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Dokumentenidentifikation DE102006014515A1 27.09.2007
Titel Verfahren zur Überwachung bzw. Steuerung oder Regelung eines geschlossenen Elektrowärmegerätes
Anmelder E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH, 75038 Oberderdingen, DE
Erfinder Thimm, Wolfgang, Dr., 76137 Karlsruhe, DE;
Schönemann, Konrad, 75056 Sulzfeld, DE
Vertreter Patentanwälte Ruff, Wilhelm, Beier, Dauster & Partner, 70174 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 24.03.2006
DE-Aktenzeichen 102006014515
Offenlegungstag 27.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.09.2007
IPC-Hauptklasse F24C 7/08(2006.01)A, F, I, 20070111, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H05B 1/02(2006.01)A, L, I, 20070111, B, H, DE   G01N 25/56(2006.01)A, L, I, 20070111, B, H, DE   
Zusammenfassung Zur Überwachung bzw. Steuerung eines Backofens (11) mit einer Heizung (19) und mit einem Temperatursensor (21) in einem Heizraum (15) und mit einer Steuereinrichtung (23) samt Mitteln zur Zeiterfassung sowie zur Erfassung der Heizleistung der Heizung ist vorgesehen, dass die Heizung taktend betrieben wird. Der zeitliche Verlauf des Signals des Temperatursensors und der Heizleistung werden in der Steuereinrichtung (23) erfasst. Daraus wird die Feuchte im Heizraum (15) bestimmt. Die so erhaltenen Informationen werden zur Steuerung bzw. Regelung des Betriebs des Backofens (15) verwendet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung bzw. Steuerung oder Regelung eines geschlossenen Elektrowärmegerätes mit geschlossenem Heizraum, insbesondere ein Backofen, Dampfgarer oder Wäschetrockner.

Aus der DE 101 43 841 A1 ist es bekannt, die Unterschiede in der Schallgeschwindigkeit zwischen trockener und feuchter Luft auszuwerten zur Bestimmung der Dichte. Dabei wird die Laufzeit eines Schallimpulses gemessen und ausgewertet.

Aus der DE 101 03 658 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen bekannt, wobei die Reaktion eines Sensors auf einen Temperatursprung ausgewertet wird. Hier ist auch erläutert, inwiefern Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit von Gasen grundsätzlich zu deren Charakterisierung verwendet werden können.

Aus der EP 615 400 B1 ist es bekannt, dass unterschiedliche Gassensoren in einem Backofen ausgewertet werden können bei der Zubereitung von Speisen.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass damit ein genanntes Elektrowärmegerät vorteilhaft betrieben werden kann und insgesamt eine vorteilhafte Möglichkeit geschaffen werden kann, mit sogenannten Gassensoren ein Elektrowärmegerät zu betreiben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit dem Merkmal des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte 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 ist vorgesehen, dass das Elektrowärmegerät eine Heizung und eine Temperaturerfassung in dem Heizraum aufweist sowie eine Steuereinrichtung samt Mitteln zur Erfassung der Zeit sowie der Heizleistung der Heizung. Das Elektrowärmegerät bzw. seine Heizung werden dabei vorteilhaft taktend betrieben. Der zeitliche Verlauf mindestens eines Signals der Temperaturerfassung sowie der zeitliche Verlauf der Heizleistung werden erfasst in der Steuereinrichtung, wobei daraus der Zustand im Heizraum bzw. Bestandteile von darin enthaltenen Gasen bestimmt werden. Die so erhaltenen Informationen werden zur Überwachung von im Backofen vorhandenen Sensoren oder zur Steuerung bzw. Regelung des Betriebs des Elektrowärmegerätes verwendet. Insbesondere können dadurch die Bestandteile der Atmosphäre im Heizraum bzw. darin enthaltene Gase nach Art und Konzentration erkannt werden. Daraus wiederum kann zum einen auf die Art von enthaltenem Backgut oder dergleichen geschlossen werden sowie auf dessen Zustand, wie dies beispielsweise in der DE 103 40 146 A1 beschrieben ist. Insbesondere ist mit der Erfindung auch eine Feuchtemessung möglich, wobei mit großem Vorteil auf spezielle Gassensoren oder Feuchtesensoren verzichtet werden kann.

