DE10313914A1

DE10313914A1 - Verfahren zum Betreiben eines Backofens

Info

Publication number: DE10313914A1
Application number: DE10313914A
Authority: DE
Inventors: Ramona Haberkramm; Martin Keller
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-07
Also published as: ATE410644T1; ES2314388T3; US7309846B2; US20060237424A1; DE502004008206D1; WO2004085925A1; EP1611396B1; EP1611396A1

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Betreiben eines Backofens mit einer thermisch isolierten Ofenmuffel, mit einem innerhalb eines Gebläseraums der Ofenmuffel angeordneten Umluftgebläse, mit wenigstens einem in Nähe der Muffelwände außerhalb des Gebläseraums angeordneten Heizelement und mit einer Steuereinrichtung, mit welcher während des aus Anheizphase (0-t3) und Fortheizphase (t3-tx) bestehenden Backofenbetriebs das Heizelement und das Umluftgebläse entsprechend einem vorbestimmten Temperatur-/Zeitprofil an- und abschaltbar sind. DOLLAR A Um die Temperaturdifferenz zum Abschaltzeitpunkt (t3) zwischen Temperaturfühler und Behandlungszentrum der Ofenmuffel auszugleichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass während der Anheizphase (0-t3) das wenigstens eine Heizelement vorzugsweise fortlaufend angeschaltet ist und das Umluftgebläse entsprechend einem von der vorbestimmten Abschalttemperatur des Heizelements am Ende der Anheizphase (t3) zumindest teilweise abhängigen Zeitprofil (Kurve 5, Zeitpunkte t1 und t2) temporär angeschaltet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Backofens sowie auf einen Backofen zur Durchführung dieses Verfahrens, versehen mit einer verschließbaren, thermisch isolierten Ofenmuffel, mit einem innerhalb eines Gebläseraumes der Ofenmuffel angeordneten Umluftgebläse, mit wenigstens einem in Nähe der Muffelwände außerhalb des Gebläseraumes angeordneten thermischen Heizelement und mit einer Steuereinrichtung, mit welcher während des aus Anheizphase und Fortheizphase bestehenden Backofenbetriebs das wenigstens eine Heizelement und das Umluftgebläse entsprechend einem vorbestimmten Temperatur-/Zeitprofil an- und abschaltbar sind.
Ein Backofen mit in einem rückseitigen Gebläseraum der Ofenmuffel angeordneten Umluftgebläse sowie mit außerhalb dieses Gebläseraumes angeordneten thermischen Heizelementen in Form einer Oberhitze und einer Unterhitze ist bekannt ( DE 19640237A1 ).
Es sind unterschiedliche Betriebsarten solcher Backöfen bekannt, bei denen zum Aufheizen des Backofens von der Raumtemperatur bis auf eine wählbare Gartemperatur eine sogenannte Anheizphase durchgeführt wird, auf die nach Erreichen einer der gewählten Solltemperatur angenäherten Backofentemperatur mittels einer Steuereinrichtung eine Umschaltung auf eine Fortheizphase folgt. Zur Verkürzung der Gesamtdauer des Backofenbetriebs wird oft angestrebt, die Anheizphase möglichst kurz zu halten. So wird bei einem bekannten Verfahren zum Garen in einem Heißluftgerät ( DE 3510680C2 ) die einer Fortheizphase mit mehreren Zwischenaufheizphasen vorlaufende Anheizphase durchgeführt mit dauernd angeschaltetem Umluftgebläse und mit dauernd eingeschalteten Heizelementen, um möglichst viel Wärmeenergie in möglichst kurzer Zeit in den Garraum zu bringen. Danach wird in der Zeit zwischen den einzelnen Zwischenaufheizphasen das Umluftgebläse bei ausgeschalteter Heizung taktweise eingeschaltet.
