EP0618408B1 - Verschliessbares Heizgerät mit einem Behandlungsraum mit Temperaturregelung für einen festlegbaren Temperaturbereich - Google Patents

Verschliessbares Heizgerät mit einem Behandlungsraum mit Temperaturregelung für einen festlegbaren Temperaturbereich Download PDF

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EP0618408B1
EP0618408B1 EP94102250A EP94102250A EP0618408B1 EP 0618408 B1 EP0618408 B1 EP 0618408B1 EP 94102250 A EP94102250 A EP 94102250A EP 94102250 A EP94102250 A EP 94102250A EP 0618408 B1 EP0618408 B1 EP 0618408B1
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control
regulating
heating
temperature
heating apparatus
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EP0618408A3 (de
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Uwe Dipl.-Ing. Has
Wolfgang Dipl.-Ing. Beifuss
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BSH Hausgeraete GmbH
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BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/647—Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques
    • H05B6/6482—Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques combined with radiant heating, e.g. infrared heating
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/6447—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors
    • H05B6/645—Method of operation or details of the microwave heating apparatus related to the use of detectors or sensors using temperature sensors

Definitions

  • the invention relates to a lockable heater with a treatment room for e.g. sintering, drying, Cooking, with control devices for definable temperature ranges are selectable, at least one in the treatment room located thermal heater that can be combined with microwave energy.
  • the object of the invention is a control device for a develop a lockable heater with a treatment room, with several definable cooking space temperature ranges adjustable below and above 100 ° C Should be mean.
  • the invention solves this problem in that a control device depending on the relative dielectric constant ⁇ R of the material to be treated is an initial microwave energy dosed that the control device a time-dependent Cycle ratio for the thermal heating device specifies that the control device depending on the Treatment procedure and the target temperature for the thermal Heating device specifies a heating phase, and that the Control device for a treatment goods specific and temperature sensor adapted Minimum time between two heating phases the thermal heater switches off.
  • control device with a control unit 1, an input bus 2, a control bus 3, an output bus 4, a mode selector 11, a Bit generator 12, a temperature setpoint generator 13, one Weight input unit 14, a temperature sensor 21, a Moisture sensor 22, a gas sensor 23, a timer 31, one Heater 32, a microwave generator 33 and a turntable unit 34 shown.
  • the control unit 1 which is a microprocessor or at least can be part of it, is via the input bus 2 with external Setpoint data fed.
  • the input bus 2 is directed towards the control unit 1.
  • the addressable by the control unit 1 via the output bus and units that can be fed with data, such as timer 31, Heater 32, microwave generator 33, turntable drive 34 and other units that can be started by output commands addressed and activated by control unit 1.
  • On the Control bus 3, which is bidirectional, is primarily sensors with the control unit 1, for example a temperature sensor 20, the moisture sensor 22, the gas sensor 23 connected.
  • the hardware devices of the control unit 1 are programmable and can interact with sensor technology control various processes in the treatment room. Especially can the temperature exposure via temperature sensors and gas sensors the goods to be treated are controlled, the solution according to the invention being below temperature ranges and switches off above 100 ° C if it depends on the type of goods to be treated and the required heat treatment to maintain a constant temperature and fast temperature settling behavior arrives. About the process of self-heating the material to be treated to accelerate, the control device becomes dependent from the relative dielectric constant ⁇ R of the material to be treated specify a starting microwave energy dose. This expediently occurs during the transient response of thermal heaters.
  • the Control unit 1 can also be present through tests Empirical values, the dosing of a microwave initial energy for different treatment goods, save and, if selected, via the input bus 2 by starting the microwave generator 33 via the Bring the output bus 4 into the treatment room.
  • the regulation for definable temperature ranges is based on the fact that After the transient response, the material to be treated is preheated as far as possible is that the microwave initial energy is turned off can be, and the thermal heater the necessary Maintains constant temperature. For different ones Treatments can be useful, only microwave energy to use, or entirely on this to renounce. For the required constant temperature of the specified temperature range, it is necessary to the thermal Heating 32 in compliance with time conditions the respective treatment process must be adjusted, clocked to be able to switch on and off.
  • the entire control device via the control unit specifies a heating time.
  • the entire control process is needed one depending on the operating mode and the Set temperature minimum switch-off time between two heating times of thermal heater 32, the minimum should be so long that the settling time of the temperature sensor is taken into account.