Die Temperaturerfassung kann vorteilhaft einen Temperatursensor aufweisen, wobei in der Temperaturerfassung die Reaktion des Temperatursensors auf einen Temperatursprung im Heizraum erfasst wird. Aus dieser Reaktion bzw. den entsprechenden Informationen können die Wärmeleitfähigkeit und/oder die Luftfeuchtigkeit der Atmosphäre im Heizraum über die Temperatursensorsignale bestimmt werden. Besonders vorteilhaft kann dies anhand der Laufzeit bzw. Amplitude der Sensorsignale erfolgen, da diese einen Rückschluss auf die gewünschten Informationen erlauben.

Mit Vorteil kann die Erfindung auch erreichen, dass vorhandene Funktionseinheiten, beispielsweise in einem Backofen, genutzt werden können und keine weiteren gebraucht werden. Eine Heizung ist zwangsläufig und standardmäßig in einem Backofen vorgesehen, Mittel zur Temperaturerfassung, beispielsweise Temperatursensoren, ebenfalls. Zwar sind diese teilweise thermomechanisch ausgebildet mit Ausdehnungsdose und Kapillarrohr-Verbindung zur einer Temperaturerfassungsvorrichtung. Teilweise werden jedoch bereits elektrische Temperatursensoren verwendet, die elektronisch durch eine entsprechende Steuerung ausgewertet werden können.

Anhand der gewonnenen Sensorsignale kann vorteilhaft bestimmt werden, welche Gase sich in der Atmosphäre des Heizraums befinden, wobei hierfür ein Vergleich der Werte für Laufzeit und/oder Amplitude der Sensorsignale mit in der Steuereinrichtung abgespeicherten Werten für die Sensorsignale stattfindet. Wenn die Signalverläufe ausreichend ähnlich sind, ist auch die Bestimmung der entsprechenden Gase oder ihrer Anteile für den Fachmann in bekannter Art und Weise möglich. Auch hierzu wird auf die vorgenannte DE 103 40 146 A1 verwiesen.

Es ist weiterhin gemäß einer ersten Möglichkeit denkbar, dass die vorgenannten Temperatursprünge durch einen taktenden Betrieb der Heizung erzeugt werden. Insbesondere kann dies durch einen im Dauerbetrieb regelmäßigen taktenden Betrieb erfolgen, wie er beispielsweise der als normal vorgesehenen Betriebsweise des Elektrowärmegerätes entspricht. Dies bedeutet also beispielsweise bei einem üblichen Backofen, dass dort ebenfalls die Heizung taktend betrieben wird, und zwar eingeschaltet mit Volllast oder ausgeschaltet. Der Vorteil hierbei liegt darin, dass bei einer der normalen Betriebsweisen des Elektrowärmegerätes nichts am Ablauf geändert werden muss, so dass sowohl der Betrieb ungestört verlaufen kann als auch der Aufwand für abweichende Steuerverfahren eingespart werden kann.

Gemäß einer zweiten Möglichkeit kann ein Temperatursprung für die Temperaturerfassung und Bestimmung der Atmosphäre im Heizraum abweichend von den ansonsten gerade herrschenden Betriebsbedingungen durch eine Heizung gezielt initiiert werden. Dies bedeutet also eine Durchbrechung der vorgenannten normal vorgesehenen Betriebsweise des Elektrogerätes. Der Vorteil hierbei liegt darin, dass dann ein stets gleicher Temperatursprung durchgeführt werden kann. Er ist insbesondere insofern stets gleich, als dass er von einer herrschenden Grund-Temperatur einen bestimmten prozentualen Anteil abweicht. Alternativ kann er stets um eine bestimmte absolute Temperaturdifferenz abweichen. Dies wiederum vereinfacht die Auswertung der gewonnenen Sensorsignale, wenngleich dafür eine geringe Störung oder Änderung der Betriebsweise des Elektrowärmegerätes nötig ist.

