DD215189A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung des backprozesses in haushaltsbackgeraeten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Backprozesses in Haushaltsbackgeraeten. Ziel ist es, bei einem hohen Bedienkomfort die optimale Backzeit und Backtemperatur entsprechend dem Backstueck einzuhalten, bei gleichzeitiger Nutzung der Aufheiz- und Restwaerme. Die Grenzschichttemperatur zwischen dem Backstueck und der Backform ist von der spezifischen Waermekapazitaet und der Masse des Backstueckes abhaengig, vorausgesetzt die zugefuehrte Waermemenge ist bekannt. Wird diese gemessene Temperatur einer programmierten Informationsverarbeitungseinheit zugefuehrt, so kann die optimale Backzeit und Backtemperatur unter Beruecksichtigung der Restwaerme geregelt werden. Geringe Stoerungen (z.B. Oeffnen der Backraumtuer) werden selbstaendig kompensiert. Durch geeignete mechanische Einrichtungen kann die Backraumtemperatur nach dem Ende des Backprozesses soweit verringert werden, dass eine Entnahme des Backstueckes aus dem Backraum nicht zwingend notwendig ist. Da alle subjektiven Einfluesse eleminiert werden, wird mit geringstem Energieaufwand eine optimale Gebaeckqualitaet erreicht. Die Erfindung laesst sich fuer alle Haushaltsbackgeraete anwenden.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Backprozesses in Haushaitsbackgeräten Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Regelung des Backregimes für unterschiedliche Teige und Massen, nachstehend als Backstück bezeichnet, in Haushaitsbackgeräten mittels Erfassung der von der jeweiligen Rezeptur abhängigen Wärmeleitfähigkeit und Temperatur des Teigbackstückes sowie die daraus resultierende Optimierung der Backzeit und Heizleistung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Haushaltsbäckerei wird gegenwärtig die zugeführte Wärmemenge Q durch die empirisch gewählte Backzeit und Backraumtemperatur bemessen.

Eine optimale Wärmemenge Q ist aber abhängig von der Masse m des Backstückes, der spezifischen Wärmekapazität c des Backstückes sowie die Differenz zwischen Anfangs- und Endtemperatur ΔΤ_ΑΕ des Backstückes. Im konkreten Falle ist hierbei die spezifische Wärmekapazität c von der Rezeptur des Backstückes abhängig. Eine optimale Wärmemenge Q ist demnach selbst bei Erfassung der Parameter Temperatur T und Backstückmasse m für jede Rezeptur unterschiedlich. Sie muß als Funktion der genannten Parameter m, c und ΔΤ_Α£ ermittelt werden. Da das Bestimmen der spezifischen Wärmekapazität c im Haushalt objektiv nicht möglich ist, greift die Hausfrau auf subjektive Methoden zurück, die kein optimales Backregime . ermöglichen, die ständige Kontrolle des Backprozesses erfordern und bei denen die Aufheizphase sowie die vorhandene Restwärme des Backgerätes völlig unzureichend genutzt werden. '.· .

Zur Lösung des Problems sind Verfahren für Haushaltsbackgeräte bekannt, bei denen die Parameter Backzeit und Backraumtemperatur nach fest vorgegebenen Programmen ablaufen. Diese Programme gelten hierbei für bestimmte ausgewählte Gebäcke. Der Nachteil liegt in erster Linie darin, daß für das einzelne Gebäck eine Standardrezeptur angenommen wird, welche in der Praxis nur ausnahmsweise voll zutrifft und welche selbst bei den vorgesehenen Anteilen der Grundkomponenten durch deren physikalische und chemische Abweichungen beeinträchtigt wird. Eine genügend differenzierte Steuerung des Backregimes erfordert daher eine Vielzahl von Festprogrammen, in der Praxis bis über 100. Da die Haushaltsbäckerei individuell geprägt ist, wird einerseits ein großer Teil dieser Programme nicht genutzt, die genützten aber zu wenig.differenziert. Jede Senkung und Globalisierung der Programmzahl führt aber wiederum zur ungenauen Erfassung der rezepturspezifischen Parameter des Backprozesses im konkreten Falle.