Versuche haben nun ergeben, dass es für das Backergebnis, bei negativem Verlauf insbesondere erkennbar an Heizelemente-Mustern, z. B. an Flachgebäcken, auch aufgrund von schon während der Anheizphase erfolgenden biochemischen Vorgängen im Gargut von essentieller Bedeutung ist, dass zu dem Zeitpunkt der Umschaltung von Anheizphase in die Fortheizphase im Behandlungszentrum des Backofens, also etwa in dessen Mittelbereich eine der eingestellten Solltemperatur zumindest angenäherte Behandlungstemperatur (Fortheiztemperatur) erreicht wird. Dies ist mit den bekannten Backöfen nicht optimal erreichbar, insbesondere aufgrund des Umstands, dass wegen immer besser werdenden Wärmeisolierungen der Backöfen eine natürliche Konvektion im Backofen nicht mehr in nennenswertem Ausmaß stattfindet und dass aufgrund der üblicherweise außermittigen Anordnung des Temperaturfühlers der Steuereinrichtung eine nicht unwesentliche Temperaturdifferenz zwischen der am Temperaturfühler gemessenen und die Funktion der Steuereinrichtung prägenden Temperatur und der das Backergebnis prägenden Temperatur im Zentrum des Backofens vorhanden ist. Speziell bei sogenannten konventionellen Betriebsarten mit Erhitzung der Umluft ausschließlich durch eine Oberhitze und/oder eine Unterhitze, also durch Heizelemente außerhalb des Gebläseraumes, ist diese Temperaturdifferenz so groß, dass am Ende der Anheizphase und somit am Anfang der eigentlichen Regelungsphase während der fortheizphase sehr ungünstige Verhältnisse für den Beginn der Fortheizphase vorherrschen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Backofens der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass mit einfachen steuertechnischen Mitteln am Ende der Anheizphase, also beim Abschalten des oder der Heizelemente bei Beginn der Fortheiz-Regelphase im Zentrum der Ofenmuffel eine der eingestellten Solltemperatur möglichst weitgehend angenäherte Gartemperatur erhalten wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass während der Anheizphase das wenigstens eine Heizelement vorzugsweise fortlaufend angeschaltet ist und dass das Umluftgebläse entsprechend einem von der vorbestimmten Abschalttemperatur des Heizelements am Ende der Anheizphase zumindest teilweise abhängigen Zeitprofil temporär angeschaltet wird. Vorzugsweise wird diese einmalige oder mehrfache Anschaltung des Umluftgebläses jeweils nur kurzzeitig z. B. mit einer Anschaltdauer von etwa 30 Sekunden erfolgen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird während der Anheizphase in der Ofenmuffel eine Konvektion der zunächst räumlich nur mehr oder weniger ungleichmäßig verteilten, erhitzten Umluft erzwungen, die zu einer gleichmäßigeren Wärmeverteilung im Muffelraum führt. Dadurch ergibt sich eine, wenn überhaupt, dann sehr geringe Temperaturdifferenz zwischen der am Temperaturfühler, also außerhalb des Muffelzentrums gemessenen Temperatur und der Temperatur im Zentrum der Ofenmuffel, also in der Umgebung des zu behandelnden Gargutes. Ein üblicherweise zu beobachtendes Überschwingen der Temperatur in Folge des meist nicht im unmittelbaren Strahlungsbereich der Heizelemente (z. B. Oberhitze, Unterhitze) angeordneten Temperaturfühlers über die gewählte Solltemperatur hinaus ist deshalb wesentlich vermindert bzw. verhindert. Die Folge ist, dass innerhalb der Fortheizphase sehr rasch eine Anpassung der aktuellen Temperatur im Muffelzentrum an den idealen Temperaturverlauf stattfindet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während der Anheizphase das Umluftgebläse wenigstens einmal zu einem von der Höhe der Abschalttemperatur und/oder der Betriebsart und Anordnung des wenigstens einen Heizelementes und wenigstens ein weiteres Mal zu einem durch den Temperaturgradienten des jeweiligen Anheizprofils angeschaltet. Selbstverständlich ergeben sich auch Vorteile bei separater Anwendung der vorgenannten Verfahrensmerkmale. Insbesondere durch die Abhängigkeit des Zeitpunktes der zweiten oder weiteren temporären Anschaltung des Umluftgebläses von dem vorgenannten Temperaturgradienten wird dem Umstand Rechnung getragen, dass ein Temperaturanstieg im unteren Temperaturbereich schneller vonstatten geht als in einem hohen Temperaturbereich. Das Zeitprofil während der Anheizphase wird vorteilhaft auch in Abhängigkeit gebracht von der Betriebsart des Backofens, z. B. mit einem oder mehreren Heizelementen, und von der Anordnung des oder der Heizelemente relativ zum Temperaturfühler.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.
