DE10218792A1

DE10218792A1 - Verfahren zum Betrieb eines Backofens sowie Backofen

Info

Publication number: DE10218792A1
Application number: DE2002118792
Authority: DE
Inventors: Michael Riffel; Rolf Seeburger
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2003-11-06

Abstract

Erfindungsgemäß wird in einem Backofen (100) ein zeitlich veränderliches, räumliches Temperaturgefälle des Garrraums (110) durch geeignete, von einer ersten Heizung (145, 146) unabhängige Ansteuerung mindestens einer zusätzlichen Heizung (150) minimiert. Allgemein werden dabei Bereiche des Garraums mit zu niedriger Temperatur, z. B. aufgrund eines im Verhältnis zum Gesamtwärmeabfluss höheren Wärmeabflusses, durch die zusätzliche Heizung (150) derart beheizt, dass eine möglichst gleichmäßige räumliche Wärmeverteilung erzielt wird.

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Backofens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Backofen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Bei Backöfen mit nur einer Heizung bzw. mehreren Heizungen, die gleichzeitig geschaltet werden, verändert sich die Wärmeverteilung im Garraum während der Betriebszeit.

Zu Beginn einer Aufheizphase, d. h. wenn die Solltemperatur des Garraums kleiner als die Isttemperatur ist, fließt relativ zum Gesamtwärmeabfluss viel Wärme in die noch kalten Backofenwandungen ab. Nach der Aufheizphase fließt im thermisch eingeschwungenen Zustand aufgrund der guten Isolierung nur noch wenig Wärme in die jetzt heißen Backofenwandungen ab. Die Wärmemenge, die in bzw. durch die Backofentür abfließt, verändert sich während der Betriebszeit des Backofens jedoch weniger. Am Beginn der Aufheizphase dominiert folglich der Wärmeverlust durch die Backofenwandungen, am Ende der Aufheizphase der Wärmeverlust durch die Backofentür. Dies führt dazu, dass sich die Wärmeverteilung im Garraum während der Betriebszeit verändert.

Bei einem Backofen, der thermisch so dimensioniert ist, dass er bei längerer Betriebszeit eine gleichmäßige Wärmeverteilung aufweist, besteht während der Aufheizphase ein Temperaturgefälle von der Backofentür zur Backofenrückwand. Darum wird Backgut mit kurzer Backzeit im Bereich der Backofentür dunkler als im Bereich der Backofenrückwand.

Umgekehrt wird bei einem Backofen, der thermisch so dimensioniert ist, dass er bei kurzer Betriebszeit eine gleichmäßige Wärmeverteilung aufweist, Backgut mit langer Backzeit im Bereich der Backofentür heller als im Bereich der Backofenrückwand, da der Türbereich nach der Aufheizphase kühler als der Bereich der Backofenrückwand ist.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Backofens sowie einen zugehörigen Backofen zu schaffen, mit denen die oben genannten Probleme, insbesondere zeitlich veränderliche Temperaturdifferenzen innerhalb des Backofens, beseitigt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Backofen mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Erfindungsgemäß wird ein zeitlich veränderliches, räumliches Temperaturgefälle innerhalb des Backofens durch geeignete, von einer ersten Heizung unabhängige Ansteuerung mindestens einer zusätzlichen oder zweiten Heizung reduziert oder minimiert. Allgemein werden dabei Gebiete des Garraums mit zu niedriger Temperatur, aufgrund eines im Verhältnis zum Gesamtwärmeabfluss höheren Wärmeabflusses, durch die zusätzliche Heizung derart beheizt, dass eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung erzielt wird. Die erste Heizung kann dabei wie bei herkömmlichen Backöfen ausgebildet und angesteuert sein.

Die Ansteuerung der zusätzlichen Heizung kann dabei zeitgesteuert oder temperaturgeregelt erfolgen. Bei der Zeitsteuerung können die Ein- bzw. Ausschaltzeiten entsprechend dem Backofentyp ermittelt werden. Dies kann entweder serienspezifisch oder individuell erfolgen.

Bei einem Backofen, der während einer Aufheizphase ein Temperaturgefälle von der Backofentür zur Backofenrückwand aufweist, wird die zusätzliche Heizung, die dann vorteilhaft im Bereich der Backofenrückwand angeordnet ist, für eine vorbestimmte Zeit angeschaltet. Nach der Aufheizphase wird die zusätzliche oder zweite Heizung abgeschaltet. Bei einem Backofen, der in der Aufheizphase keine oder nur geringe Temperaturdifferenzen aufweist, bei dem aber nach der Aufheizphase eine Temperaturgefälle von der Backofenrückwand zur Backofentür besteht, wird die zusätzliche Heizung, die dann vorteilhaft im Bereich der Backofentür oder -vorderseite angeordnet ist, erst nach einer backofenspezifischen Zeit angeschaltet. Die Heizung bleibt dann angeschaltet, um den Wärmeabfluss durch die vergleichsweise schlecht isolierte Backofentür zu kompensieren.