  • the Control unit 1 activates the heating time timer 31, the Heating time timer 31 thus directly with the thermal heating device 32 is connected and controls it. It switches the heating time timer 31 is the clocked thermal heating device 32 for a predetermined time.
  • the control unit 1 compares the input values of the temperature sensor 21 with those of a temperature setpoint generator 13, correspondingly the predetermined control quality of the heating time 31 set remains or is reset.
  • the control unit 1 detects via a temperature-target-actual value comparison the steady state and controls it an optimized on-off control cycle of the thermal heating device 32.
  • the control unit 1 is a special microprocessor trained, the almost all control processes of the lockable heater is sensor-controlled. According to of Figures 2 and 3 are control curves for temperature setpoints of 60 ° C, the different operating modes in the Have treatment room as a parameter.
  • FIG. 2 is a control curve for hot air operation and a temperature setpoint of 60 ° C is shown.
  • the dashed The graph is an image of previous control procedures and shows strong deviations from the control value during the steady state Condition. The following control quality is the result with strong overshoots above the temperature setpoint of 60 ° C.
  • the solid control curve represents represents the image of the solution according to the invention. It is without further recognizable that the strong overshoot with in the Result of a relatively large deviation in the steady control range no longer occurs. Rather, it's a much improved one Regular constancy around the setpoint with only a small settling peak reached. At the same time there is a significant reduction the excess temperature, the so-called heating tip, recognizable.
  • the solution according to the invention has the advantage that a temperature control based on a predetermined target temperature almost completely avoiding a temperature rise behavior expires. At the latest after the fifth overshoot the switched on control device can on the specified target temperature was done as one Constant control can be called. The greatly diminished The overshoot and undershoot are then regulated in the steady state Condition back to ⁇ 3 ° C. With the invention Control device it is therefore possible for different definable temperature ranges relatively constant, the given Setpoint corresponding temperature distributions in the treatment room to achieve, and thus reproducible sintering, To guarantee drying and cooking processes.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verschließbares Heizgerät mit einem Behandlungsraum zum beispielsweise Sintern, Trocknen, Garen, wobei für festlegbare Temperaturbereiche Regeleinrichtungen anwählbar sind, die mindestens eine im Behandlungsraum befindliche thermische Heizeinrichtung, die kombinierbar mit Mikrowellenenergie ist, steuern.
Bisher sind übliche Steuerungen von Garungsvorgängen in Backherden bekannt geworden, die eine Temperaturregelung für Gar-, Koch- und Bratvorgänge ermöglichen. Dabei wird die Temperatur bzw. Abgaszusammensetzung sensorgesteuert erfaßt und der Steuerung als Eingangsdatenbündel zugeführt. Die aus solchen Regelgrößen gewonnenen Steuersignale werden in Koch-, Gar-, Bratautomatiken ausgewertet. Im allgemeinen sind entweder Garraumtemperaturen oberhalb von 100° temperaturgeregelt oder es befindet sich zusätzlich oder ausschließlich eine Niedrigtemperaturregelung im Steuerungsbereich für Herde.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung für ein verschließbares Heizgerät mit einem Behandlungsraum zu entwickeln, wobei mehrere festlegbare Garraumtemperaturbereiche unterhalb und oberhalb von 100°C regelbar um einen festlegbaren Mittelwert sein sollen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß eine Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der relativen Dielektrizitäts-Konstante εR des Behandlungsgutes eine Mikrowellen-Anfangsenergie dosiert, daß die Regeleinrichtung ein zeitabhängiges Taktverhältnis für die thermische Heizeinrichtung festlegt, daß die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Behandlungsprozedur und der Soll-Temperatur für die thermische Heizeinrichtung eine Heizzeitphase vorgibt, und daß die Regeleinrichtung für eine behandlungsgutspezifische und temperatursensorangepaßte Mindestzeit zwischen zwei Heizphasen die thermische Heizeinrichtung abschaltet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt.
Fig. 1
Ein Blockschaltbild für die Regel- und Steuereinrichtung
Fig. 2
Regelkurven für die Betriebsart Heißluft und den Sollwert 60°C,
Fig. 3
Regelkurven für die Betriebsarten Ober- und Unterhitze, Sollwert 60°C.
Gemäß Figur 1 ist die erfindungsgemäße Regeleinrichtung, mit einer Steuereinheit 1, einem Eingabebus 2, einem Steuerbus 3, einem Ausgabebus 4, einem Betriebsartenwähler 11, einem Bitgenerator 12, einem Temperatur-Sollwertgeber 13, einer Gewichtseingabeeinheit 14, einem Temperatursensor 21, einem Feuchtesensor 22, einem Gassensor 23, einem Timer 31, einer Heizung 32, einem Mikrowellengenerator 33 und einer Drehtellereinheit 34 dargestellt.
Die Steuereinheit 1, die ein Mikroprozessor oder mindestens ein Teil davon sein kann, wird über den Eingabebus 2 mit externen Sollwertdaten gespeist. Die Eingangsdaten am Eingabebus 2 werden je nach Betätigung der Eingabestelle, beispielsweise Betriebsartgeber, mit spezifischen Sollwerten belegt, die von der Steuereinheit 1 entsprechend gedeutet werden. Der Eingabebus 2 ist zur Steuereinheit 1 hin gerichtet. Die über den Ausgabebus von der Steuereinheit 1 addressierbaren und mit Daten speisbaren Einheiten, wie Timer 31, Heizung 32, Mikrowellengenerator 33, Drehtellerantrieb 34 und andere durch Ausgabebefehle startfähige Einheiten werden von der Steuereinheit 1 addressiert und aktiviert. Über den Steuerbus 3, der bidirektional ist, sind vornehmlich Sensoren mit der Steuereinheit 1, beispielsweise ein Temperatursensor 20, der Feuchtesensor 22, der Gassensor 23 verbunden.
