mittel 2 zum Messen der Temperatur und Mittel 3 zum
Messen der Energie verbunden sind. Die Anschlüsse der Mittel 2 und 3 an
die Zelle 1 sind gestrichelt symbolisiert. Die Mittel 2 zum
Messen der Temperatur messen die Temperatur in Höhe der Zelle 1. Die
Mittel 3 zum Messen der Energie messen die Energie E der Crackreaktion
der Verschmutzungen in Höhe
der Zelle 1. Das System weist auch Regelmittel 4 und
Verarbeitungsmittel 5 auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die in Verbindung mit 2 beschrieben
wird, messen die Mittel 3 zum Messen der Energie die Energie
E indirekt über
Regelmittel 4. Die Mittel 2 zum Messen der Temperatur übertragen die
Temperatur T zu den Regelmitteln 4, die an die Zelle 1 eine
Wärmemenge
Q liefern, z. B. über
ein Heizelement, um die Zelle 1 auf einer zum Bewirken des
Crackens der Verschmutzungen ausreichenden Solltemperatur zu halten.
Die Solltemperatur ist bevorzugt im wesentlichen konstant, obwohl
variable Solltemperaturen ins Auge gefaßt werden können. Die Regelmittel 4 weisen
bevorzugt ein Heizelement auf, mit dem die Zelle 1 geheizt
werden kann. Die Regelung kann beispielsweise als alles oder nichts
mit einer Hysterese von mehr oder weniger als 5°C realisiert sein, was bedeutet,
daß das
Heizelement nicht mehr heizt, wenn die Temperatur die Solltemperatur um
mehr als 5°C übersteigt,
und wieder heizt, wenn die Temperatur T um mehr als 5°C unter die
Solltemperatur absinkt. Die Mittel 3 zum Messen der Energie übertragen
den Wert der Crackenergie E zu den Verarbeitungsmitteln 5,
die dieser Crackenergie E ein Verschmutzungsniveau N zuordnen. Im
Falle, wo die zum Bewirken des Crackens der Verschmutzungen ausreichende
Temperatur niedriger als die Backtemperaturen ist, können die
Regelmittel 4 ausgelassen werden, wobei die Zelle 1 durch
die Wärme
des Hohlraums auf ausreichende Temperatur gebracht wird, und die
Crackenergie E wird dann beispielsweise ausgehend von Temperaturerhöhung in
Höhe der Zelle 1 gemessen,
die mit Hilfe von zwei fachmännisch
angeordneten Temperaturaufnehmern gemessen werden kann: z. B. einer
stromaufwärts
von der Zelle, der andere stromabwärts, wobei die Richtung stromaufwärts-abwärts diejenige
der Luftzirkulation durch die Zelle 1 ist.
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In 1 geben
die Breitpfeile die Zirkulationsrichtung der Luft an, die die Zelle 1 durchläuft. Stromaufwärts von
der Zelle 1 ist die Zelle mit Schmutzstoffen belastet,
z. B. mit Fetten, die aus dem Backvorgang stammen. In der Zelle 1 werden diese
Verschmutzungen einem Cracken unterzogen, d. h. die Schmutzstoffe,
grobe Moleküle,
werden in kleinere Moleküle
zerteilt, die hier Reste heißen. Stromabwärts von
der Zelle 1 ist die Luft mit Resten belastet. Das Cracken
ist eine exotherme Reaktion, d. h. sie liefert eine bestimmte Energie
pro gecrackte Schmutzstoffe. Die Energie E enthüllt also die Menge an Schmutzstoffen,
welche die Zelle durchlaufen hat. Im übrigen setzt sich für eine gegebene
Struktur des Ofenhohlraums eine bestimmte Menge von Schmutzstoffen
an den Wänden
des Ofenhohlraums ab, wenn eine gegebene Menge von Schmutzstoffen die
Zelle 1 durchläuft.
Die Menge von Schmutzstoffen, die die Zelle 1 durchläuft, enthüllt also
die Menge von Schmutzstoffen, die sich an den Wänden des Ofenhohlraums abgesetzt
hat; diese Menge heißt hier
Verschmutzungsniveau N. Folglich läßt sich beispielsweise durch
eine Kalibrierung eine Entsprechung zwischen der Crackenergie E
und dem Verschmutzungsniveau N erstellen. Bei einem Backvorgang
wird diese Entsprechung durch die Verarbeitungsmittel 5 erstellt.