Es zeigt:
1 die schematische Darstellung eines Backofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Diagramm mit Darstellung des zeitlichen Temperaturverlaufs unterschiedlicher Betriebsabläufe des Backofens,
3 ein Diagramm mit einem zeitlichen Temperaturverlauf gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
1 zeigt in schematischer und perspektivischer Darstellung die quaderförmige Ofenmuffel 5 eines Backofens, bestehend aus seitlichen Muffelwänden 6, 7, einer oberen Muffelwand 8, einer unteren Muffelwand 9 und einer rückwärtigen, senkrechten Muffelwand 10. Am rückwärtigen Ende des Muffelraums 11 mit Abstand zur hinteren Muffelwand 10 befindet sich eine Zwischenwand 12, die einen vom übrigen Muffelraum weitgehend getrennten Gebläseraum 13 bildet, in dem ein motorbetriebenes Umluftgebläse 14 angeordnet ist. Dieser Gebläseraum kommuniziert mit dem übrigen Muffelraum 11 über nicht weiter dargestellte seitliche Ausblasöffnungen, in 1 dargestellt durch Luftströmungspfeile 15. Innerhalb des Muffelraums 11 und in unmittelbarer Nähe der oberen Muffelwand 8 ist angeordnet ein als Strahlungsheizkörper ausgebildetes Heizelement 16, auch Oberhitze genannt, während unterhalb der unteren Muffelwand 9 ein weiteres Heizelement 17 als sogenannte Unterhitze angeordnet ist. Durch Luftströmungspfeile 18 und 19 ist in 1 angedeutet, dass vom Umluftgebläse 14 ausgehend Luftströmungen in Richtung der vorerwähnten Heizelemente 16, 17 strömen, dort an den Heizelementen bzw. an den benachbarten Muffelwänden erhitzt werden und vom Umluftgebläse 14 über eine zentrale Ansaugöffnung in der Zwischenwand 12 des Gebläseraums 13 wieder angesaugt werden. Hierbei ist ein Betrieb von Heizelementen innerhalb des Gebläseraums 13 nicht vorgesehen. Im Muffelraum 11 ist weiterhin angeordnet ein Temperaturfühler 20, der räumlich und funktional verbunden ist mit einer nicht weiter dargestellten, an sich üblichen Steuereinrichtung für den Backofen. Dieser Temperaturfühler 20 befindet sich in Nähe der oberen Muffelwand 8 und ist beispielsweise befestigt an der rückwärtigen Muffelwand 10 und durchdringt die Zwischenwand 12 des Gebläseraums 13. Damit befindet sich dieser Temperaturfühler 20 – wie üblich – weit außerhalb des Behandlungszentrums der Ofenmuffel 5, in welchem sich das zu behandelnde Gargut befindet. Die Ofenmuffel 5 ist umgeben von einer nicht dargestellten thermischen Isoliermasse und ist durch eine ebenfalls nicht dargestellte Ofentür während des Backofenbetriebs dicht verschließbar.
