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Dokumentenidentifikation DE10027299B4 15.07.2004
Titel Verfahren zur Temperaturregelung eines Backofens und Backofen
Anmelder MIWE Michael Wenz GmbH, 97450 Arnstein, DE
Erfinder Illek, Joachim, 97782 Gräfendorf, DE
Vertreter Böck + Tappe Kollegen, 97074 Würzburg
DE-Anmeldedatum 05.06.2000
DE-Aktenzeichen 10027299
Offenlegungstag 13.12.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.07.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.07.2004
IPC-Hauptklasse A21B 1/40

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Temperaturregelung von Backöfen gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Hauptansprüche 1 und 10 Wieter betrifft die Erfindung einen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Backofen, gemäß dem Obergriff des Anspruchs 14

Gattungsgemäße Backöfen weisen eine Backplatte in der Backkammer auf, auf der das Backgut unmittelbar oder mittelbar, beispielsweise unter Zwischenlage eines Backbleches, anordenbar ist. Derartige Backplatten können beispielsweise aus Stahl- oder Steinplatten hergestellt sein und dienen insbesondere der Speicherung von Wärmeenergie in der Backkammer. Zur Erzielung eines guten Backergebnisses muß während des Backprozesses eine bestimmte Solltemperatur in der Backkammer eingehalten werden. Dabei kann es sich auch um einen bestimmten Kurvenverlauf der Solltemperatur handeln.

Die Regelung der Heizleistung zur im wesentlichen konstanten Einhaltung der Solltemperatur in der Backkammer ist problematisch, da eine Änderung der Heizleistung, beispielsweise durch Einschalten eines Brenners, sich erst mit großer Verzögerung in einer meßbaren Temperaturänderung in der Backkammer auswirkt. Aufgrund dieser langen Totzeiten weisen Regelkreise, bei denen die Ist-Temperatur mit einem Meßfühler unmittelbar in der Backkammer gemessen und an den Regler zur Regelung der Heizleistung übertragen wird eine schlechte Regelqualität auf. Insbesondere kann es zu Überschwingungen der Backkammer-Temperatur kommen, die zum Verbrennen des Backgutes führt.

Zur Verbesserung der Regelbarkeit gattungsgemäßer Öfen ist es bekannt, die Ist-Temperatur nicht unmittelbar in der Backkammer zu messen, sondern in anderen Bereichen. Diese Bereiche sind dabei so zu wählen, daß die Temperaturmessung in diesen Bereichen einerseits eine signifikante Korrelation mit der Ist-Temperatur in der Backkammer aufweisen und anderseits mit geringer Verzögerung, d.h. mit kurzer Totzeit, auf eine Änderung der Heizleistung reagieren. Besonders geeignet dazu ist die Messung der Ist-Temperatur im Bereich der Heizeinrichtung oder im Heizmedium-Kreislauf. Beispielsweise kann der Meßfühler auf der zur Innenseite der Backkammer gerichteten Seite einer Heizplatte angeordnet werden. Die in diesem Bereich gemessene Temperatur korreliert ausreichend signifikant mit der Ist-Temperatur in der Backkammer und regiert mit geringer Verzögerung auf Änderungen in der Heizleistung.

Da die Ist-Temperatur zur Regelung der Heizleistung nicht unmittelbar in der Backkammer gemessen wird, sondern beispielsweise im Bereich der Heizplatte, die Regelung der Heizleistung aber der Einhaltung einer gewünschten Backkammer-Temperatur dient, da diese im wesentlichen für das Backergebnis maßgeblich ist, ist es erforderlich, den Zusammenhang zwischen der gemessenen Ist-Temperatur und der tatsächliche Temperatur in der Backkammer bei der Regelung zu berücksichtigen. Bei bekannten Öfen wird beispielsweise die gemessenen Ist-Temperatur vor der Eingabe in den Regler um einen bestimmten Prozentsatz, der von der Bauart des Ofens abhängt, rechnerisch reduziert. Durch diesen Temperatur-Offset wird berücksichtigt, daß die auf der Heizplatte gemessene Temperatur jeweils um einen bestimmten Prozentsatz oberhalb der eigentlich maßgeblichen Ist-Temperatur in der Backkammer liegt.

Soll beispielsweise eine Backkammer-Temperatur von 230°C erreicht werden und ist bekannt, daß bei einem bestimmten Ofen der Temperatur-Offset zwischen der Backkammer-Temperatur und der Temperatur im Bereich der Meßstelle, beispielsweise auf einer Heizplatte, 10% beträgt, wird vom gemessenen Temperaturwert jeweils 10% abgezogen und dieser reduzierte Wert in den Regler als aktueller Temperatur-Istwert übertragen. Der Regler sorgt dann durch Regelung der Heizleistung dafür, daß die Temperatur im Bereich der Meßstelle bei im wesentlichen konstanten 253°C (230°C + 10%) gehalten wird, woraus sich eine im wesentlichen konstante Backkammer-Temperatur von 230°C ergibt.