Bei bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Temperatursprung ein Sprung nach oben, also mit ansteigender Temperatur. Vorteilhaft werden ausschließlich Temperatursprünge nach oben erzeugt. Dies weist den Vorteil auf, dass im Gegensatz zu Temperatursprüngen nach unten eine größere Steigung erzielt werden kann, da der Temperatursprung nach oben gezielt durch die Heizung beeinflusst werden kann. Ein Temperatursprung nach unten ist nur durch Abschalten der Heizung sowie daran anschließendes Abkühlen des Heizraums möglich, wobei dies aufgrund dessen üblicher guter thermischer Dämmung langsam erfolgt.

In weiterer besonders bevorzugter Ausgestaltung ist es auch möglich, dass nach dem Temperatursprung nach oben und dessen Beendigung die Abkühlung bzw. Abkühlrate an dem Temperatursensor erfasst wird. Somit ist es möglich, eine schnellere Abkühlung als sonst zu bewirken bzw. unter Umständen sowohl Anstieg der Temperatur während des Temperatursprungs als auch Abkühlung bzw. Abfallen der Temperatur zu erfassen. Da der Temperatursprung nach oben von der Heizung eingeleitet wird und in der Atmosphäre im Heizraum abhängig vom Abstand zu der Heizung erfasst werden kann, nicht jedoch unbedingt zu einem gleichmäßigen Anstieg der Gesamttemperatur im Heizraum führt, ist die anschließende Abkühlung auch stärker als aus dem normalen Zustand der Temperaturverhältnisse heraus.

Ein Temperatursprung kann für eine relativ überschaubare Dauer erzeugt werden, beispielsweise wenige Minuten oder sogar weniger als eine Minute. Eine daran anschließende Abkühlung mit einer Abkühlrate A kann, bis der „normale" Temperaturwert nach einem Temperaturanstieg wieder erreicht ist, länger dauern, insbesondere einige Minuten.

Die Abkühlrate A ist im einfachsten Fall einfach durch den Quotienten A = (T1 – T2)/(t1 – t2) definiert, wobei T1 und T2 die Temperaturen am Sensor zu den Zeiten t1 und t2 sind. Für ein vorgegebenes Zeitintervall t1 – t2 sind daher einfach die beiden Temperaturen T1 und T2 zu bestimmen, um die Abkühlrate A zu bilden. Die Vorgabe des Zeitintervalls kann sich einerseits an den praktischen Gegebenheiten für die Zeiten der Backofensteuerung andererseits auch an der Sensoranordnung hinsichtlich der nötigen Genauigkeiten orientieren. Auf jeden Fall sind die Zeitintervalle in Abhängigkeiten der übrigen Anordnungen so zu wählen, dass sichergestellt wird, dass die Störungen im System kleiner sind als die Effekte, die tatsächlich auf den Unterschiedlichen Zustand der Gase zurückzuführen sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Temperatursensoren vorhanden für eine Temperaturerfassung. Sie können vorteilhaft einen unterschiedlichen Abstand zu der Heizung aufweisen, um neben dem reinen zeitlichen Verhalten der Temperatur auch einen örtlichen Verlauf der Temperatur zu erfassen. Beispielsweise können zwei bis fünf Temperatursensoren vorgesehen sein, wobei natürlich zu beachten ist, dass sowohl der Aufwand für die Auswertung der jeweiligen Sensorsignale mit der Anzahl ansteigt als auch der zusätzliche konstruktive Aufwand für die mehreren Temperatursensoren. Dieser sollte eigentlich in Grenzen gehalten werden.

Besonders interessant ist die Verwendung von Sensoren bzw. Temperatursensoren, die zeitweilig auch andere Funktionen wahrnehmen können. Dies könnten z.B. Funktionen als Lampe oder zur Kontrolle einer Türverriegelung sein.

