Gargerät mit Steuereinheit und Verfahren zum Betreiben eines Gargerätes mit Steuereinheit

Abstract

 Bekannt ist ein Gargerät mit einem Garraum, mit zumindest zwei Heizelementen zum Beheizen des Garraums bzw. Gargutes, mit einer Eingabeeinheit zum Vorgeben einer Garbetriebsart und einer Garraum- oder Gargut-Solltemperatur, und mit einer Steuereinheit zum Regeln der mittels eines Temperaturfühlers gemessenen Garraum- oder Gargut-Isttemperatur auf den vorgegebenen Eingabesollwert. Um die Garergebnisse zu verbessern, stellt die Steuereinheit in Abhängigkeit vom Wert der vorgegebenen Solltemperatur und der gemäß der gewählten Betriebsart aktiven Heizelemente ein Größenverhältnis der in die Heizelemente eingespeisten Heizleistungen einstellt und die Isttemperatur regelt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gargerät mit einem Garraum, mit zumindest zwei Heizelementen zum Beheizen des Garraums bzw. Gargutes, mit einer Eingabeeinheit zum unmittelbaren oder mittelbaren Vorgeben einer Garbetriebsart und einer Garraum- oder Gargut-Solltemperatur, und mit einer Steuereinheit zum Regeln der mittels eines Temperaturfühlers gemessenen Garraum- oder Gargut-Isttemperatur auf den vorgegebenen Eingabesollwert, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Gargerätes zum Garen eines Gargutes mit mindestens zwei Heizelementen.

[0002] Ein derartiges Gargerät ist bekannt aus der deutschen Auslegeschrift 26 46 034, wobei bei einem Backofen an der Decken- und an der Bodenseite der Muffel in unterschiedlichen Leistungsstufen betreibbare elektrische Heizelemente für die Ober- und Unterhitze angeordnet sind. Deren Betriebsart und Betriebstemperatur sind durch an der Ofenfrontseite angebrachte Bedienungsorgane einstellbar. In die Muffel ist ein pfannenartiger Gargutträger einschiebbar. Zusätzlich zu dem Bedienungsorgan für die Betriebsarten von Ober- und Unterhitze ist ein gesondertes Schaltorgan vorgesehen, durch dessen Betätigung bei Verwendung eines eine Wärmestrahlen gut reflektierende Oberfläche aufweisenden Gargutträgers die Verhältniszahl des Leistungsverhältnisses von Oberhitze zu Unterhitze reduzierbar ist. Durch das Vorhandensein dieses besonderen Schaltorgans ist der Backofen universell für Weißblech- oder Schwarzblech-Gargutträger verwendbar, je nachdem, was die Hausfrau bevorzugt.

[0003] Weiter ist aus der DE 32 33 875 A1 ein Haushaltsbackofen mit einem Unterhitze-Heizelement und einem Oberhitze-Heizelement bekannt, wobei beide durch einen Thermostaten in Abhängigkeit von der Backofen-Isttemperatur gesteuert sind. Es ist eine Steuerschaltung zur willkürlichen Steuerung der Heizleistung der Unterhitze vorgesehen, wobei in Abhängigkeit der Stellung eines Schalters die Heizleistung der Oberhitze sowohl kleiner als auch größer als auch gleich der Heizleistung der Unterhitze sein kann.

[0004] Auch ist aus der DE 39 09 129 A1 ein elektrisch beheizter Backofen bekannt, der eine Oberhitze-Heizung und eine hiervon unabhängig angesteuerte Unterhitze-Heizung aufweist. Diesem sind jeweils eine Oberhitze-Temperaturmeßstelle und eine Unterhitze-Temperaturmeßstelle zugeordnet. Deren Temperatur-Meßwerte werden als Temperatur-Istwerte auf den jeweiligen Eingang eines Oberhitze-Steuergerätes bzw. eines unterhitze-Steuergerätes gegeben. Es ist ein gemeinsamer Oberhitze-Temperatur-Sollwertgeber vorgesehen, dessen Temperatur-Sollwert auch auf das Unterhitze-Steuergerät gegeben wird. Abweichungen von einer Standardabweichung zwischen Oberhitze-Temperatur und Unterhitze-Temperatur werden über einen Oberhitze-Unterhitze-Differenz-Sollwertgeber eingegeben.