Während der Aufheizphase und nach der Beschickung der Backkammer mit Backgut ergeben sich aus dieser Vorgehensweise ausreichend gute Ergebnisse, da sowohl in der Aufheizphase als auch nach der Beschikkung der Backkammer mit Backgut soviel Wärmeenergie durch den Ofen bzw. durch das Backgut aufgenommen wird, so daß durch den eingestellten Temperatur-Offset der Unterschied zwischen gemessener Ist-Temperatur und der Ist-Temperatur in der Backkammer mit ausreichender Genauigkeit berücksichtigt wird.

Nachteile ergeben sich bei der bekannten Vorgehensweise der mittelbarer Temperaturmessung mit anschließender Korrektur durch einen vorgegebenen Offsetwert im Leerlauf des Ofens, d.h. in der Phase, in der der Ofen bereits bis in den gewünschten Temperaturbereich aufgeheizt ist, das Backgut aber noch nicht in die Backkammer eingebracht wurde. Wie beschrieben wird die Regelung, nachdem die Ist-Temperatur im Bereich der Meßstelle den um den Offset korrigierten Sollwert erreicht hat, diese Temperatur weitgehend konstant halten. D.h. sobald in dem oben beschriebenen Beispiel die Heizplatte eine Temperatur von 253°C (230°C + 10%) erreicht hat, wird diese Temperatur konstant gehalten. Wird nach dem erstmaligen Erreichen der Solltemperatur im Bereich der Meßstelle das Backgut jedoch nicht in die Backkammer eingebracht und somit dem Ofen keine Wärmeenergie entzogen, folgt daraus, daß sich die in der Backkammer befindlichen Bauteile, insbesondere die Backplatte schrittweise bis auf das höhere Temperaturniveau im Bereich der Meßstelle aufheizen. Bei genannten Beispiel würde dies bedeuten, daß die Backplatte nach einem längeren Verharren des Ofens im Leerlauf bis auf eine Temperatur von ca. 253°C aufgeheizt sein würde. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der vorgegebene Temperatur-Offset um so unrichtiger wird, je länger der Ofen im Leerlauf betrieben wird, da aufgrund des fehlenden Abflusses von Wärmeenergie schrittweise alle Teile in der Backkammer auf einem Temperaturniveau wie im Bereich der Meßstelle einschwingen.

Im Ergebnis folgt daraus, daß bei Öfen mit mittelbarer Temperaturmessung ein Betrieb im Leerlauf nachfolgend zu ungenügenden Backergebnissen führt, da der eingestellte Temperatur-Offset durch die Temperaturangleichung während des Leerlaufs die tatsächlichen Gegebenheiten nicht mehr korrekt widerspiegelt. Wird der Ofen dennoch im Leerlauf betrieben, und nach längerer Wartezeit erst das Backgut eingebracht, kann dies insbesondere zum Verbrennen des Backgutes führen, da die Backkammer bereits auf eine Temperatur oberhalb der gewünschten Backkammer-Temperatur aufgeheizt ist. Bei bekannten Öfen wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß die Öfen gemäß Gebrauchsanweisung nicht im Leerlauf betrieben werden sollen. Vielmehr soll das Backgut sofort nachdem die gewünschte Solltemperatur im Ofen erstmals erreicht ist in die Backkammer eingebracht werden, wodurch eine Überhitzung insbesondere der Backplatte aufgrund der Aufnahme von Wärmeenergie durch das kalte Backgut ausgeschlossen ist.

Durch die Notwendigkeit Leerlaufphasen zu vermeiden wird jedoch die Flexibilität des Backbetriebs herabgesetzt, da vorgelagerte Arbeitsgänge zur Bereitung des Backgutes auf den Zeitpunkt des erstmaligen Erreichens der Solltemperatur abgestimmt werden müssen.