Bei einer Auswertung der Sensorsignale kann die Wärmeleitfähigkeit der Atmosphäre in dem Heizraum erfasst werden. Daraus kann auch auf die Zusammensetzung der Atmosphäre aus verschiedenen Gasen geschlossen werden anhand deren spezifischer Werte für ihre Wärmeleitfähigkeit. Diese Werte sind in der Steuereinrichtung abgespeichert und können abgerufen werden.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann aus der Laufzeit eines Sensorsignals der Temperaturerfassung auf Eigenschaften der Atmosphäre bzw. der Gase im Heizraum geschlossen werden. Diese Eigenschaften sind Wärmeleitfähigkeit, Wärmeleitkapazität und/oder Dichte eines Trägermediums bzw. der Atmosphäre. Auch hierzu kann ein Vergleich mit in der Steuereinrichtung abgespeicherten entsprechenden Werten erfolgen.

Gemäß einer wiederum weiteren Ausbildung der Erfindung kann aus der Amplitude eines Sensorsignals der Temperaturerfassung auf Eigenschaften in der Atmosphäre im Heizraum geschlossen werden, insbesondere die vorgenannten Eigenschaften. Auch hier ist wiederum ein Vergleich mit in der Steuereinrichtung abgespeicherten Werte möglich.

Die Temperatursprünge können nicht nur außerhalb der normalen Betriebsweise des Elektrowärmegeräts vorgesehen werden, sondern auch durch eine zusätzliche Heizung erzeugt werden. Diese zusätzliche Heizung kann nicht für die als normal angesehene Betriebsweise des Elektrowärmegerätes bzw. nicht für die gerade gewählte Betriebsweise vorgesehen sein. So kann beispielsweise bei einem Backofen mit Umluftbetrieb ein oben im Heizraum angebrachter Grill kurzzeitig betrieben werden zur Erzeugung des Temperatursprungs. Dieser ist zwar standardmäßig in den Backofen eingebaut, für die Betriebsweise mit Umluft jedoch nicht vorgesehen.

Als Heizung in dem Heizraum kann einerseits eine Strahlungsheizeinrichtung vorgesehen sein, die entweder mit Temperaturen im Bereich von glühenden Heizleitern betrieben wird, beispielsweise 800°C bis 1100°C. Eine solche Strahlungsheizeinrichtung kann beispielsweise offenliegende Heizleiter aufweisen und ist in der DE 42 29 375 A1 beschrieben.

Eine besonders interessante Variante kann dadurch erreicht werden, dass der elektrische Widerstand der Strahlungsheizung, falls diese gerade nicht in Betrieb ist, eine große Temperaturabhängigkeit aufweist und somit die Strahlungsheizung bzw. ein Heizelement oder Heizwiderstand davon quasi selbst als Temperatursensor benutzt werden kann. Genauer gesagt sind dies Heizelemente mit NTC oder PTC-Effekt oder Kombinationen aus beiden. Welche Art von Heizelement günstiger für die Temperaturerfassung ist, hängt insbesondere auch von der Anordnung zwischen Temperatursensor und Heizelement ab, das den Temperatursprung erzeugt. Für relativ niedrige Temperaturen bietet der NTC-Effekt, für relativ hohe Temperaturen wiederum der PTC-Effekt Vorteile bei der Auswertung. Heizleiter mit NTC-Effekt können dotierte halbleitende Keramiken sein, vorzugsweise aus dotiertem und gesintertem Siliciumcarbid (SiC), oder Lampen, welche Heizleiter, beispielsweise auf Basis von Kohlenstoff (Kohlefaser oder Carbon nanotubes) beinhalten. Heizleiter mit PTC-Effekt können beispielsweise als sogenannte Halogenstrahler ausgeführt sein, wobei hier die Ausführungsform einer Lampe entsprechen kann, mit einem Heizleiter vorzugsweise aus Wolfram oder Molybdän bzw. Legierungen daraus.