Erfolgt die Ansteuerung temperaturgeregelt, werden Temperatursensoren in den zu regelnden Bereichen angeordnet und mit einer Ansteuereinheit gekoppelt. Die erste Heizung und ein ihr zugeordneter, erster Temperatursensor haben hierbei insbesondere die Aufgabe, den am Backofen einstellbaren Sollwert für die Temperatur herzustellen. Dies entspricht ihrer Funktion bei einem herkömmlichen Backofen.

Besteht jetzt zum Beispiel während des Betriebs eine zu minimierende Temperaturdifferenz zwischen Backofentür und Backofenrückwand, so werden vorteilhaft in der Nähe der Backofentür und im Bereich der Backofenrückwand Temperatursensoren platziert. Dies entspricht einem möglichen Temperaturgefälle. Somit ist eine Anordnung von erster Heizung und zusätzliche Heizung, insbesondere auch der Temperatursensoren, einem Temperaturgefälle folgend von Vorteil.

Die erste Heizung und der ihr zugeordnete, erste Temperatursensor dienen der Regelung des am Backofen eingestellten Sollwerts. Die zweite Heizung und ein ihr zugeordneter, zweiter Temperatursensor werden zur Minimierung der Temperaturdifferenz zwischen Backofentür und Backofenrückwand eingesetzt. Die Temperatur des ersten Sensors dient dabei als Führungsgröße zur Regelung der zusätzlichen Heizung.

Die zusätzliche Heizung wird beispielsweise angeschaltet, wenn die vom zweiten Temperatursensor erfasste Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperaturdifferenz zu der vom ersten Temperatursensor erfassten Temperatur liegt. Sie wird abgeschaltet, wenn die vom zweiten Temperatursensor ermittelte Temperatur überhalb einer vorbestimmten Temperaturdifferenz zu der vom ersten Sensor ermittelten Temperatur liegt.

Die Regelung kann, wie oben beschrieben, thermostatisch oder nach anderen Regelalgorithmen erfolgen. Beispielsweise sind P- oder PI-Regelalgorithmen einsetzbar, bei denen die Stellgröße über ein entsprechendes Taktverhältnis ausgegeben wird.