Aus der DE 195 11 621 C1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Backofens mit unterschiedlicher Auslastung bekannt, wobei die Heizleistung des Backofens entsprechend einem vorgegebenen Soll-Temperaturverlauf regelbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des bekannten Verfahrens durch den Vorschlag neuer Verfahren zu vermeiden. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, einen für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Backofen vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch die Verfahren und den Ofen mit den Merkmalen der unabhängigen Hauptansprüche 1, 10 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird die Heizleistung des Ofens im Leerlauf, d.h. vor der Beschickung mit Backgut, in der Art, insbesondere mit einer Zweipunktregelung, geregelt, daß die Temperatur im Bereich der Meßstelle zwischen einem oberen und einem unteren Schwellenwert um den Backkammer-Sollwert pendelt. Versuche an einem mit Rauchgas geheizten Ofen haben gezeigt, daß mit dieser Art der Regelung ein übermäßiges Überschwingen der Temperatur der Backplatte während des Leerlaufbetriebs des Ofens vermieden werden können. Denn statt die Temperatur im Bereich der Meßstelle um einen festen Temperatur-Offset korrigiert auf einer bestimmten Solltemperatur konstant zu halten, beispielsweise auf ca. 253°C (bei einer vorgegeben Backkammer-Solltemperatur von 230°C und einem Temperatur-Offset von 10%), pendelt die Temperatur im Bereich der Meßstelle durch entsprechende Regelung der Heizleistung beim erfindungsgemäßen Verfahren um einen Sollwert, der der gewünschten Backkammer-Solltemperatur von im Beispiel 230°C exakt entspricht. Selbst bei längeren Leerlaufphasen ist damit insbesondere ein Überhitzen der Backplatte ausgeschlossen. Außerdem ergeben sich ausreichend lange Schaltzyklen zwischen dem An- bzw. Abschalten des Brenners für die Rauchgaserzeugung, so daß auch der Verschleiß am Brenner gering gehalten wird. Selbstverständlich ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch beim Einsatz andere Heizmedien, wie beispielsweise Thermoöl oder elektrischer Heizenergie, denkbar.

Grundsätzlich ist es für das erfindungsgemäße Verfahren gleichgültig, in welchem Abstand der obere Schwellenwert bzw. der untere Schwellenwert im Bezug auf die Solltemperatur gewählt werden. Als besonders geeignet hat es sich erwiesen, wenn der obere bzw. untere Schwellenwert jeweils so gewählt werden, daß sie dem Sollwert plus/minus 1% bis 10% entsprechen. Wird der obere Schwellenwert als Solltemperatur plus 10% und der untere Schwellenwert als Solltemperatur minus 10% gewählt, pendelt die Ist-Temperatur in einem Temperaturband von plus/minus 10% um die Solltemperatur und wird von der Zweipunktregelung in diesem Temperaturband weitgehend exakt gehalten. Geringe Überschwingungen beim Erreichen des oberen bzw. unteren Schwellenwert sind dabei nicht ausgeschlossen. Durch die Wahl des oberen bzw. unteren Schwellenwertes in prozentualer Abhängigkeit von der Solltemperatur wird gewährleistet, daß die Ist-Temperatur bei hohen Solltemperaturen in einem relativ breiten Temperaturband und bei niedrigeren Solltemperaturen in einem entsprechend schmaleren Temperaturband schwankt. D.h. bei niedrigen Solltemperaturen und dementsprechend hitzeempfindlichem Backgut wird die Solltemperatur mit einer geringeren Toleranz eingehalten, während bei höheren Solltemperaturen eine größere Schwankungsbreite der Ist-Temperatur zugelassen wird.

Die Versuche mit dem Versuchsofen haben ergeben, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn der obere Schwellenwert der Solltemperatur plus 6% und der untere Schwellenwert der Solltemperatur minus 4% entspricht. Im Ergebnis bedeutet dies, daß die Ist-Temperatur während des Leerlaufs von der Zweipunktregelung in einem Temperaturband von 96% bis 106% der Solltemperatur gehalten wird.

Aufgrund der Wärmeträgheit der Backplatte tritt eine Erwärmung bzw. Abkühlung der Backplatte jeweils nur mit einer bestimmten Verzögerung ein. Daraus folgt, daß die Temperatur der Backplatte der in der Backkammer gemessenen Ist-Temperatur beim Aufheizen nacheilt. So ist beispielsweise bekannt, daß in den Fällen, in denen die Ist-Temperatur mit einem Temperaturfühler im Bereich der Heizplatten gemessen wird, die Temperatur der Backplatte beim Aufheizen der gemessenen Temperatur um ca. 10% nacheilt. Daraus folgt, daß die Backplatte eine Temperatur im Bereich der gewünschten Solltemperatur erst dann erreicht, wenn die in der Backkammer gemessene Ist-Temperatur die Solltemperatur zumindest einmal um einen bestimmten Betrag überschritten hat. Anschließend schwingt sich die Temperatur der Backplatte erfindungsgemäß um eine bestimmte Temperatur pendelnd ein. Um zu vermeiden, daß das Backgut in die Backkammer eingebracht wird, obwohl die Backplatte noch nicht ausreichend Wärmeenergie gespeichert hat, kann vorgeschrieben werden, daß die Beschickung des Ofens mit Backgut nicht erfolgt, bevor der obere Schwellenwert zumindest einmal durchlaufen ist. Die Einhaltung dieser Vorschrift kann dem Bedienpersonal beispielsweise durch bestimmte Anzeigeeinrichtungen angezeigt oder auch durch bestimmte programmtechnische Maßnahmen erreicht werden.