[0005] Aus der DE 37 40 904 A1 ist eine Leistungssteuerung für Heizelemente, beispielsweise Unterhitze und Oberhitze, bekannt, wobei sich jedes verwendete Heizelement individuell und separat in seiner Leistung von 0 bis 100 % mittels Handhaben einstellen läßt.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gargerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Garverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 3 derart weiterzubilden, daß verbesserte Garergebnisse erreichbar sind.

[0007] Erfindungsgemäß ist dies bei einem derartigen Gargerät dadurch erreicht, daß die Steuereinheit in Abhängigkeit vom Wert der vorgegebenen Solltemperatur und der gemäß der gewählten Betriebsart aktiven Heizelemente ein Größenverhältnis der in die Heizelemente eingespeisten Heizleistungen einstellt und die Isttemperatur regelt, und/oder daß die Steuereinheit in Abhängigkeit vom Wert der gemessenen Isttemperatur oder einer ablaufenden Garzeit und der gemäß der gewählten Betriebsart aktiven Heizelemente jeweils ein Größenverhältnis der in die Heizelemente eingespeisten Heizleistungen einstellt und die Isttemperatur regelt. Entsprechend ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Heizleistungen der Heizelemente in Abhängigkeit vom Wert der vorgegebenen Solltemperatur eingestellt und entsprechend die Isttemperatur geregelt wird und/oder daß das Verhältnis der Heizleistungen der Heizelemente während des Garbetriebes in Abhängigkeit vom Wert der gemessenen Isttemperatur oder der ablaufenden Garzeit eingestellt wird und entsprechend die Isttemperatur geregelt wird. In umfangreichen Meßreihen wurde festgestellt, daß Garergebnisse positiv beeinflußt werden können, wenn beispielsweise beim Ober-/Unterhitzebetrieb die Leistungsverteilung zwischen der eingespeisten Oberhitze und der eingespeisten Unterhitze abhängig von der eingestellten Solltemperatur gewählt wird. In Abhängigkeit von den gerätetechnisch vorgegebenen Nennheizleistungen der unterschiedlichen Heizkörper kann beispielsweise zu höheren Solltemperaturen hin eine verhältnismäßige Abschwächung der Unterhitzeheizleistung im Verhältnis zur Oberhitzeheizleistung das Garergebnis verbessern. Zudem wurde überraschender Weise festgestellt, daß bei guten Garergebnissen bei besonderen Betriebsarten und Heizleistungsverhältnissen der Energieverbrauch des Gargerätes reduziert werden konnte. Ähnliche Effekte sind auch durch die alternative Anwendung oder die Kombination der Leistungsverhältnisänderung der Heizelemente in Abhängigkeit von der ablaufenden Garzeit bei gegebener Betriebsart erreichbar.

[0008] Nachfolgend ist anhand schematischer Darstellungen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gargerätes beschrieben. Es zeigen

Fig. 1

in einer Seitenansicht teilweise in Schnittdarstellung stark vereinfacht einen Backofen,

Fig. 2

ein Schaltmuster des Oberhitze- und des Unterhitzeheizkörpers des Backofens bei einer eingestellten Backofen-Solltemperatur Ts von 100°C,

Fig. 3

ein Blockschaltbild der Steuereinheit des Backofens,

Fig. 4a

in einem Diagramm das Verhältnis v der Heizleistungen zweier Heizelemente des Backofens in Abhängigkeit von der eingestellten Solltemperatur Ts bei der Betriebsart Oberhitze/Unterhitze,

Fig. 4b

in einem Diagramm das Verhältnis v der Heizleistungen zweier Heizelemente des Backofens in Abhängigkeit von der eingestellten Solltemperatur Ts bei der Betriebart Umluft, und

Fig. 4c

in einem Diagramm das Verhältnis v der Heizleistungen zweier Heizelemente des Backofens in Abhängigkeit von der gemessenen Isttemperatur ϑ im Backofen bei der Betriebsart Oberhitze/Unterhitze.