Die zusätzliche Heizung kann als Dickschichtheizung, Rohrheizkörper und/oder Rillenheizkörper ausgebildet sein. Vorteilhaft entspricht sie der ersten Heizung.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Eine vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:
Fig. 1 einen Backofen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2a)-c) prinzipielle Temperaturverläufe über der Zeit an den Orten A, A' und A" von Fig. 1 und über dem Ort zu unterschiedlichen Zeitpunkten entlang einer Linie A-A'-A" von Fig. 1 ohne Verwendung einer zweiten Heizung und
Fig. 3a)-c) prinzipielle Temperaturverläufe über der Zeit an den Orten A, A' und A" von Fig. 1 und über dem Ort zu unterschiedlichen Zeitpunkten entlang einer Linie A-A'-A" von Fig. 1 unter Verwendung einer zweiten Heizung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Backofen 100. Der Backofen umfasst einen Garraum 110, eine Backofentür 120, eine Backofenrückwand 130, eine erste Heizung 145 für Oberhitze und 146 für Unterhitze sowie eine zweite Heizung 150 als zusätzliche Heizung. Des weiteren sind ein erster und zweiter Temperatursensor 160 bzw. 170, eine Vorrichtung zur Einstellung der Backofentemperatur 180 und eine Ansteuereinheit 190 dargestellt.
Die erste Heizung in Form der Oberhitze 145 und in Form der Unterhitze 146 kann entweder gemeinsam oder auch getrennt betrieben werden. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist dies für das Temperaturgefälle im vorliegenden Fall in Richtung von vorne nach hinten ohne größere Bedeutung. Sie wird auch insgesamt als erste Heizung bezeichnet.
Die erste bzw. zweite Heizung 145, 146 bzw. 150, der erste und zweite Temperatursensor 160 bzw. 170 und die Vorrichtung zur Einstellung der Backofentemperatur 180 sind mit der Ansteuereinheit 190 gekoppelt.
Die erste Heizung 145, 146 und der erste Temperatursensor 160 sind der zusätzlichen Heizung 150 und dem zweiten Temperatursensor 170 gegenüberliegend angeordnet. Die erste Heizung 145, 146 befindet sich im Bereich der Backofendecke sowie -boden. Der erste Temperatursensor 160 befindet sich im Bereich der Backofenrückwand 130. Die zweite Heizung 150 und der zweite Temperatursensor 170 befinden sich im Bereich der Backofentür 120.
In der Ansteuereinheit 190 werden die von den Temperatursensoren 160 bzw. 170 erfassten Temperaturwerte verarbeitet. Unter Berücksichtigung der eingestellten Backofentemperatur werden entsprechende Ansteuersignale an die Heizungen ausgegeben.
Mit Hilfe der ersten Heizung 145, 146, zur Ausgabe der Stellgröße, und des ersten Temperatursensors 160, zur Erfassung des Istwerts, wird der am Backofenregler 180 eingestellte Sollwert geregelt. Dies entspricht der Funktion dieser Bauteile bei einem herkömmlichen Backofen. Mit Hilfe des zweiten Sensors 170 wird die Temperaturdifferenz zum ersten Sensor 160, d. h. die Temperaturdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Garraumseiten, ermittelt. Die Ansteuereinheit 190 bestimmt aus dieser Temperaturdifferenz geeignete Ansteuersignale für die zweite Heizung 150 derart, dass die Temperaturdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Garraumseiten minimiert wird.
Wenn die vom zweiten Temperatursensor 170 erfasste Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperaturdifferenz zu der vom ersten Temperatursensor 160 erfassten Temperatur liegt, wird die zweite Heizung 150 angeschaltet. Der Türbereich des Backofens wird zusätzlich beheizt; folglich nimmt das Temperaturgefälle zwischen Backofentür und Backofenrückwand ab.
Umgekehrt wird, wenn die vom zweiten Temperatursensor 170 erfasste Temperatur überhalb einer vorbestimmten Temperaturdifferenz zu der vom ersten Temperatursensor 160 erfasste Temperatur liegt, die zweite Heizung 150 abgeschaltet. Die Temperaturdifferenz zwischen Backofentür und Backofenrückwand wird wirksam unterdrückt bzw. nimmt wieder ab. So dient die Temperatur der ersten Heizung, wie oben beschrieben, als Führungsgröße bzw. Sollwert.
Fig. 2a) zeigt prinzipielle Temperaturverläufe über der Zeit an den Orten A, A' und A" von Fig. 1 im Garraum 110 zwischen der Backofentür 120 und der Backofenrückwand 130 ohne Verwendung der zweiten Heizung. Die erste Heizung 145, 146 ist so dimensioniert und positioniert, dass in bzw. während der Aufheizphase möglichst geringe Temperaturdifferenzen zwischen den Orten A, A' und A" herrschen.
Fig. 2b) zeigt den aus Fig. 2a) abgeleiteten Temperaturverlauf entlang der Linie A-A'-A" zu einem Zeitpunkt t1 von Fig. 2a). Wie aus Fig. 2b) ersichtlich ist, bestehen nur geringe Temperaturdifferenzen zwischen den Orten A, A' und A". Mit zunehmender Betriebszeit t nehmen die Temperaturdifferenzen jedoch zu.
Fig. 2c) zeigt den aus Fig. 2a) abgeleiteten Temperaturverlauf entlang der Linie A-A'-A" zu einem Zeitpunkt t2 von Fig. 2a) nach der Aufheizphase. Wie aus Fig. 2c) ersichtlich ist, besteht nun ein erhebliches Temperaturgefälle von der Backofenrückwand zur Backofentür.
Fig. 3a) zeigt prinzipielle Temperaturverläufe über der Zeit an den Orten A, A' und A" von Fig. 1 im Garraum 110 zwischen der Backofentür 120 und der Backofenrückwand 130 unter erfindungsgemäßer Verwendung der zweiten Heizung. Die Temperaturdifferenzen, d. h. das Temperaturgefälle von der Backofenrückwand zur Backofentür, zwischen den Orten A, A' und A" werden durch geeignete Ansteuerung der zweiten Heizung über die gesamte Betriebszeit t minimiert.
Fig. 3b) zeigt den aus Fig. 3 (a) abgeleiteten Temperaturverlauf entlang der Linie A-A'-A" zu dem Zeitpunkt t1 von Fig. 3a). Wie aus Fig. 3b) ersichtlich ist, bestehen nur geringe Temperaturdifferenzen zwischen den Orten A, A' und A". Im Unterschied zu Fig. 3c) nehmen die Temperaturdifferenzen jedoch mit zunehmender Betriebszeit t nicht weiter zu.
Fig. 3c) zeigt den aus Fig. 3a) abgeleiteten Temperaturverlauf entlang der Linie A-A'-A" zu dem Zeitpunkt t2 von Fig. 3a) nach der Aufheizphase. Wie aus Fig. 3c) ersichtlich ist, wird das Temperaturgefälle von der Backofenrückwand zur Backofentür aufgrund der erfindungsgemäßen Ansteuerung der zweiten Heizung minimiert.
Wie offensichtlich ist, kann die zweite, zusätzliche Heizung 150 auch an der Rückwand angeordnet sein. Dann wird das vorgesagte umgekehrt. Abweichend bzw. zusätzlich zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines Backofens 100 mit zwei Rohrheizkörpern 145 und 146 gilt das vorgesagte auch für andere Beheizungsarten. So kann anstelle der zwei Rohrheizkörper bei einem Heißluftherd nur eine einzige Heizung vorgesehen sein. Diese bildet dann als einzige Heizung die erfindungsgemäße, erste Heizung. Die zusätzliche Heizung 150 kann in einem solchen Fall weiterhin ein Rohrheizkörper sein.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines Backofens (100) mit mindestens einer ersten Heizung (145, 146), dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlich veränderliches, räumliches Temperaturgefälle des Garraums (110) durch eine geeignete, von der ersten Heizung (145, 146) unabhängige Ansteuerung von mindestens einer zusätzlichen Heizung (150) minimiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung zeitgesteuert erfolgt, wobei vorzugsweise Schaltzeiten backofenspezifisch ermittelt und festgelegt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Heizung (150) ab dem Beginn einer Aufheizphase während einer jeweils vorbestimmten, backofenspezifischen Zeit angeschaltet und danach abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Heizung (150) nach dem Ablauf einer Aufheizphase, nach einer jeweils vorbestimmten, backofenspezifischen Zeit angeschaltet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung temperaturgeregelt erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Heizung (150) angeschaltet wird, wenn eine Temperatur eines ihr zugeordneten, zweiten Bereichs unterhalb einer ersten, vorbestimmten Differenz zu einem ersten Bereich liegt, der der ersten Heizung (145, 146) zugeordnet ist, wobei sie abgeschaltet wird, wenn die Temperatur des ihr zugeordneten, zweiten Bereichs über einer zweiten, vorbestimmten Differenz zu dem ersten Bereich liegt, der der ersten Heizung (145, 146) zugeordnet ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sich das räumliche Temperaturgefälle zwischen entgegengesetzten Bereichen des Garraums (110) erstreckt, vorzugsweise von einem hinteren Bereich zu einem vorderen Bereich mit einer Backofentür (120).