Durch das bisher beschriebene Verfahren wurde die Regelstrategie zum Betrieb des Backofens im Leerlauf, d.h. im unbeschickten Zustand, beschrieben. Dabei wurde davon ausgegangen, daß der Ofen nach der Beschickung mit dem Backgut mit konventionellen, d.h. aus dem Stand der Technik bekannten, Regelstrategien auf eine Solltemperatur geregelt wird. Da die Ist-Temperatur jedoch während des Leerlaufs um die Backkammer-Solltemperatur in einem bestimmten Toleranzband pendelt, ist in den meisten Fällen davon auszugehen, daß die Ist-Temperatur zum Zeitpunkt der Beschickung mit dem Backgut nicht exakt der Solltemperatur entspricht. Es sollen deshalb nachfolgend verschiedene Maßnahmen beschrieben werden, wie die Temperaturregelung im Übergang zwischen der erfindungsgemäßen Temperaturregelung im Leerlauf und der konventionellen Temperaturregelung im beschickten Zustand vorteilhaft erfolgen kann.

Mit der Einbringung des kalten Backgutes in die Backkammer ist in jedem Fall ein Abfallen der Ist-Temperatur verbunden, da das kalte Backgut sofort große Mengen Wärmeenergie aufnimmt. Um diesen Temperaturverlust auszugleichen, ist es vorteilhaft, wenn die Heizeinrichtungen des Ofens unabhängig vom sonstigen Zustand des Backofens möglichst unmittelbar nach dem Einbringen des Backgutes in die Backkammer geheizt wird. Dadurch wird der Backkammer Wärmeenergie zugeführt und die Aufnahme von Wärmeenergie durch das Backgut allmählich ausgeglichen. Die Beheizung der Heizplatten, d. h. die Zufuhr von Wärmeenergie in die Backkammer, sollte dabei in jedem Fall so lange fortgesetzt werden, bis die in der Backkammer gemessene Ist-Temperatur wieder ansteigt. Durch den Anstieg der gemessenen Ist-Temperatur, was in diesem Falle gleichbedeutend ist mit dem nicht mehr weiter Abfallen der Temperatur, ist ein Zustand des Backofens gekennzeichnet, bei dem zusätzlich zugeführte Wärmeenergie nicht mehr nur vom kälteren Backgut aufgenommen wird, sondern zu einer Temperaturerhöhung in der Backkammer führt. Ob zu diesem Zeitpunkt noch weitere Wärmeenergie zugeführt werden muß, hängt von der Ist-Temperatur im Bezug auf die Solltemperatur in diesem Zeitpunkt ab.

Ist die Ist-Temperatur im Zeitpunkt des ersten Anstiegs der Ist-Temperatur kleiner als die Soll-Temperatur, kann die Heizplatte bis zu dem Zeitpunkt weiter beheizt werden, an dem die Ist-Temperatur die Solltemperatur erreicht. Sobald die Solltemperatur erreicht ist, wird die Ist-Temperatur mit den bekannten Regelstrategien auf die Solltemperatur geregelt.

Ist die Ist-Temperatur dagegen zum Zeitpunkt des ersten Anstiegs der Ist-Temperatur nach der Einbringung des Backgutes in die Backkammer größer als die Soll-Temperatur, wird die Heizplatte ab diesem Zeitpunkt nicht mehr beheizt, bis die Ist-Temperatur aufgrund der Verlustleistung des Ofens, beispielsweise durch Wärmeabstrahlung, auf die Solltemperatur gefallen ist. Danach wird die Ist-Temperatur wiederum mit den bekannten Regelstrategien auf die Solltemperatur geregelt.

Im Ergebnis wird die Backkammer nach dieser Ausführungsform des Verfahrens also im Übergang zwischen Leerlauf und beschicktem Betrieb nach der Einbringung des Backgutes auf jeden Fall so lange beheizt, bis die Ist-Temperatur nach dem, durch die Einbringung des Backgutes verursachten, Temperaturabfall wieder ansteigt. Abhängig davon, ob die Ist-Temperatur zu diesem Zeitpunkt oberhalb oder unterhalb der Solltemperatur liegt, wird die Heizplatte anschließend weiter beheizt oder abgeschaltet, bis die Ist-Temperatur der Solltemperatur entspricht.

