Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Bügeleisen mit einer Bügeleisensohle, die eine geringe Wärmekapazität aufweist und die mittels Lichtenergie aus Lampen aufheizbar ist, wobei Reflektoren vorgesehen sind, die das Licht auf die Bügeleisensohle reflektieren, und wobei ein Sensor die Temperatur der Bügeleisensohle überwacht.
Ein derartiges Bügeleisen ist aus der US-A 30 98 922 bekannt. Innerhalb des Bügeleisengehäuses ist oberhalb der Bügeleisensohle eine langgestreckte Lampe angeordnet, deren Licht auf die Bügeleisensohle abgestrahlt wird. Ein Reflektor sorgt dafür, daß alles von der Lampe abgegebene Licht zu der Bügeleisensohle reflektiert wird.
Im Bereich der als Leichtgewichtsohle ausgebildeten Bügeleisensohle befindet sich ein Sensor, mit dem die Temperatur der Bügeleisensohle abgetastet wird. Der Sensor arbeitet auf einen Leistungsschalter der die Lampe an- und abschaltet.
Aus der DE 35 41 424 A1 ist ein weiteres Bügeleisen mit der Sohlenaufheizung dienender Lampe vorgesehen, welches allerdings als Dampfbügeleisen ausgebildet ist. Das Wasser wird von der Wärmestrahlung der Lampe aufgeheizt und verdampft.
Die bekannten, mit Lichterhitzung arbeitenden Bügeleisen regeln auf herkömmliche Weise und damit nicht feinfühlig genug. Der Vorteil einer Lichtheizung besteht an sich darin, daß beim Abschalten des Lichtes die Wärmezufuhr sofort gestoppt wird. Dieser Vorteil, der z.B. zur Vermeidung von Beschädigungen des Stoffes bei längerem Stillstand des Eisens eingesetzt werden kann, wird bei den bekannten Regelmechanismen nicht ausreichend ausgenutzt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Bügeleisen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem die Wärmezufuhr zu der Bügeleisensohle sehr fein dosiert zugeführt wird.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Mikroprozessor, der die Meßwerte des Sensors erfaßt, der diese Meßwerte mit voreinstellbaren Sollwerten einer Temperaturstelleinrichtung vergleicht und der mit einer Leistungssteuereinheit verbunden ist, die in Form einer Halbwellensteuerung die Lampen einzeln, in Reihe oder parallel, entsprechend dem aktuellen Leistungsbedarf steuert.
Bei einer derartigen Beschaltung der Lampen innerhalb des Bügeleisens ist es möglich, die Bügeleisensohle in der schnellstmöglichen Zeit auf die vorgewählte Temperatur zu bringen, und zwar ohne jedes Überschwingen bei Einhaltung aller Netznormen. Der Vorteil besteht hier in einer extrem schnellen Verfügbarkeit.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wärmekapazität der Bügeleisensohle etwa 0,5 bis 1,5x10-4 Wh/Kcm2 beträgt. Eine Bügeleisensohle mit einer derart geringen Wärmekapazität eignet sich besonders für eine mikroprozessorgesteuerte Temperaturregelung.
Die Kombination von geringer Wärmekapazität mit mikroprozessorgesteuerter genauer und schneller Regelung ermöglicht per Software festzustellen, ob Leistung nachgefragt (gebügelt) wird oder sich das Eisen im Stillstand befindet, abgeschaltet werden sollte, wobei die geringe Wärmekapazität ein schnelles Absinken der Temperatur auf eine für den Stoff ungefährliche Vorhaltetemperatur ermöglicht oder nach einer vom Mikroprozessor vorgegebenen Zeit total abgeschaltet wird, so daß das Eisen ohne Beschädigung des Gutes im eingeschalteten Zustand auf dem Gut stehend vergessen werden darf.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß innerhalb des Bügeleisengehäuses im Abstand von der Innenseite der Bügeleisensohle zwischen den Lampen und der Bügeleisensohle eine lichtdurchlässige Zwischenwand vorgesehen ist, zwischen der und der Bügeleisensohle sich eine Dampfkammer ausbildet, in die Wasser oder Wasserdampf einleitbar ist. Der Wasserdampf wird also unmittelbar oberhalb der Bügeleisensohle bereitgehalten und großflächig an den Wänden und durch Eigenabsorption des Wassers erwärmt, verdampft und nacherhitzt. Gefördert werden diese Vorgänge durch eine absorbierend ausgelegte Sohleninnenseite und die transparente Abdeckung. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Zwischenwand deshalb aus Borosilikatglas oder Glaskeramik.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Mikroprozessor ein Zeitglied aufweist, welches nach bestimmten Zeitabständen prüft, ob sich die Soll-Temperatur der Bügeleisensohle gegenüber ihrer Ist-Temperatur verändert hat, und der beim Auftreten einer Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatur durch Zu- oder Abschaltung der Lichtleistung die Temperatur der Bügeleisensohle auf die neue Soll-Temperatur einregelt. Hiermit wird eine sehr feinfühlige Aufheizung erreicht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Wasserdampf aus einer separaten Wassererhitzungsvorrichtung zugeführt wird. Es kann auf diese Weise wesentlich mehr Wasserdampf zugeführt und beim Bügeln eingesetzt werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Das kapazitätsarme Bügeleisen besteht aus einem Gehäuse 1, das an der Unterseite mittels einer Bügelsohle 2 abgeschlossen ist. Die Bügelsohle ist kapazitätsarm und im Durchmesser sehr dünn gehalten, was durch das Anbringen von Versteifungsrippen 3 möglich ist. Die Dicke der Sohle 3 beträgt beispielsweise 1 mm.