Die Hardware-Einrichtungen der Steuereinheit 1 sind programmierbar und können im Zusammenspiel mit der Sensortechnik verschiedene Prozesse im Behandlungsraum steuern. Insbesondere können über Temperatursensoren und Gassensoren die Temperaturbeaufschlagung des Behandlungsgutes gesteuert werden, wobei die erfindungsgemäße Lösung auf Temperaturbereiche unter und über 100°C abstellt, wenn es nach Art des Behandlungsgutes und der erforderlichen Wärmebehandlung auf Temperaturkonstanz und schnelles Temperatur-Einschwingverhalten ankommt. Um den Prozeß der Eigenerwärmung des Behandlungsgutes zu beschleunigen, wird die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der relativen Dielektrizitätskonstante ε R des Behandlungsgutes eine Mikrowellen-Anfangsenergie dosiert vorgeben. Dies geschieht zweckmäßigerweise während des Einschwingverhaltens der thermischen Heizeinrichtungen. Die Steuereinheit 1 kann aber auch durch Erprobungen vorliegende Erfahrungswerte, die die Dosierung einer Mikrowellen-Anfangsenergie für unterschiedliche Behandlungsgüter betreffen, speichern und bei entsprechender Anwahl über den Eingabebus 2 durch Starten des Mikrowellengenerators 33 über den Ausgabebus 4 in den Behandlungsraum einbringen. Die Regelung für festlegbare Temperaturbereiche stellt darauf ab, daß nach dem Einschwingverhalten das Behandlungsgut soweit vorerwärmt ist, daß die Mikrowellen-Anfangsenergie abgeschaltet werden kann, und die thermische Heizeinrichtung die notwendige Temperaturkonstanz aufrecht erhält. Für verschiedene Behandlungsgüter kann es zweckmäßig sein, ausschließlich Mikrowellenenergie zu benutzen, oder auch gänzlich auf diese zu verzichten. Zur erforderlichen Temperaturkonstanz des festgelegten Temperaturbereiches ist es notwendig, die thermische Heizung 32 unter Einhaltung von Zeitbedingungen, die den jeweiligen Behandlungsvorgang angepaßt sein müssen, getaktet ein- und ausschalten zu können. Dies geschieht in Abhängigkeit von der Betriebsart und der gewünschten Solltemperatur, wobei die gesamte Regeleinrichtung über die Steuereinheit eine Heizzeit vorgibt. Der gesamte Regelvorgang benötigt eine in Abhängigkeit von der Betriebsart und der Solltemperatur herbeigeführte Mindest-Abschaltzeit zwischen zwei Heizzeiten der thermischen Heizung 32, die mindestens so lang sein soll, daß auch die Einschwingzeit des Temperatursensors berücksichtigt ist. Es ist dabei möglich, daß die Steuereinheit 1 den Heizzeittimer 31 aktiviert, wobei der Heizzeittimer 31 damit direkt mit der thermischen Heizeinrichtung 32 verbunden ist und diese steuert. Dabei schaltet der Heizzeittimer 31 die getaktete thermische Heizeinrichtung 32 für eine vorgegebene Zeit ein. Die Steuereinheit 1 vergleicht die Eingangswerte des Temperatursensors 21 mit denen eines Temperatur-Sollwertgebers 13, wobei entsprechend der vorgegebenen Regelgüte der Heizzeittimer 31 gesetzt bleibt oder rückgesetzt wird. Damit wird gleichzeitig erreicht, daß die thermische Heizeinrichtung 32 eine der Regelgüte entsprechende Ein-Aus-Phase durchläuft. Die Steuereinheit 1 erkennt über einen Temperatur-Soll-Ist-Wertvergleich den eingeschwungenen Regelzustand und steuert damit ein optimiertes Ein-Aus-Regelspiel der thermischen Heizeinrichtung 32. Die Steuereinheit 1 ist als spezieller Mikroprozessor ausgebildet, der nahezu alle Regelvorgänge des verschließbaren Heizgerätes sensorgesteuert ausführt. Gemäß der Figuren 2 und 3 sind Regelkurven für Temperatur-Sollwerte von 60°C dargestellt, die verschiedene Betriebsarten im Behandlungsraum zum Parameter haben.
Gemäß Figur 2 ist eine Regelkurve für Heißluftbetrieb und einen Temperatur-Sollwert von 60°C dargestellt. Das gestrichelte Kurvenbild ist dabei Abbild bisheriger Regelverfahren und zeigt starke Abweichungen vom Regelwert während des eingeschwungenen Zustandes. Die nachfolgende Regelgüte ist infolge mit starken Übeschwingen über den Temperatur-Sollwert von 60°C gekennzeichnet. Die durchgezogene Regelkurve stellt das Abbild der erfindungsgemäßen Lösung dar. Es ist ohne weiteres erkennbar, daß das starke Überschwingen mit in der Folge relativ großer Abweichung im eingeschwungenen Regelbereich nicht mehr auftritt. Es ist vielmehr eine stark verbesserte Regelkonstanz um den Sollwert mit nur geringer Einschwingspitze erreicht. Gleichzeitig ist eine deutliche Abminderung des Temperaturüberschwunges, die sogenannte Anheizspitze, erkennbar.
Gemäß Figur 3, wo bei gleichem Temperatur-Sollwert der Parameter in Ober- und Unterhitze gegeben ist, ist ein analoges Regelverhalten sichtbar. Die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Regelvorganges gegenüber bisheriger Regelungen ist den Figuren 2 und 3 beispielhaft entnehmbar.
Die erfindungsgemäße Lösung besitzt den Vorteil, daß eine auf eine vorgegebene Solltemperatur bezogene Temperaturregelung nahezu unter völliger Vermeidung eines Temperatur-Anschwungverhaltens abläuft. Spätestens nach dem fünften Überschwingen der eingeschalteten Regeleinrichtung kann die auf die vorgegebene Solltemperatur erfolgte Regelung als eine Konstantregelung bezeichnet werden. Die stark verminderten Über- und Unterschwinger regeln sich danach im eingeschwungenen Zustand auf ± 3°C zurück. Mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist es daher möglich, für unterschiedliche, festlegbare Temperaturbereiche relativ konstante, den vorgegebenen Sollwert entsprechende Temperaturverteilungen im Behandlungsraum zu erreichen, und damit reproduzierbare Sinter-, Trocken- und Garvorgänge zu garantieren.