Zur Durchführung des Verfahrens ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ist-Temperatur in der Backkammer in an sich bekannter Weise mit einem Meßfühler gemessen wird, der auf der zum Inneren der Backkammer gerichteten Außenseite der Heizplatte angeordnet ist. Durch die Messung der Ist-Temperatur in diesem Bereich ist einerseits gewährleistet, daß die gemessene Ist-Temperatur die in der Backkammer tatsächlich herrschende Ist-Temperatur ausreichend signifikant charakterisiert und andererseits Temperaturänderungen an der Heizplatte mit ausreichend geringer Verzögerung erkannt werden.

Zur Vermeidung der Überhitzung der Backplatte insbesondere im Leerlauf des Backofens wird nach einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, an dem Backofen zwei verschiedene Ist-Temperaturen mit getrennten Meßfühlern zu messen. Mit dem ersten Meßfühler wird die Ist-Temperatur an einer Stelle gemessen, die die Temperatur in der Backkammer, die auf das Backgut wirkt, ausreichend signifikant charakterisiert. Dieser Meßwert dient insbesondere der konventionellen Regelung des beschickten Ofens auf einen Sollwert. Außerdem wird mit einem zweiten Meßfühler die Ist-Temperatur der Backplatte gemessen und zur Regelung der Wärmezufuhr in den Ofen an die Steuereinheit weitergeleitet. Durch die Messung der Temperatur der Backplatte kann diese Temperatur jederzeit durch die Steuereinheit kontrolliert werden, so daß die Temperaturregelung des Ofens insbesondere im unbeschickten Zustand ein übermäßiges Aufheizen der Backplatte verhindern kann.

Zur Messung einer für die Temperatur der Backkammer signifikanten Ist-Temperatur kann der erste Meßfühler in an sich bekannter Art auf der zum Inneren der Backkammer gerichteten Außenseite der Heizplatte angeordnet werden.

Nach einer alternativen Ausführungsform wird der erste Meßfühler im Rücklauf eines Kreislaufes für ein Heizmedium, mit dem die Heizplatte beheizbar ist, angeordnet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Backofen mehrere Backkammern mit jeweils zumindest einer Heizplatte aufweist, die gemeinsam aus einem Kreislauf mit dem Heizmedium, beispielsweise Rauchgas oder Dampf, versorgt werden. Durch die Anordnung des Meßfühlers im Rücklauf des Kreislaufes ist es möglich, durch die Messung der Temperatur Informationen über den Temperaturzustand aller angeschlossenen Heizplatten zu erhalten.

Der zweite Meßfühler zur Messung der Temperatur der Herdplatte wird nach einer bevorzugten Ausführungsform an der zum inneren der Backkammer gerichteten Oberfläche der Backplatte in die Backplatte eingeformt. Dadurch wird es möglich, Temperaturänderungen an der Backplatte, insbesondere verursacht durch die Einbringung von Backgut auf der Backplatte sehr rasch zu erkennen.

Zur Durchführung dieses Verfahrens müssen die bekannten Backöfen mit einem zusätzlichen Meßfühler ausgestattet werden, mit dem die Temperatur der Backplatte meßbar ist. Dabei ist es selbstverständlich, daß auch die Steuerung des Backofens entsprechend verändert werden muß, um die von dem zusätzlichen Meßfühler erfaßten Temperaturwerte der Backplatte zu berücksichtigen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand lediglich bevorzugter Ausführungsformen darstellender Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

1 den Temperaturverlauf eines Backofens im Leerlauf bei Regelung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren;

2 den Temperaturverlauf eines Backofens nach der Beschickung mit Backgut;

3 den Temperaturverlauf eines Backofens nach der Beschickung mit Backgut;

4 eine erste Ausführungsform eines Backofens im Querschnitt;

5 eine zweite Ausführungsform eines Backofens im Querschnitt.