Die 2 verdeutlicht anhand einer Kurvenschar, mit welcher Problematik sich die vorliegende Erfindung befasst. Das Diagramm zeigt – ebenso wie 3 – den Verfahrensablauf des Backofens mit der Abszisse als Zeitachse und der Ordinate als Temperaturachse. Die Kurvenschar zeigt die Kurve 1, die den realen Temperaturverlauf an dem außerhalb des Behandlungszentrums der Ofenmuffel 5 (1) angeordneten Temperaturfühler 20 anzeigt und zwar ohne, dass während der Anheizphase 0 – t3 das Umluftgebläse 14 angeschaltet wird, also nur die Heizelemente 16, 17 fortlaufend angeschaltet sind. Der Zeitpunkt t3 ist der Punkt im Temperatur-/Zeitprofil, in dem die Heizelemente 16, 17 beim Erreichen der Aufheizspitze erstmals abgeschaltet werden Erreichen der Aufheizspitze erstmals abgeschaltet werden (Abschalttemperatur), die Anheizphase beendet ist und die Fortheizphase t3 – tx beginnt mit bekanntem, taktweisem Regelspiel von Heizelementen und Umluftgebläse, gesteuert durch eine übliche, nicht dargestellte Steuereinrichtung.
Die Kurve 2 zeigt einen angestrebten, idealen Verlauf des Temperaturprofils am Temperaturfühler in Bezug auf eine gewählte Solltemperatur Tsoll im Behandlungszentrum, die zum Zeitpunkt t3 relativ weit entfernt ist von der real gemessenen Temperatur am Temperaturfühler, d. h. es findet ein Überschwingen der messtechnisch erfassten Temperatur am Temperaturfühler gegenüber der idealen Temperatur statt. Die Kurven in 2 zeigen deutlich, dass während der Fortheizphase t3 – tx relativ viel Zeit vergehen würde, um in der Betriebsweise gemäß Kurve 1 den idealen Temperaturverlauf der Kurve 2 im Bereich tx zu erreichen.
Die Kurve 3 soll den idealen Temperaturverlauf im Behandlungszentrum des Backofens verdeutlichen, in welchem Behandlurgszentrum sich kein Temperaturfühler der Steuereinrichtung befindet. Zum Zeitpunkt t3 ist diese ideale Behandlungstemperatur zumindest weitgehend angenähert an die Solltemperatur Tsoll, und es besteht nur eine minimale Differenz zur Idealtemperatur der Idealkurve 2 zu diesem Zeitpunkt t3.
Mit der Kurve 4 soll verdeutlicht werden ein korrigiertes Temperatur-/Zeitprofil entsprechend der beschriebenen Erfindung, bei dem durch vorzugsweise mehrfaches Zutakten des Umluftgebläses 14 (1) der Temperaturverlauf am Temperaturfühler 20 zum Zeitpunkt t3 dem idealen Temperaturverlauf gemäß Kurve 2 angenähert wird. Als Folge erreicht in der Fortheizphase t3 – tx der korrigierte Temperaturverlauf in kürzerer Zeit den idealen Temperaturverlauf, wie 2 deutlich zeigt.
Ein solches Temperatur-/Zeitprofil ist in 3 durch die Kurve 5 verdeutlicht. Hierbei wird während der Anheizphase 0 – t3 das Umluftgebläse 14 (1) zu Zeitpunkten t1 und t2 temporär, z. B. 30 Sekunden lang, angeschaltet. 3 zeigt in Gegenüberstellung hierzu durch die Kurve 6 ein Temperatur-/Zeitprofil, wie es ohne das erfindungsgemäße Verfahren verlaufen würde, d. h. hier würde die Anheizkurve kontinuierlich und ununterbrochen bis zu einem Abschaltzeitpunkt bei Erreichen einer Anheizspitze am Ende der Anheizphase ansteigen. Die Kurve 5 hingegen verdeutlicht die erwähnte Zutaktung des Umluftgebläses zu den Zeitpunkten t1 und t2. Damit ergibt sich der vorteilhafte Effekt, dass der Temperaturanstieg am außerhalb des Behandlungszentrum des Backofens angeordneten Temperaturfühlers, der für die Temperaturregelung und letztlich für das Backergebnis verantwortlich ist, bei jedem Zutakten bei t1 und t2 kurzzeitig verlangsamt wird (Kurve 5) erkenntlich an der kurzzeitigen Unterbrechung des ansonsten linearen Temperaturanstiegs (Temperaturgradient), d. h. am partiell schleifenartigen Verlauf der Kurve 5 in Höhe des Zeitpunkt Z1 und t2 , so dass die Temperatur im Behandlungszentrum die Möglichkeit hat, infolge der kurzzeitigen erzwungenen Luftkonvektion die vorherrschende Temperaturdifferenz zwischen Temperaturfühler und Behandlungszentrum auszugleichen.