Claims (5)

  1. Verschließbares Heizgerät mit einem Behandlungsraum zum beispielsweise Sintern, Trocknen, Garen, wobei für festlegbare Temperaturbereiche Regeleinrichtungen anwählbar sind, die mindestens eine im Behandlungsraum befindliche thermische Heizeinrichtung, die kombinierbar mit Mikrowellenenergie ist, steuern, dadurch gekennzeichnet , daß die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der relativen Dielektrizitätskonstante (εR) des Behandlungsgutes eine Mikrowellen-Anfangsenergie dosiert, daß die Regeleinrichtung ein zeitabhängiges Taktverhältnis für die thermische Heizeinrichtung festlegt, daß die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Behandlungsprozedur und der Solltemperatur für die thermische Heizeinrichtung eine Heizzeitphase vorgibt, und daß die Regeleinrichtung für eine behandlungsgutspezifische und temperatursensorangepaßte Mindestzeit zwischen zwei Heizphasen die thermische Heizeinrichtung abschaltet.
  2. Verschließbares Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung die Mikrowellen-Anfangsenergie-Dosierung sensorgesteuert ausgibt.
  3. Verschließbares Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (1) über einen Ausgabebus (4) einen Heizzeittimer (31) aktiviert, der die taktbare Heizeinrichtung (32) im Behandlungsraum heizphasensteuernd ein- und ausschaltet.
  4. Verschließbares Heizgerät nach Anspruch 1, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (1) die auf einem Eingabebus (2) befindlichen Sollwerte - beispielsweise Betriebsart, Gewicht des Behandlungsgutes, Temperatur-Sollwert - mit den auf einem Steuerbus (3) befindlichen Regeldaten - beispielsweise Temperatursensor-Daten, Feuchtesensor-Daten, Gassensor-Daten - zu Regelungs- und Ausgabedaten verknüpft und über den Ausgabebus (4) beispielsweise einen Timer (31), eine Heizung (32), einen Mikrowellengenerator (33) und ein Gebläse (34) für ein optimiertes Ein-Aus-Regelspiel eines angewählten Temperatur-Mittelwertes ansteuert.
  5. Verschließbares Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (1) Teil eines speziellen Mikroprozessors ist.
EP94102250A 1993-02-19 1994-02-14 Verschliessbares Heizgerät mit einem Behandlungsraum mit Temperaturregelung für einen festlegbaren Temperaturbereich Expired - Lifetime EP0618408B1 (de)

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EP0618408A3 (de) 1995-01-04
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