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Die Zelle ist bevorzugt eine katalytische
Zelle, d. h. sie enthält
einen Katalysator, der für
ein Cracken der Schmutzstoffe innerhalb der Zelle 1 verantwortlich
ist. Die Zelle 1 ist beispielsweise durch einen Zylinder
aus Keramik gebildet, der von kleinen Kanälen durchsetzt ist, deren Achse
parallel zu der Achse des Zylinders ist und deren Inneres von dem
Katalysator verkleidet ist, um die Kontaktfläche zwischen dem Katalysator
und der Luft zu erhöhen,
welche die Zelle 1 durchläuft. Die Kanäle haben
beispielsweise einen Durchmesser in Millimetergrößenordnung. Der Katalysator
kann Palladium oder Platin sein. Die Solltemperatur zum Regeln der
Zelle hängt
von der verwendeten Zelle ab, sie liegt bevorzugt zwischen 250°C und 400°C. In 1 wie in den folgenden Figuren
versteht sich, daß die
verschiedenen Mittel funktionelle Darstellungen sind und die Vorrichtung einen
Mikroprozessor aufweisen kann, der damit beauftragt ist, alle oder
Teile der oben beschriebenen Operationen zu realisieren sowie sie
zu koordinieren. Bevorzugt weisen die Mittel 2 zum Messen
der Temperatur wenigstens einen Temperaturaufnehmer auf, der eine
Temperatur in Höhe
der Zelle mißt.
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Die Mittel 3 zum Messen
der Crackenergie sind vorteilhaft vorgesehen, um die Leistung zu
messen, die an die Regelmittel 4 geliefert wird, um die Zelle 1 auf
einer gegebenen Solltemperatur zu halten. Diese gelieferte Leistung
stammt gewöhnlich aus
einer äußeren Versorgung,
die beispielsweise Strom liefert. Die Mittel 3 zum Messen
der Energie vergleichen dann die gelieferte Leistung mit einer Referenzleistung,
die einem Verschmutzungsniveau von im wesentlichen Null entspricht,
um daraus die Energie E abzuleiten.
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2 stellt
schematisch zwei Beispiele von Leistungsprofilen P im Verlauf der
Zeit t dar. Das durchgezogene Profil stellt die Leistung Pf dar,
die zu den Regelmitteln 4 während des Backvorgangs geliefert
wird. Das gestrichelte Profil stellt die Referenzleistung Préf dar,
welche an die Regelmittel 4 während des gleichen Backvorgangs
hätte geliefert
werden müssen,
der in einem sauberen Ofenhohlraum abläuft. Eine Einheit von Referenzleistungen,
die den verschiedenen, in dem Ofenhohlraum herrschenden Temperaturen
zugeordnet sind, oder ein Gesetz, das diese Referenzleistungen verknüpft, kann
in den Mitteln 3 zum Messen der Energie gespeichert sein.
Die Leistung, die zu den Regelmitteln 4 zum Regeln der Zelle 1 auf
eine Solltemperatur zu liefern ist, hängt allgemein von der in dem
Hohlraum herrschenden Temperatur ab. Die Mittel 3 zum Messen
der Energie weisen bevorzugt einen Temperaturaufnehmer auf, der
vorteilhaft in dem Backhohlraum liegt. Die schraffierte Fläche, die
Differenz zwischen den beiden Leistungsprofilen, stellt die Crackenergie
E dar. Die Maßstäbe in 2 sind willkürlich. Ein
Profil Pf der gelieferten Leistung, das mit dem Profil Préf der
Referenzleistung zusammenfallen würde, entspräche einer Energie E von im
wesentlichen Null, d. h. einem Verschmutzungsniveau N von im wesentlichen
Null, das ein sauberer Ofenhohlraum aufweisen würde.
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3 stellt
schematisch einen bevorzugten Einbau einer Crackzelle eines Beurteilungssystems nach
der Erfindung in die Ventilationsleitung eines Ofens dar. Die Temperaturaufnehmer
sind in der Figur mit T bezeichnet. Die Zelle 1 ist in
einer Ventilationsleitung 6 plaziert, die einen Ofenhohlraum 7 und eine äußere Umgebung 8 verbindet,
welche die Küche
sein kann, in welcher sich der Ofen befindet. Bevorzugt ist die
Zelle 1 am Ende der Leitung 6 plaziert, das sich an der
Seite des Hohlraums 7 befindet, damit die Leistung, die
zum Regeln der Zelle 1 auf eine Solltemperatur zu liefern
ist, so gering wie möglich ist;
dadurch können
die Regelmittel 4 ein Heizelement mit weniger Leistung
haben. Die Pfeile stellen die Bewegung der Luft des Hohlraums 7 zu
der äußeren Umgebung 8 dar.
Die Luft stromaufwärts
von der Zelle 1, d. h. an der Seite des Hohlraums 7,
ist mit Schmutzstoffen belastet. Die Luft stromabwärts von der
Zelle, d. h. an der Seite der äußeren Umgebung 8,
ist mit Resten belastet. Damit sie korrekt funktionieren kann, muß die Zelle 1 den
Grenzwerten des Luftdurchsatzes genügen, die durch die Ventilationsleitung 6 und
das hier nicht dargestellte Ventilationssystem auferlegt sind. Zum
Erneuern der Luft des Hohlraums 7 ist der Zelle 1 ein
minimaler Durchsatz auferlegt, wobei dieser Durchsatz langsam genug sein
muß, damit
er z. B. mit der Kinetik der Katalysereaktion kompatibel ist, die
in der Zelle 1 abläuft.
Bevorzugt durchquert alle Luft, die die Ventilationsleitung 6 durchläuft, auch
die Zelle 1, und zwar damit keine oder sehr wenige Schmutzstoffe
in der Luft vorliegen, die in der äußeren Umgebung 8 ankommt.