Alternativ zu einer Strahlungsheizeinrichtung kann ein Rohrheizkörper in dem Heizraum vorgesehen sein, bei dem ein Heizleiter in einer Ummantelung angeordnet ist. Als weitere Alternative kann eine Heißluftzuführung als Heizung verwendet werden. Eine Heizeinrichtung dieser Heißluftzuführung ist üblicherweise außerhalb des Heizraums angeordnet und weist ein Gebläse odgl. auf, um die Heißluft in den Heizraum zu bringen. Ist das Elektrowärmegerät ein Backofen, so kann auch eine Kombination von vorbeschriebenen Arten von Heizungen vorgesehen sein. Vorteilhaft ist eine Strahlungsheizeinrichtung oder ein Rohrheizkörper samt einer Heißluftzuführung vorgesehen, wobei Strahlungsheizeinrichtung oder Rohrheizkörper beispielsweise auch für eine Grillfunktion verwendet werden können.

Genau wie vorbeschrieben bei Strahlungsheizkörper ist es auch möglich, einen Rohrheizkörper so auszuführen, dass er zeitweise Sensorfunktionen ausüben kann. Entsprechende Ausführungsformen für Rohrheizkörper sind dem Fachmann bekannt. Es ist allerdings explizit darauf hinzuweisen, dass beim Betrieb von Rohrheizkörpern mit PTC-Effekt diverse Flickernormen einzuhalten sind. Eine dem Fachmann auf dem Gebiet der Strahlungsheizkörper bekannte Variante, die unter dem Namen HaloLight auf dem Markt ist und der EP 176027 A1 zu entnehmen ist, besteht in einer Reihenschaltung von Halogen-Heizelementen als PTC-Heizelemente und Heizelementen mit „normalem" Widerstandsheizdraht (beispielsweise FeCrAl, NiCr 8020 oder FeNiCr3020, ...).

Mit den gewonnenen Informationen über die Atmosphäre im Heizraum bzw. ihrer Zusammensetzung können beispielsweise Gas- oder Feuchtesensoren in dem Elektrowärmegerät eingespart werden. So kann das Verfahren dann zur Steuerung oder Regelung des Elektrowärmegerätes dienen. Alternativ können diese Gas- oder Feuchtesensoren überwacht werden, insbesondere auf Fehlfunktionen odgl.. Des weiteren kann ein unvorhergesehener oder kritischer Zustand in dem Heizraum erkannt werden, beispielsweise ein Anbrennen von darin befindlichen Gegenständen bzw. Nahrungsmitteln oder Speisen oder ein Entstehen sonstiger Gase, die bei dieser Betriebsweise nicht entstehen sollten.

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 beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Innenansicht eines Backofens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer Heizung und Temperatursensor,

2 eine Innenansicht eines Backofens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit zwei Heizungen und einer Alternativposition für den Temperatursensor und

3 bis 6 verschiedene Kurven des Verlaufs der Temperatur über der Zeit bei unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten in Abhängigkeit von unterschiedlichen Temperaturen.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

1 zeigt in einem seitlichen schematisch Schnitt einen Backofen 11 mit einem Gehäuse 12. Eine Tür 13 ermöglicht den Zugang zu der Muffel bzw. dem Heizraum 15 des Backofens 11. In dem Heizraum 15 kann Gargut 17, beispielsweise ein Auflauf oder ein sonstiges Nahrungsmittel, das in einem Backofen zubereitet werden kann, stehen.

In dem Backofen 11 befindet sich eine Heizung 19. Diese ist hier als Rohrheizkörper ausgebildet, wie er grundsätzlich bekannt ist. Er kann zumindest an der Oberseite des Heizraums 15 mäanderartig oder als einzelne Schleife verlegt sein.