Die Bügeleisensohle 2 ist oberhalb der Versteifungsrippen 3 mit einer Zwischenwand aus Glaskeramik oder Borosilikat abgedeckt, wodurch sich ein Hohlraum 3b ausbildet, der als Dampf- oder Verdampfungskammer dient, vor allem wenn die Verdampfung des Wassers im Bügeleisen selbst erfolgt. Die Wasserzufuhr ist für diese Ausbildungsart nicht dargestellt.
Es sind in der Bügeleisensohle 2 Dampfaustrittsöffnungen 4 vorgesehen, die sich im Bereich eines Dampfraumes 5 befinden, der auf nicht dargestellte Weise aus der Dampf- oder Verdampfungskammer 3b versorgt wird. Die Dampfaustrittsöffnungen können sich auch in der Sohle im direkten Strahlungsfeld von Lampe und Reflektor befinden.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Dampfleitung 8 vorgesehen, die sowohl zu dem Dampfraum 5 als auch zu einer Dampfstrahldüse 9 führt. Mittels eines Ventiles 10 ist die Dampfleitung 8 verschließbar. Der Wasserdampf wird bei dieser Ausführungsform von einem getrennten Dampferzeuger über eine Leitung 11 in das Bügeleisen eingeführt.
Parallel zur Ebene der Bügeleisensohle 2 erstrecken sich zwei Halogenlampen 6, die mittels Reflektoren 7 nach oben hin abgedeckt sind, um das ganze von den Halogenlampen abgegebene Licht auf die Bügeleisensohle 2 abzustrahlen. Die Reflektoren 6 bestehen aus Aluminium.
An der Bügeleisensohle, die an ihrer Innenseite absorbierend ausgebildet ist, ist ein Temperatursensor 12 vorgesehen, mit dem die Temperatur der Bügeleisensohle abgetastet wird. Der Sensor 12 ist mit einem Mikroprozessor 13 verbunden, dem wiederum eine Temperaturstelleinrichtung 14 zugeordnet ist. Der Mikroprozessor vergleicht die von dem Sensor 12 gemessene Ist-Temperatur mit der von Hand eingestellten Temperaturstelleinrichtung 14 vorgegebenen Soll-Temperatur. Eine Leistungssteuereinheit 15 erhält dann von dem Mikroprozessor 13 Steuerkommandos zum Anschalten und Abschalten der Lampen 6.
Die Temperaturstelleinrichtung wird von dem Benutzer auf die für den jeweiligen Bügelvorgang bzw. für das Bügelgut erforderliche Temperatur eingestellt. Diese ist identisch mit der Temperatur δ0 in Fig. 4. Auf dem Temperaturzeitdiagramm nach Fig. 4 sind über den Betriebszeiten die jeweiligen Temperaturen der Bügeleisensohle aufgetragen. Der Zeitabschnitt t0 bis t1 stellt den Beginn des Aufheizungsvorganges des Bügeleisens dar. Die Leistung wird zu dieser Zeit nach einem Softstart mit einer Halbwellensteuerung voll durchgeschaltet auf die Leistung P0 im Diagramm nach Fig. 5. Dieses Diagramm zeigt über der Zeitachse entsprechend Fig. 4 die jeweils zum Aufheizen eingesetzte Leistung. Die Anschaltung der Lampe 6 erfolgt einzeln, in Reihe oder parallel.