[0009] Ein Backofen 1 gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem eine metallische Muffel 5 gehaltert ist, die frontseitig durch eine Backofentür 7 verschließbar ist. Die Muffel 5 ist quaderförmig ausgebildet und emailliert. Die Grenzbetriebstemperatur des Emailles beträgt etwa 500°C. Die Backofenmuffel 5 ist zur Wärmedämmung im wesentlichen allseitig umgeben von einem an sich bekannten Backofenisolationsmaterial 9. Im Garraum bzw. der Backofenmuffel 5 ist deckseitig ein mehrfach gebogener Rohrheizkörper als Oberhitzeheizkörper 11 angeordnet. Unterhalb des Bodens der Backofenmuffel 5 ist ein Unterhitzeheizkörper 13 in Form eines an sich bekannten Rohrheizkörpers gehaltert und außenseitig durch die Backofenisolation 9 abgedeckt. Der Unterhitzeheizkörper 13 ist thermisch in Verbindung mit dem Boden der Muffel 5. Die Nennheizleistung des Oberhitzeheizkörpers 11 beträgt beim Backbetrieb 1400 Watt und die des Unterhitzeheizkörpers 13 ebenfalls 1400 Watt. Im Bereich des Oberhitzeheizkörpers 11 ist ein Platin-500-Meßwiderstand als Temperaturfühler 15 angeordnet. Hinter einer parallel zur Rückwand der Backofenmuffel 5 in dieser gehalterten Prallwand 17 mit nicht näher gezeigten Ansaug- und Ausblasöffnungen ist ein an sich bekanntes Umluftgebläse 19 vorgesehen. Dieses umzieht ein ringförmiger Umluftheizkörper 20. Damit kann die erhitze Luft in der Muffel 5 umgewälzt werden und eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in der Muffel 5 erreicht werden. Mittels in einer Bedienblende des Backofens 1 gehalterter Bedienknebel 21 sind unter anderem Betriebsarten B (z.B. Unter-/Oberhitze, Grillbetrieb, Umluftbetrieb), Betriebszeiten t für den Backofen 1 und die gewünschte Backofentemperatur (Solltemperatur Ts). Die Bedienknebel 21 sind mittels Verbindungsleitungen 27 mit einer Steuereinheit 23 des Backofens 1 verbunden (Fig. 1, 3). Diese Steuereinheit 23 weist insbesondere einen Mikroprozessor und entsprechende Speicherbausteine auf. Zur Steuerung der Heizleistung des Backofens 1 ist die Steuereinheit 23 über Verbindungsleitungen 27 mit einer Schalteinheit 25 verbunden. In dieser sind entsprechende elektrische Schalter vorgesehen, die ein Ein- und Ausschalten der Heizkörper 11, 13 und gegebenenfalls des Umluftgebläses 19 und/oder des Umluftheizkörpers 20 ermöglichen. Vorgesehen kann insbesondere sein, daß eine an sich bekannte Schwingungspaketsteuerung verwendet wird. Dazu gibt die Steuereinheit 23 entsprechende Steuersignale S1...Sn aus. Weiterhin ist die Steuereinheit 23 über Anzeigesignale A mit Anzeigeelementen des Backofens 1 verbunden (Fig. 3). Auch ist es möglich, über spezielle Eingabeelemente in der Steuereinheit 23 gespeicherte, an sich bekannte Garprogramme Px abzurufen. Zur Regelung der Backofentemperatur ist der Temperaturfühler 15 ebenfalls über eine Verbindungsleitung 27 mit der Steuereinheit 23 verbunden. Das geregelte Heizsystem Backofen ist derart abgestimmt, daß entsprechend der mit dem Bedienknebel 21 eingestellten Solltemperatur die Steuereinheit 23 die gemäß der Betriebsart gewählten Heizkörper 11, 13, 20 derart schaltet, daß trotz indirekter Temperaturmessung durch den Temperaturfühler 15 im Bereich der Decke der Backofenmuffel 5 die voreingestellte und gewünschte Backofentemperatur im wesentlichen im Schwerpunkt der Muffel 5 eingeregelt wird. Ein in dem Garraum beispielsweise auf einem Backblech angeordnetes Backgut wird dann entsprechend beispielsweise mit der Unter- und der Oberhitze 11, 13 gebacken