Die Mittel 3 zum Messen der Crackenergie, die in 3 nicht dargestellt sind,
weisen einen ersten Temperaturaufnehmer 9 auf, der stromaufwärts von
der Zelle 1 plaziert ist. Die Mittel 3 zum Messen
der Energie sind auch vorteilhaft dazu vorgesehen, die an die Regelmittel 4 gelieferte
Leistung Pf zu messen. Der erste Temperaturaufnehmer 9 kann
die Sonde zur Regelung der Temperatur des Ofenhohlraums sein. Die von
dem ersten Aufnehmer 9 gegebene Temperatur kann auch dazu
dienen, die Referenzleistung Préf zu bestimmen,
die von den Mitteln 3 zum Messen der Energie zum Vergleich
mit der gelieferten Leistung Pf zu berücksichtigen ist, wie dies bei 2 erläutert ist. Die Mittel 2 zum
Messen der Temperatur bestehen aus einem zweiten Temperaturaufnehmer 12,
der in der Ventilationsleitung 6 plaziert ist. Bei einer
ersten Variante ist der zweite Temperaturaufnehmer 12 stromabwärts von
der Zelle 1 plaziert, und bei einer zweiten Variante besteht
der zweite Temperaturaufnehmer 12 aus einem Aufnehmer,
der im Inneren der Zelle 1 oder stromabwärts davon
angeordnet ist. Dieser Sensor ist bevorzugt ein Thermoelement oder eine
Platinsonde.
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Bei einer bevorzugten Ausführung eines
Beurteilungssystems können
die Verarbeitungsmittel 5 das erhaltene Verschmutzungsniveau
N der Summe Σ der
Verschmutzungsniveaus der vorhergehenden Backvorgänge hinzuaddieren,
welche in eben diesen Verarbeitungsmitteln 5 gespeichert
ist, um ein Gesamtverschmutzungsniveau NT zu erhalten, das wieder
gespeichert wird, um die Summe Σ des
folgenden Backvorgangs zu erhalten. Die Verarbeitungsmittel 5 vergleichen
dann das Gesamtniveau NT mit einem vordefinierten Schwellwert Sp.
Wenn das Gesamtniveau NT über
dem Schwellwert Sp ist, gilt der Ofenhohlraum als schmutzig. Das
System weist dann vorteilhaft Visualisierungsmittel 10 auf,
die in 4 dargestellt
sind und eine Angabe IS der Verunreinigung des Ofenhohlraums anzeigen,
welche von den Verarbeitungsmitteln 5 zu den Visualisierungsmitteln 10 übertragen
wird. Die Verarbeitungsmittel 5 können noch mehrere Schwellwerte
Sp aufweisen, und die Visualisierungsmittel zeigen die entsprechenden
Verunreinigungsangaben an, z. B.: "Ofen nicht sehr schmutzig", "Ofen schmutzig", "Ofen sehr schmutzig". Der Benutzer verfügt dann über zuverlässige Informationen,
damit er überlegt
eine Pyrolyse auslösen
kann.
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5 stellt
eine Pyrolysevorrichtung 11 dar, die mit den Verarbeitungsmitteln 5 verbunden
ist. Eine Pyrolyse ist eine Operation, in deren Verlauf die Temperatur
auf hohe Werte, z. B. in der Größenordnung
von 500°C
steigt und während
derer die an den Wänden
abgesetzten Verschmutzungen in feste Aschen umgewandelt werden,
die der Benutzer an der Innenfläche
des Ofenhohlraums aufnimmt, und in gasförmige Verschmutzungen, die
durch die in 5 nicht
dargestellte Ventilationsleitung 6 evakuiert und durch
Cracken in der Zelle 1 zersetzt werden, die während der
Pyrolyse aktiv ist. Bei einer Pyrolyse wird von den Verarbeitungsmitteln 5 zu
der Pyrolysevorrichtung ein Verschmutzungsniveau N von nicht Null übertragen,
solange sich Verschmutzungen in dem Hohlraum befinden. Wenn das
Verschmutzungsniveau N im wesentlichen zu Null wird, enthält der Hohlraum
keine Verschmutzungen mehr, und seine Wände sind sauber; die Pyrolysevorrichtung
stellt die Pyrolyse dann ein. Der Wert "im wesentlichen Null" ist von dem Hersteller des Ofens je
nach dem betrachteten Ofentyp gewählt. Die Dauer der Pyrolyse
wurde also auf ein Minimum reduziert, wobei sie gleichzeitig ausreichend
lang ist, um den Hohlraum sauer zu machen. Nach einer Pyrolyse wird
die Summe Σ der
in den Verarbeitungsmitteln 5 gespeicherten Verschmutzungsniveaus
auf Null zurückgestellt. Eine
weitere Option besteht darin, die Dauer der Pyrolyse auf diese Summe Σ zu regeln;
diese Methode hat den Nachteil, daß nicht berücksichtigt werden kann, ob
der Benutzer etwa zwischen zwei Pyrolysen zu einem Schwamm greift.