Des weiteren ragt eine Temperaturerfassung 21 in den Heizraum 15. Sie kann als eine Art Temperatursensor ausgebildet sein und, ebenso wie die Heizung 19, mit einer Steuerung 23 verbunden sein. Während die Steuerung 23 die Heizung 19 sowohl ansteuern kann als auch unter Umständen auch nur ihren Betrieb überwachen kann, wird die Temperaturerfassung 21 von der Steuerung 23 angesteuert und auch ausgewertet, insbesondere explizit als Temperaturverlauf mit konkreten Werten für die Temperatur. Geeignet sind hierzu Temperatursensoren wie beispielsweise Widerstandssensoren bzw. PT1000-Sensoren. Ein Bedienelement 25 ist mit der Steuerung 23 verbunden, beispielsweise als Drehknebel zum Einstellen einer Heizleistung für die Heizung 19.

In 2 ist in Erweiterung des Backofens 11 aus 1 ein Backofen 111 dargestellt, der neben der Heizung 119 auch noch eine zweite Heizung 120 in dem Heizraum 115 aufweist. Des weiteren ist neben dem Temperatursensor 121 ähnlich der 1 noch gestrichelt eine andere Position für einen Temperatursensor 121' dargestellt. Die Position dieses gestrichelt dargestellten Temperatursensors 121' ist deutlich weiter entfernt von der oberen Heizung 119 und dafür ein Stück näher an der unteren Heizung 120. Darauf wird später noch genauer eingegangen. Diese größere Entfernung bedeutet bei der Temperaturerfassung zum Einen einen erheblich niedrigeren Wert für die erfassten Temperaturen. Zum Anderen erfolgt eine etwas verzögerte Temperaturerfassung, da sich die Wärme von den Heizungen aus erst einmal hin zu der jeweiligen Position des Temperatursensors ausbreiten muß.

Funktion

Die Funktion eines Backofens 11 bzw. 111 sowie der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der 3 bis 6 für derartige Backöfen 11 bzw. 111 erläutert. Die Diagramme in den 3 bis 6 enthalten jeweils Angaben zu Temperaturen in °C sowie den dafür definierten relativen Luftfeuchten. Erfasst wurden insgesamt jeweils drei Temperaturen, nämlich 30°C, 60°C und 90°C sowie zwei Luftfeuchten, nämlich 20% und 90%. Ausgehend von diesen Anfangsbedingungen wurden Temperatursprünge erzeugt durch die Heizungen 19 oder 119. Die Heizung 120 für die Unterhitze gemäß 2 wurde hierbei außer Acht gelassen, wobei ihr Betrieb nichts grundlegend ändern würde. Des weiteren wurde der Abstand des Temperatursensors 21 bzw. 121 von der Heizung variiert. Die verschiedenen Werte sind ein Abstand von 1 cm, 5 cm und 10 cm, wobei die jeweiligen Temperaturverläufe durchgezogen, gestrichelt oder punktiert dargestellt sind. Der besseren Vergleichbarkeit halber sind in 6 für beide Werte der relativen Luftfeuchte sämtliche Verläufe mit unterschiedlichem Abstand in ein Diagramm eingezeichnet, dazu später mehr.

In 3 ist zu sehen, wie ausgehend von der Anfangstemperatur 90°C ein Temperatursprung erzeugt wird durch Betrieb der Heizung. Daraufhin steigt die Temperatur an dem Temperatursensor relativ steil an für etwa die ersten 25 Sekunden, um dann in einen langsameren Anstieg noch etwas weiter zu steigen. Der Anstieg ist für die beiden größeren Abstände von 5 cm und 10 cm etwas langsamer und erreicht natürlich weitaus geringere Werte. Nach etwa 60 Sekunden wird die Heizung wieder abgeschaltet und die Temperatur fällt entsprechend ab.

Aus 3 ist zu erkennen, dass die Temperaturverläufe eine bestimmte charakteristische Form haben, die natürlich nicht überrascht. Die Kurve ist jedoch erkennbar grundsätzlich geeignet für eine charakteristische Unterscheidung zu anderen Kurven.