Die Leistungsregelung sorgt also zunächst dafür, daß die Bügeleisensohle auf die Temperatur δ0 aufgeheizt wird. Diese Sohle ist zu diesem Zeitpunkt beispielsweise nicht belastet und nimmt keine Wärme ab. Deshalb wird die Leistung zurückgeregelt auf die Stillstandsleistung P1 zur Deckung der Stillstandsverluste. Zum Zeitpunkt t1 beginnt dann der Bügelvorgang, wozu erneut die Leistung P0 eingeschaltet, jedoch mit zunehmender Trocknung des Gutes wieder zurückgefahren wird auf P1. Ab dem Zeitpunkt t2 steht das Bügeleisen bewegungslos auf dem trockenen Gut und überschreitet im weiteren Verlauf die Temperatur δ1 in Richtung auf δ0.
Registriert der Mikroprozessor 13, daß nach einer Zeit t3 minus t2 die Temperatur δ1 nicht unterschritten wurde, so interpretiert er dies als Stillstand und reduziert die Soll-Temperatur von δ0 auf die Bereitschaftstemperatur δ2. Das bedeutet, daß die Leistungssteuereinheit bis zum Erreichen von δ2 die Leistung P = 0 Null setzt. Die Temperatur δ2 wird mit reduzierter Leistung P2 so lange konstant gehalten, bis wieder gebügelt wird. Der Bügelanfang ist in Fig. 4 bei t5 angegeben.
Wird während der Abklingzeit des Eisens von δ0 auf δ2 (P = 0; keine Leistungszufuhr) das Eisen bügelnd bewegt (zur Zeit t8), so erkennt dies der Mikroprozessor aufgrund eines plötzlichen Leistungsbedarfs. Zu diesem Zweck wird immer aus den letzten vier Temperaturwerten die Steigung berechnet und mindestens mit der des vorigen Meßzyklus verglichen.
Nach dem Abschalten der Leistung (Stillstand) wird aufgrund der thermischen Verhältnisse die Abklingkurve der Bügeleisentemperatur über der Zeit immer flacher. Die in festen Zeitabständen gemessene Sohlentemperatur wird in einen Speicher geschrieben, der immer die letzten vier Werte in der zeitlichen Reihenfolge beinhaltet. Daraus wird die aktuelle Steigung (zeitlicher Temperaturabfall) berechnet und ebenfalls in einen Speicher geschrieben. Nach dem nächsten Meßzyklus werden die alten Meßwerte im Speicher durchgeschoben, d.h. der älteste durch den zweitältesten ersetzt (usw.) und daraus erneut die aktuelle Steigung unter Hinzunahme des letzten aktuellen Wertes ermittelt und mit der im Speicher vorhandenen vorigen Steigung verglichen. Unter Berücksichtigung der Genaugikeit der Temperaturmessung ist z.B. eine Steigungsänderung von 20% ein sicheres Zeichen für einen erneuten Start des Bügelns, so daß der Mikroprozessor in diesem Fall von der Vorhaltetemperatur wieder auf die alte Soll-Temperatur hochschaltet.
Aufgrund der geringen Wärmekapazität der Bügelsohle beträgt der Temperaturanstieg pro 1000 W Anschlußleistung etwa 7 K/sec. Daraus ergibt sich eine erforderliche Zykluszeit von etwa 0,4 bis 0,5 sec. Diese Zykluszeit läßt sich mit folgenden Regelparametern ermitteln. Bei einer Regelvestärkung von Rv = 60 W/K und einer Vorlaufzeit Tv = 1,2 sec läßt sich dabei eine wirkungsvolle Regelung durchführken zwischen den Temperaturwerten δ0 und δ0-0,36x(δ0-20).
Dabei gilt diese Vorlaufzeit nur in dem eingeschränkten Bereich unterhalb der Soll-Temperatur bis zu einer Temperatur, die 64% der Soll-Temperatur minus 7,2 K (Raumtemperaturkorrektur) entspricht. Außerhalb dieses Bereiches regelt der Regler rein proportional zur Abweichung.
Die Wärmekapazität der Bügeleisensohle soll nur etwa 0,5 bis 1,5 x 10-4 Wh/Kcm2 gegenüber einer konventionellen Bügeleisensohle von etwa 6 x 10-4 Wh/Kcm2 betragen.