Man erkennt in 1 den schematisch dargestellten Verlauf der Ist-Temperatur 1 eines im Leerlauf befindlichen Backofens, dessen Temperatur erfindungsgemäß geregelt wird. Ausgehend von einem Zustand, bei dem die Ist-Temperatur 1 der Raumtemperatur entspricht, wird der Ofen aufgeheizt, bis die Ist-Temperatur 1 das Temperaturniveau des oberen Schwellenwerts TO erreicht hat. Nach Erreichen der Temperatur TO wird die Beheizung des Backofens abgeschaltet, so daß die Ist-Temperatur 1 aufgrund der Verlustleistung des Ofens wieder fällt. Ist die Ist-Temperatur 1 bis auf ein Temperaturniveau gefallen, das dem unteren Quellenwert TU entspricht, wird die Beheizung des Ofens wieder eingeschaltet, so daß die Ist-Temperatur wiederum ansteigt. Der Ofen wird in dieser Art so lange um die Solltemperatur TSoll pendelnd geregelt, bis das Backprogramm durch Einbringung des Backgutes in die Backkammer gestartet wird. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß 1 den Temperaturverlauf der Ist-Temperatur 1 lediglich schematisch darstellt, so daß unvermeidliche kleinere Überschwingungen im Bereich des oberen bzw. unteren Schwellenwertes TO und TU nicht erkennbar sind.

TO ist dabei so gewählt, daß es einen Wert von 106 % von TSoll entspricht. TU dagegen ergibt sich aus einem Wert von 94 % von TSoll. Im Ergebnis wird damit erreicht, daß die Ist-Temperatur 1 in einem Temperaturband zwischen TO und TU um TSoll pendelt, so daß eine übermäßige Erwärmung der Backplatte in der Backkammer ausgeschlossen ist.

2 zeigt den Verlauf der Ist-Temperatur 1 nach der Einbringung eines bestimmten Backgutes in die Backkammer zum Zeitpunkt t1. Man erkennt, daß die Ist-Temperatur 1 im Zeitraum vor t1 entsprechend dem in 1 dargestellten Temperaturverlauf zwischen dem oberen bzw. unteren Schwellenwert TO und TU pendelt. Durch die Einbringung des Backgutes in die Backkammer zum Zeitpunkt t, fällt die Ist-Temperatur 1 aufgrund der Wärmeaufnahme durch das kalte Backgut stark ab. Um die Wärmeaufnahme durch das kalte Backgut auszugleichen, wird deshalb im wesentlichen zeitgleich mit der Einbringung des Backgutes in die Backkammer zum Zeitpunkt t1 die Beheizung des Backofens eingeschaltet.

Man erkennt, daß die Ist-Temperatur 1 trotz Einschaltung der Heizeinrichtung zum Zeitpunkt t, zunächst weiter abfällt. Erst zum Zeitpunkt t2 ist durch die Heizeinrichtung so viel Wärmeenergie in die Backkammer nachgeliefert, daß ein zusätzliches Maß an Wärmeenergie einen Anstieg der Ist-Temperatur 1 in der Backkammer bewirken kann. Da die Ist-Temperatur 1 zum Zeitpunkt t2, an dem die Ist-Temperatur nicht mehr weiter abfällt, sondern wieder ansteigt, unterhalb des Temperaturniveaus von TSoll liegt, wird der Backofen weiter bis zu einem Zeitpunkt t3 beheizt, an dem die Ist-Temperatur 1 die Solltemperatur TSoll erreicht. Danach wird die Ist-Temperatur 1 mit konventionellen Regelstrategien auf die gewünschte Solltemperatur TSoll geregelt.

In 3 ist der Verlauf der Ist-Temperatur 1 bei der Einbringung eines anderen Backgutes als in 2 in die Backkammer dargestellt. Wiederum wird die Ist-Temperatur 1 im Leerlauf bis zum Zeitpunkt t1, an dem das Backgut in die Backkammer eingebracht wird, zwischen dem oberen bzw. unteren Schwellenwert TO und TU geregelt. Zum Zeitpunkt t1, an dem das Backgut in die Backkammer eingebracht wird, wird auch in diesem Fall die Heizeinrichtung sofort wieder eingeschaltet, um die Wärmeaufnahme durch das kalte Backgut auszugleichen. Man erkennt in 3, daß die Ist-Temperatur 1 in diesem Fall zum Zeitpunkt t2, an dem die Ist-Temperatur 1 aufgrund der Beheizung nicht mehr weiter fällt, einen Wert aufweist, der oberhalb des Temperaturniveaus von TSoll liegt. Aus diesem Grund wird die Beheizung ab dem Zeitpunkt t2 abgeschaltet, bis die Ist-Temperatur 1 zum Zeitpunkt t3 aufgrund der Verlustleistung des Ofens bis auf TSoll, abgesunken ist. Danach wird die Ist-Temperatur 1 in konventioneller Weise auf die Solltemperatur TSoll geregelt.