Aus dem Vergleich der Diagramme in 4 und 5, die beide bei Ausgangstemperatur 30°C und nur bei unterschiedlichen relativen Luftfeuchten starten, kann eine gewisse Unterscheidbarkeit vorgenommen werden. Zugegebenermaßen ist der Unterschied im Kurvenverlauf nicht besonders groß. Betrachtet man dagegen anhand der Messwerte vor allem die Abkühlraten, also ab etwa 60 Sekunden nach dem Ausschalten der Heizung, so werden Unterschiede deutlicher. Die Temperaturwerte bei der höheren Luftfeuchte sinken langsamer, das bedeutet, dass der Temperaturabfall geringer ist bzw. eben langsamer.

Da, wie gesagt, die Abkühlraten bzw. das Abkühlverhalten besser auswertbar sind, ist in 6 für den Ausgangs-Temperaturwert 60°C nur die Abkühlung dargestellt. Die Abkühlrate kann bei einem festen Zeitintervall anhand der Temperaturdifferenz bestimmt werden. Hier ist vor allem für den Verlauf des Messwerts bei einem Abstand von einem Zentimeter zu erkennen, dass vor allem für Zeiten ab knapp 50 Sekunden die Temperatur bei hoher Luftfeuchte langsamer sinkt als bei geringer Luftfeuchte. Zumindest in diesem Bereich kann eine Auswertung der Messdaten erfolgen. Um rechnerisch in der Steuerung 23 zu unterscheiden, ob es sich bei den Unterschieden um einen wirklichen Messeffekt handelt aufgrund der tatsächlichen physikalischen Wärmeleitfähigkeit im Heizraum 15 oder lediglich um Messungenauigkeiten, können Mittelwert und Standardabweichung der relativen Unterschiede der beiden Luftfeuchten berechnet werden. Ist der Mittelwert dabei kleiner als die Standardabweichung, so handelt es sich um zufällige Messungenauigkeiten. Diese wiederum können nicht zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit und damit nicht zur Messung der Luftfeuchte benutzt werden. Ist dagegen der Mittelwert größer als die Standardabweichungen, so handelt es sich um einen Effekt, der zur Bestimmung der Luftfeuchte genutzt werden kann.

Auch wenn die 6 auf den ersten Blick etwas anderes vermuten lässt, so sind bei den Entfernungen 1 cm und 5 cm des Temperatursensors 21 von der Heizung 19 die Unterschiede zwischen den Messungen kleiner als die Standardabweichungen. Somit ist hier der experimentelle Fehler zu groß um die Wärmeleitfähigkeit eindeutig zu bestimmen. Bei 10 cm Abstand wiederum ist der mittlere Unterschied zwischen den Luftfeuchten signifikant größer als die Standardabweichung, so dass hier aus der gemessenen Temperatur auf die Wärmeleitfähigkeit und damit auf die Luftfeuchte geschlossen werden kann.

Grundsätzlich lässt sich durch eine optimierte Anordnung von Temperatursensoren und Heizelementen, insbesondere auch hinsichtlich der Trägheit, sowie einer geeigneten Sensorauflösung, vorzugsweise von 1/100 K, eine gute Ausführungsform erreichen. Es zeigt sich aber auch, dass eine solche Anordnung nicht selbstverständlich ist, wodurch gerade der erfinderische Aspekt unterstrichen wird.