Steuertechnisch wird das ideale Zeitprofil gemäß der Erfindung dadurch erreicht, dass das Zeitprofil bestimmt ist durch die Höhe der Abschalttemperatur bei t3 und/oder durch die Betriebsart und Anordnung des oder der Heizelemente 16, 17 (1). Vorzugsweise ist dieser erste Einschaltzeitpunkt t1 im Zeitprofil ein fester Prozentwert relativ zur Aufheizspitze bzw. der Abschalttemperatur am Ende der Anheizphase 0 – t3. Vorzugsweise wird der zweite Einschaltzeitpunkt t2 bestimmt durch den Temperaturgradienten des jeweiligen, von der gewählten Soll- oder Abschalttemperatur abhängigen Anheizprofils.
Selbstverständlich ergeben sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung gleichermaßen sowohl bei einem zeitlichen Voreilen der Temperatur am Temperaturfühler gegenüber der Temperatur im Behandlungszentrum als auch umgekehrt beim zeitlichen Nachlaufen der Temperatur am Temperaturfühler gegenüber der Temperatur im Behandlungszentrum.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Backofens, versehen mit einer verschließbaren, thermisch isolierten Ofenmuffel (5), mit einem innerhalb eines Gebläseraums (13) der Ofenmuffel angeordneten Umluftgebläse (14), mit wenigstens einem in Nähe der Muffelwände (6 bis 10) außerhalb des Gebläseraums (13) angeordneten thermischen Heizelement (16, 17) und mit einer Steuereinrichtung, mit welcher während des aus Anheizphase (0 – t3) und Fortheizphase (t3 – tx) bestehenden Backofenbetriebs das wenigstens eine Heizelement (16, 17) und das Umluftgebläse (14) entsprechend eines vorbestimmten Temperatur-/Zeitprofils an- und abschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass während der Anheizphase (0 – t3) das wenigstens eine Heizelement (16, 17) vorzugsweise fortlaufend angeschaltet ist und dass das Umluftgebläse (14) entsprechend einem von der vorbestimmten Abschalttemperatur des Heizelements am Ende der Anheizphase zumindest teilweise abhängigen Zeitprofil temporär angeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitprofil bestimmt ist durch die Höhe der Abschalttemperatur und/oder der Betriebsart und Anordnung des wenigstens einen Heizelements (16, 17).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitprofil bestimmt ist durch den Temperaturgradienten des jeweiligen, von der gewählten Soll- oder Abschalttemperatur abhängigen Anheizprofils.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umluftgebläse (14) während der Anheizphase (0 – t3) wenigstens zwei Mal kurzzeitig angeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Anheizphase (0 – t3) das Umluftgebläse (14) wenigstens einmal zu einem von der Höhe der Abschalttemperatur und/oder der Betriebsart und Anordnung des wenigstens einen Heizelements (16, 17) und wenigstens ein weiteres Mal zu einem durch den Temperaturgradienten des jeweiligen Anheizprofils abhängigen Zeitpunkt angeschaltet wird.
Backofen insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer thermisch isolierten, verschließbaren Ofenmuffel (5) ein Gebläseraum (13) mit einem Umluftgebläse (14) und nahe der Muffelwände (6 bis 10) und vorzugsweise außerhalb des Gebläseraums wenigstens ein thermisches Heizelement (16, 17) vorgesehen ist und dass eine Steuereinrichtung, deren Temperaturfühler (20) sich außerhalb des Behandlungszentrums der Ofenmuffel (5) befindet, derart, ausgebildet ist, dass während einer, einer Vorteilsphase (t3 – tx) vorgeschalteten Anheizphase (0 – t3) der Ofenmuffel (5) das Umluftgebläse (14) entsprechend einem von der vorbestimmten Abschalttemperatur des Heizelements am Ende der Anheizphase (t3) zumindest teilweise abhängigen Zeitprofil temporär anschaltbar ist.