Bei den in 2 und 3 dargestellten Temperaturverläufen ist die Heizeinrichtung zum Zeitpunkt t1, an dem das Backgut in die Backkammer eingebracht wird, jeweils in einer Zyklusphase des Leerlaufs, in der die Heizeinrichtung abgeschaltet ist. Zum Ausgleich der Aufnahme von Wärmeenergie durch das kalte Backgut wurde die Heizeinrichtung in beiden Fällen unmittelbar mit der Einbringung des Backgutes eingeschaltet. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß selbstverständlich bei der Einbringung des Backgutes in die Backkammer während Zyklusphasen des Leerlaufes, in denen die Heizeinrichtung bereits eingeschaltet ist, diese auch nach der Einbringung des Backgutes eingeschaltet bleibt, bis die Ist-Temperatur 1 zum Zeitpunkt t2 wieder ansteigt bzw. nicht mehr weiter abfällt.

4 zeigt einen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Backofen 2 im Querschnitt. Man erkennt die Backkammer 3 im inneren des Backofens 2, die durch eine mit einer Klappe 4 verschließbare Öffnung 5 mit Backgut 6, beispielsweise Broten, beschickt werden kann. Die Beheizung des Backofens 2 erfolgt mittels zweier oberhalb und unterhalb der Backkammer 3 angeordneter Heizplatten 7 und 8, die von heißem Rauchgas durchströmt werden können.