Anspruch[de]
Verfahren zur Überwachung bzw. Steuerung oder Regelung eines geschlossenen Elektrowärmegerätes (11, 111) mit einem geschlossenen Heizraum (15, 115), insbesondere eines Backofens (11, 111), Dampfgarers oder Wäschetrockners, und mit einer Heizung (19, 119, 120) und Temperaturerfassung (21, 121, 121') in dem Heizraum und mit einer Steuereinrichtung (23, 123) samt Mitteln zur Zeiterfassung sowie zur Erfassung der Heizleistung der Heizung, wobei das Elektrowärmegerät bzw. die Heizung taktend betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf mindestens eines Signals der Temperaturerfassung und der zeitliche Verlauf der Heizleistung erfasst werden in der Steuereinrichtung (23, 123) und daraus der Zustand im Heizraum (15, 115) bzw. Bestandteile von darin enthaltenen Gasen bestimmt wird, wobei die so erhaltenen Informationen zur Überwachung von im Elektrowärmegerät vorhandenen Sensoren oder zur Steuerung bzw. Regelung des Betriebs des Elektrowärmegerätes verwendet werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassung einen Temperatursensor (21, 121, 121') aufweist und in der Temperaturerfassung die Reaktion des Temperatursensors auf einen Temperatursprung im Heizraum (15, 115) erfasst wird und eine Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit oder der Luftfeuchte der Atmosphäre im Heizraum anhand der Sensorsignale des Temperatursensors (21, 121, 121') erfolgt, insbesondere anhand Laufzeit und/oder Amplitude der Sensorsignale. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend die Gase in dieser Atmosphäre anhand der Sensorsignale bestimmt werden durch Vergleich der Werte für Laufzeit und/oder Amplitude im Vergleich mit in der Steuerung (23, 123) abgespeicherten Werten dafür. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursprünge durch einen taktenden Betrieb der Heizung (19, 119, 120) erzeugt werden, insbesondere einen taktenden Betrieb entsprechend der als normal vorgesehenen Betriebsweise des Elektrowärmegerätes (11, 111). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursprung für die Temperaturerfassung und Bestimmung der Atmosphäre im Heizraum (15, 115) abweichend von den ansonsten gerade herrschenden Betriebsbedingungen durch die Heizung (19, 119, 120) initiiert wird, insbesondere ein stets gleicher Temperatursprung. Verfahren nach Anspruch 2 oder 5 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursprünge durch einen taktenden Betrieb einer zusätzlichen Heizung (19, 119, 120) erzeugt werden, die nicht für die als normal angesehene Betriebsweise des Elektrowärmegerätes (11, 111) vorgesehen ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursprung mit ansteigender Temperatur initiiert wird, vorzugsweise nur Temperatursprünge mit ansteigender Temperatur, wobei insbesondere dabei auch die Abkühlrate am Temperatursensor (21, 121, 121') erfasst wird während der Zeit nach dem Temperatursprung. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursprung für eine Dauer von weniger als einer Minute erzeugt wird, insbesondere als ein Temperaturanstieg. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Temperatursensoren (21, 121, 121') vorhanden sind, insbesondere mit unterschiedlichem Abstand zu der Heizung (19, 119, 120) für den Temperatursprung, vorzugsweise zwei bis fünf Temperatursensoren. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit der Atmosphäre im Heizraum (15, 115) erfasst wird und daraus auf die Zusammensetzung der Atmosphäre aus verschiedenen Gasen geschlossen wird anhand deren spezifischer Werte für die Wärmeleitfähigkeit, wobei diese Werte in der Steuereinrichtung (23, 123) abgespeichert sind. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Laufzeit eines Sensorsignals der Temperaturerfassung auf Eigenschaften der Atmosphäre im Heizraum (15, 115) geschlossen wird, insbesondere der Wärmeleitfähigkeit, Wärmeleitkapazität und/oder Dichte des Trägermediums. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Amplitude eines Sensorsignals der Temperaturerfassung auf Eigenschaften der Atmosphäre im Heizraum (15, 115) geschlossen wird, insbesondere der Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität und/oder Dichte des Trägermediums. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Strahlungsheizeinrichtung in dem Heizraum (15, 115) als Heizung. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (19, 119, 120) bzw. ein Heizelement NTC-Eigenschaften aufweist, wobei sie insbesondere aus gesintertem SiC besteht oder eine Kohlefaserlampe ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (19, 119, 120) bzw. ein Heizelement PTC-Eigenschaften aufweist, wobei sie insbesondere eine Halogenlampe aufweist. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb der Heizung ein Heizelement mit PTC-Eigenschaften in Reihe mit einem Heizelement aus anderem Heizleitermaterial geschaltet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Heißluftzuführung als Heizung, wobei eine Heizeinrichtung dafür außerhalb des Heizraums (15, 115) angeordnet ist und die Heißluft in den Heizraum gebracht wird.






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