[0010] Gemäß Fig. 2 ist beispielsweise mit Hilfe des Bedienknebels 21 eine gewünschte Backofentemperatur (Solltemperatur) von 100°C beim Garen mit Ober- und Unterhitze 11, 13 vorgegeben. Zu einem Zeitpunkt t=0 wird deshalb sowohl der Oberhitzeheizkörper 11 (OH) als auch der Unterhitzeheizkörper 13 (UH) an die Netzspannung des Backofens 1 gelegt. Der Temperaturfühler 15 fühlt die Garraumtemperatur und schaltet über die Steuereinheit 23 beim Erreichen einer bestimmten Temperatur, die einer Schwerpunktbackofentemperatur von etwa 100°C entspricht, die beiden Heizkörper 11, 13 ab. Für eine Abschaltzeit t_A bleiben die beiden Heizkörper 11, 13 dann abgeschaltet, um anschließend für eine Einschaltzeit t_E wieder eingeschaltet zu werden. Durch das zyklische Ein- und Ausschalten der beiden Heizkörper 11, 13 wird die Backofentemperatur mit Hilfe des Temperaturfühlers 15 auf etwa 100°C konstant geregelt (Isttemperatur). Dabei beträgt im Aufheizvorgang eine Heizleistung P_OH1 1400 Watt, während sie im eingeschwungenen Zustand gemäß Fig. 2 durch das Takten gemäß P_OH2 etwa halbiert, also deutlich reduziert ist. Entsprechendes gilt für die Heizleistung des Unterhitzeheizkörpers 13 mit der Nennheizleistung P_UH1 = 1400 Watt im Aufheizvorgang und der reduzierten Heizleistung im eingeschwungenen Zustand P_UH2. (Fig. 2).

[0011] In Fig. 4a ist das Leistungsverhältnis v der Heizleistung des Oberhitzeheizkörpers zur Heizleistung des Unterhitzeheizkörpers über die von einer Bedienperson vorgebbaren bzw. einstellbaren Solltemperatur Ts beispielhaft aufgetragen. Die Heizleistungen der Oberhitze und der Unterhitze sind beispielsweise unterhalb einer eingestellten Solltemperatur Ts von etwa 100°C gleich groß. Grundsätzlich erfolgt hierbei die Temperaturregelung wie bei Fig. 2 beschrieben. Mit steigender von der Bedienperson eingestellter Solltemperatur Ts wird die Heizleistung der Oberhitze im Verhältnis zur Heizleistung der Unterhitze immer größer gewählt. Parallel dazu kann selbstverständlich auch die Heizleistung der Unterhitze mit zunehmender Solltemperatur Ts ansteigen. Bei einer eingestellten Solltemperatur Ts von etwa 200°C ist die Heizleistung der Oberhitze etwa doppelt so groß wie die der Unterhitze. Abhängig von den Nennheizleistungen der beteiligten Heizelemente, der Garraumgeometrie sowie dem verwendeten Regler bei der Steuereinheit können die Kurvenverläufe gemäß Fig. 4a auch nicht linear, unstetig oder fallend realisiert sein.