Oberhalb der unteren Heizplatte 8 ist eine Backplatte 9 in der Backkammer 3 angeordnet, auf deren Oberseite das Backgut 6 zur Anlage kommt. Die Temperatur der Backkammer 3 wird mit einem Meßfühler 10 gemessen, der auf der zur Backkammer 3 gerichteten Außenseite der oberen Heizplatte 7 angebracht ist. Die Meßsignale des Meßfühlers 10 werden über nicht dargestellte Leitungen an eine nicht dargestellte Steuerung weitergeleitet und dort zur Regelung der Backtemperatur verwendet. Abhängig von der durch den Meßfühler 10 festgestellten Ist-Temperatur wird eine nicht dargestellte Brennereinrichtung zur Erzeugung des Rauchgases ein- bzw. abgeschaltet, so daß im Ergebnis die Backtemperatur durch Erhöhung der Temperatur in den Heizplatten angehoben werden kann. Wird die Brennereinrichtung abgeschaltet, fällt die Backtemperatur in der Backkammer 3 aufgrund der Verlustleistung des Ofens 2.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Backofen 11. Man erkennt, daß der grundsätzliche Aufbau des Backofens 11 dem Aufbau des Backofens 2 entspricht. Zur indirekten Messung einer für die Backtemperatur in der Backkammer 3 signifikanten Ist-Temperatur wird ein Meßfühler 12 verwendet, der im Rücklauf der Rauchgasströmung durch die obere Heizplatte 7 angeordnet ist. Die an dieser Stelle gemessene Ist-Temperatur charakterisiert die in der Backkammer 3 bestehende Backtemperatur ausreichend signifikant. Außerdem ist an dem Backofen 11 ein Meßfühler 13 in der Backplatte 9 vorgesehen, so daß die Temperatur der Backplatte 9 durch die Steuerung des Backofens 11 überwacht und bei der Gefahr einer unerwünschten Überhitzung der Backplatte 9 entsprechende Reglereingriffe vorgenommen werden können.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Temperaturregelung eines Backofens mit zumindest einer Backkammer, die mit zumindest einer Heizeinrichtung, insbesondere einer Heizplatte, beheizbar ist, und einer Backplatte, auf der das Backgut mittelbar oder unmittelbar anordenbar ist, wobei die Heizleistung der Heizeinrichtung zur im Wesentlichen konstanten Einhaltung einer vorgegebenen Backkammer-Solltemperatur mit einem Regelkreis regelbar ist und wobei die dem Regler als Eingangsgröße übermittelte Ist-Temperatur mit einem Messfühler nicht unmittelbar in der Backkammer sondern in einem anderen Bereich, insbesondere im Bereich der Heizeinrichtung oder im Heizmedium-Kreislauf, gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung der Heizeinrichtung (7, 8) vor der Beschickung der Backkammer (3) mit Backgut (6) in der Art geregelt wird, dass die gemessene Ist-Temperatur (1) zwischen einem oberen und einem unteren Schwellenwert (TO, TU) um die Backkammer-Solltemperatur (TSoll) pendelnd geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung der Heizeinrichtung (7, 8) mit einer Zweipunktregelung geregelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Schwellenwert (TO) der Backkammer-Solltemperatur (TSoll) plus 1 % bis 10 % der Backkammer-Solltemperatur (TSoll) und/oder der untere Schwellenwert (TU) der Backkammer-Solltemperatur (TSoll) minus 1 % bis 10 % der Backkammer-Solltemperatur (TSoll) entspricht.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Schwellenwert (TO) der Backkammer-Solltemperatur (TSoll) plus 6 % der Backkammer-Solltemperatur (TSoll) und/oder der untere Schwellenwert (TU) der Backkammer-Solltemperatur (TSoll) minus 4 % der Backkammer-Solltemperatur (TSoll) entspricht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickung des Ofens (2) mit Backgut (6) nicht erfolgt, bevor der obere Schwellenwert (TO) zumindest einmal durchlaufen ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7, 8) nach einem Zeitpunkt (t1) der Beschickung des Ofens (2) mit dem Backgut (6) bis zu einem Zeitpunkt (t2) geheizt wird, an dem die in der Backkammer (3) gemessene Ist-Temperatur (1) nicht mehr abfällt oder wieder ansteigt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7, 8) nach dem Zeitpunkt (t2) des ersten Anstiegs der in der Backkammer (3) gemessenen Ist-Temperatur (1), falls die Ist-Temperatur (1) kleiner als die Backkammer-Solltemperatur (TSoll) ist, weiter bis zu einem Zeitpunkt (t3) beheizt wird, an dem die Ist-Temperatur (1) die Backkammer-Solltemperatur (TSoll) erreicht.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7, 8) nach dem Zeitpunkt (t2) des ersten Anstiegs der in der Backkammer gemessenen Ist-Temperatur (1), falls die Ist-Temperatur (1) größer als die Backkammer-Solltemperatur (TSoll) ist, bis zu dem Zeitpunkt (t3) nicht beheizt wird, an dem die Ist-Temperatur (1) auf die Backkammer-Solltemperatur (TSoll) gefallen ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Temperatur (1) in der Backkammer (3) mit einem Messfühler (10) gemessen wird, der auf der zum Inneren der Backkammer (3) gerichteten Außenseite der Heizeinrichtung (7) angeordnet ist.
  10. Verfahren zur Temperaturregelung eines Backofens mit zumindest einer Backkammer, die mit zumindest einer Heizeinrichtung, insbesondere einer Heizplatte, beheizbar ist, und einer Backplatte, auf der das Backgut mittelbar oder unmittelbar anordenbar ist, wobei die Heizleistung der Heizeinrichtung zur im Wesentlichen konstanten Einhaltung einer vorgegebenen Backkammer-Solltemperatur mit einem Regelkreis regelbar ist und wobei die dem Regler als Eingangsgröße übermittelte Ist-Temperatur mit einem ersten Messfühler nicht unmittelbar in der Backkammer sondern in einem anderen Bereich, insbesondere im Bereich der Heizeinrichtung oder im Heizmedium-Kreislauf, gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Messung mit dem ersten Messfühler (12) mit einem zweiten Messfühler (13) die Ist-Temperatur der Backplatte (9) messbar ist, wobei im Regelkreis zur Regelung der Heizleistung der Heizeinrichtung die Messwerte des ersten und zweiten Messfühlers (12, 13) als Eingangsgröße berücksichtigt werden können.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messfühler auf der zum Inneren der Backkammer gerichteten Außenseite der Heizplatte angeordnet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messfühler (12) im Rücklauf eines Kreislaufes eines Heizmediums, mit dem die Heizeinrichtung (7) beheizbar ist, angeordnet ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Messfühler (13) an der zum Inneren der Backkammer (3) gerichteten Oberfläche der Backplatte (9) in die Backplatte (9) eingeformt ist.
  14. Backofen mit zumindest einer Backkammer, die mit zumindest einer Heizeinrichtung, insbesondere einer Heizplatte, beheizbar ist, mit einer Backplatte, auf der das Backgut mittelbar oder unmittelbar anordenbar ist, mit einem ersten Messfühler mittels dessen die Ist-Temperatur in einem Bereich des Ofens, insbesondere im Bereich der Heizeinrichtung oder im Heizmedium-Kreislauf, messbar ist und einem Regelkreis, mit dem die Heizeinrichtung in Abhängigkeit der Backkammer-Solltemperatur regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Backplatte (9) mittels eines zweiten Messfühlers (13) messbar ist, wobei im Regelkreis zur Regelung der Heizleistung der Heizeinrichtung die Messwerte des ersten und zweiten Messfühlers (12, 13) als Eingangsgröße berücksichtigt werden können.
  15. Backofen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Messfühler (13) an der zum Inneren der Backkammer (3) gerichteten Oberfläche der Backplatte (9) in die Backplatte (9) eingeformt ist.
  16. Backofen nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messfühler (12) im Bereich der Heizplatte (7) angeordnet ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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