8. Backofen (100) mit mindestens einer ersten Heizung (145, 146), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
mindestens eine von der ersten Heizung (145, 146) unabhängige ansteuerbare, zusätzliche Heizung (150),
eine Ansteuereinheit (190) zur Ansteuerung der zusätzlichen Heizung, wobei die zusätzliche Heizung (150) von der Ansteuereinheit (190) ansteuerbar ausgebildet ist zur Minimierung eines zeitlich veränderlichen, räumlichen Temperaturgefälles des Garraums (110).

9. Backofen (100) nach Anspruch 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (190) zum zeitgesteuerten Arbeiten ausgebildet ist.

10. Backofen (100) nach Anspruch 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (190) zum temperaturgeregelten Arbeiten ausgebildet ist, vorzugsweise mittels Temperatursensoren.

11. Backofen (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, weiter gekennzeichnet durch
einen ersten Temperatursensor (160) zur Erfassung der Temperatur eines durch die erste Heizung (145, 146) beheizten Bereichs,
mindestens einen zweiten Temperatursensor (170) zur Erfassung der Temperatur eines durch die zusätzliche Heizung (150) beheizten Bereichs,
wobei die Ansteuereinheit (190) mit dem ersten und zweiten Temperatursensor (160, 170) gekoppelt ist und vorzugsweise zur Minimierung der Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor (160) erfassten Temperatur und der vom zweiten Temperatursensor (170) erfassten Temperatur ausgebildet ist.

12. Backofen (100) nach Anspruch 11, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizung (145, 146) an der Oberseite und/oder der Unterseite des Garraums, (110) und der erste Sensor (160) im von einer Backofentür (120) entfernten Teil des Garraums angebracht sind und die zusätzliche Heizung (150) und der zweite Sensor (170) in der Nähe der Backofentür (120) des Garraums (110) angebracht sind.

13. Backofen (100) nach Anspruch 11, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizung (145, 146) an der Oberseite und/oder der Unterseite des Garraums (110) und der erste Sensor (160) in der Nähe einer Backofentür (120) des Garraums angebracht sind und die zusätzliche Heizung (150) und der zweite Sensor (170) im von der Backofentür (120) entfernten Teil des Garraums (110) angebracht sind.

14. Backofen (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (170) dem ersten Sensor (160) in dem Garraum (110) gegenüberliegend angeordnet ist.

15. Backofen (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, weiter dadurch gekennzeichnet, dass genau eine zusätzliche Heizung (150) verwendet wird.

16. Backofen (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, weiter dadurch gekennzeichnet, dass genau ein zweiter Temperatursensor (170) verwendet wird.