[0012] Beispielhaft ist in Fig. 4b das Leistungsverhältnis der Heizleistung des Oberhitzeheizkörpers 11 zur Heizleistung des Ringheizkörpers 20 bei konstanter Heizleistung des Unterhitzeheizkörpers 13 im Umluftbetrieb skizziert. Während hier bei einer Solltemperatur Ts von 100°C die Heizleistungen des Oberhitzeheizkörpers 11 und des Ringheizkörpers 20 etwa gleich groß sind, ist die Heizleistung des Ringheizkörpers 20 bei einer Solltemperatur von etwa 200°C etwa doppelt so groß wie die des Oberhitzeheizkörpers 11.

[0013] Gemäß Fig. 4c ist weiterhin beispielhaft die Abhängigkeit des Leistungsverhältnisses der Heizleistung des Oberhitzeheizkörpers 11 zur Heizleistung des Unterhitzeheizkörpers 13 über die durch den Temperaturfühler 15 gemessene Isttemperatur ϑ in der Muffel 5 aufgetragen. Während bei niedrigeren Isttemperaturen ϑ von bis zu 160°C das Verhältnis v nur 0,7 beträgt, ist bei höheren Temperaturen ab etwa 180°C das Verhältnis v reduziert, also die Heizteistung des Unterhitzeheizkörpers 13 relativ zur Heizleistung des Oberhitzeheizkörpers 11 verstärkt.

Ansprüche

1. Gargerät mit einem Garraum, mit zumindest zwei Heizelementen zum Beheizen des Garraums bzw. Gargutes, mit einer Eingabeeinheit zum unmittelbaren oder mittelbaren Vorgeben einer Garbetriebsart und einer Garraum- oder Gargut-Solltemperatur, und mit einer Steuereinheit zum Regeln der mittels eines Temperaturfühlers gemessenen Garraum- oder Gargut-Isttemperatur auf den vorgegebenen Eingabesollwert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (23) in Abhängigkeit vom Wert der vorgegebenen Solltemperatur und der gemäß der vorgegebenen Betriebsart aktiven Heizelemente ein Größenverhältnis der in die Heizelemente (11, 13, 20) eingespeisten Heizleistungen einstellt und die Isttemperatur regelt.

2. Gargerät mit einem Garraum, mit zumindest zwei Heizelementen zum Beheizen des Garraums bzw. Gargutes, mit einer Eingabeeinheit zum unmittelbaren oder mittelbaren Vorgeben einer Garbetriebsart und einer Garraum- oder Gargut-Solltemperatur, und mit einer Steuereinheit zum Regeln der mittels eines Temperaturfühlers gemessenen Garraum- oder Gargut-Isttemperatur auf den vorgegebenen Eingabesollwert, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (23) in Abhängigkeit vom Wert der gemessenen Isttemperatur oder einer ablaufenden Garzeit und der gemäß der vorgebenen Betriebsart aktiven Heizelemente jeweils ein Größenverhältnis der in die Heizelemente (11, 13, 20) eingespeisten Heizleistungen einstellt und die Isttemperatur regelt.

3. Verfahren zum Betreiben eines Gargerätes zum Garen eines Gargutes mit zumindest zwei Heizelementen, wobei ein Garraum des Gargerätes oder ein Gargut mittels gemessener Garraum- oder Gargut-Isttemperatur auf eine vorgegebene Garraum- oder Gargut-Solltemperatur geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Heizleistungen der Heizelemente in Abhängigkeit vom Wert der vorgegebenen Solltemperatur eingestellt wird und entsprechend die Isttemperatur geregelt wird.

4. Verfahren zum Betreiben eines Gargerätes zum Garen eines Gargutes mit zumindest zwei Heizelementen, wobei ein Garraum des Gargerätes oder ein Gargut mittels gemessener Garraum- oder Gargut-Isttemperatur auf eine vorgegebene Garraum- oder Gargut-Solltemperatur geregelt wird, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Heizleistungen der Heizelemente während des Garbetriebes in Abhängigkeit vom Wert der gemessenen Isttemperatur oder der ablaufenden Garzeit eingestellt wird und entsprechend die Isttemperatur geregelt wird.

Zeichnung