In Erkenntnis dieser Mängel wurden Haushaltsbackgeräte mit programmierbarem Bäckregime entwickelt. Hierbei wird die Backraumtemperatur und Backzeit auf Grund von Erfahrungswerten bzw. entsprechend den Vorschlägen aus der Betriebsanleitung gewählt. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Oberflächentemperatur oder die Temperatur an einer beliebig und zufällig in der Krume plazierten Stelle des Temperaturfühlers vorzugeben. Auch hierbei kann individuelle Rezepturunterschiede sowie physikalische und chemische Abweichungen der Einzelkompohenten nur ungenügend berücksichtigt werden, da auch die Betriebsanleitung auf Mittelwerten fußt. Wird eine kräftige Heizquelle verwendet (z. B. Mikrowellen), so besteht die Möglichkeit, die Backzeit in Intervallen von Heizphasen aufzuteilen mit dem Ziel, die Erwärmung des Backstückes nicht zu schnell vorzunehmen. Eine solche Programmierung erfordert bereits bestimmte Vorkenntnisse und Fertigkeiten, die ohne entsprechende Übung und Erfahrung nicht vorausgesetzt werden können (DE-OS 2.938.980). Um den Programmierungsaufwand auszuschalten, ist ein Verfahren bekannt, durch welches die von der Gutoberfläche reflektierte Strahlung erfaßt und zur Regelung der Wärmezufuhr genützt wird. Hierbei wird durch eine konstante Strahlungsquelle ein Lichtstrahl auf die Oberfläche des Backstückes gebracht, von dieser in Abhängigkeit vom Bräunungsgrad reflektiert und durch eine Meßeinrichtung erfaßt. Der so erfaßte Reflexionswert wird zur Regelung der weiteren Wärmezufuhr in Gestalt von Heizleistung oder Backzeit genutzt. Der Nachteil besteht darin, daß die gemessene Oberflächenbräunung unter dem Einfluß verschiedener Backtemperaturen kein Ausdruck der Wärmekinetik im Inneren des ßackstückes ist, so daß selbst bei starker Bräunung der Ausbackprozeß nicht abgeschlossen zu sein braucht, insbesondere bei unterschiedlicher geometrischer Form der Backstücke. Außerdem kann der gemessene Reflexionswert durch die Färbung der einzelnen Backstücke infolge hellerer oder dunklerer Komponenten verfälscht werden. Damit ist das Einsatzgebiet von vornherein eingeengt oder erfordert zusätzlich die Berücksichtigung der geometrischen Form und Farbe des Backstückes. Im Ausführungsbeispiei ist darüber hinaus ein hoher meßtechnischer und Wartungsaufwand erkennbar (DE-OS 2.021.247). Auf einem ähnlichen Prinzip basiert eine bekannte Vorrichtung, bei der durch Meßfühler die Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit der Gebäckoberfläche in Abhängigkeit von deren Bräunungsgrad erfaßt wird. Neben der oben dargestellten mangelhaften Aussage der Bräunung für das Ausbacken des Backstückes wird die elektrische Leitfähigkeit auch durch bestimmte Inhaltsstoffe, wie Salze, Zucker und Fette beeinträchtigt. Daher eignet sich dieses Verfahren nur beim Toasten von speziellen, hierfür vorgesehenen Gebacken (DE-OS 2.648.865).

Aus den USA ist schließlich eine Vorrichtung bekannt, welche die Backraumatmosphäre analysiert und aus deren absoluten Feuchteanteil Rückschlüsse auf den Backverlust und damit auf den Grad des Ausbackens zieht. Der erhaltene Analysewert wird zur Regelung von Backzeit und Backtemperatur genutzt. Das konnte sich aber wegen des hohen meßtechnischen Aufwandes, der erforderlichen exakt definierten Bedingungen und auch wegen des sehr unterschiedlichen Feuchteanteils der einzelnen Gebäcke in Abhängigkeit von eingesetzten Rohstoffanteilen nicht durchsetzen (US-PS 3.839.616).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei der Haushaltsbäckerei von Backstücken beliebiger Rezeptur und geometrischer Form das Backregime automatisch so zu führen, daß mit minimalem Energieaufwand ein in optimaler Qualität ausgebackenes Gebäck erhalten wird, dabei ein hoher Bedienungskomfort ohne pflege- und wartungsintensiver Meßeinrichtungen erreicht wird. Hierbei soll zum Unterschied zu bisherigen Vorrichtungen und Geräten auch die Aufheizphase und die Restwärme des Backgerätes genutzt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, dem Backstück die zum optimalen Ausbacken erforderliche Wärmemenge zuzuführen. Hierbei ist die zugeführte Wärmemenge während des Backprozesses durch Veränderung der Backraumtemperatur T_B so zu differenzieren, daß in der Aufheizphase eine optimale Zuführung der Wärmemenge bis zur Erreichung einer optimalen Backraumtemperatur T_opt erfolgt, in der Backphase diese T_opt konstant gehalten wird, bei einem

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bestimmten Äusbackzustand die Wärmezufuhr beendet wird und in der Endphase die Restwärme im Backraum für das endgültige Ausbacken genutzt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in die Backform bzw. in das Backblech (nachstehend als Backform bezeichnet) ein Temperaturmeßfühler so eingearbeitet ist, daß dieser kontinuierlich die Temperatur in der Grenzschicht zwischen Backform und Backstück mißt und den erfaßten Wert einem Rechner zuführt. Dieser Rechner ist bereits vom Hersteller so programmiert, daß alle typischen Grenzschichttemperaturverläufe gespeichert sind. Aus demA/ergleich des gemessenen Temperaturverlaufes mit den gespeicherten Werten können die optimale Backraumtemperatur und Backzeit bestimmt werden. .

In der Aufheizphase erfolgt unter maximaler Wärmezufuhr zunächst ein Aufheizen des Backraumes und der Backform.

Dadurch verändert sich die vom Temperaturmeßfühler gemessene Grenzschichttemperatur T_G in Abhängigkeit von der spezifischen Wärmekapazität c des Backstückes. Durch den Rechner wird innerhalb einer definierten Zeitdifferenz At₁ nach Einsetzen der Heizleistung aus der so gemessenen TemperaturdifferenzAT_G·, auf die spezifische Wärmekapazität c_s geschlossen und da diese rezepturabhängig ist, kann damit die Rezeptur bestimmt werden. Diese Information wird

gespeichert. . . .

Im weiteren Verlauf der Aufheizphase erwärmt sich zunehmend das Backstück. Da bei definiert zugeführter Wärmemenge diese Temperaturänderung von der Masse des BaCkstückes abhängt, mißt der Temperaturmeßfühler die Temperaturdifferenz AT_G2 als Ausdruck der Backstückmasse in der Zeit At₂. Durch den Rechner wird aus dieser Temperaturdifferenz auf die Masse des Backstückes geschlossen und diese ebenfalls gespeichert. :

Aus den so erhaltenen Informationen AT_G1 und AT_G2 wird vom Rechner die optimale Backtemperatur bestimmt und durch Regelung der Heizung realisiert. Gleichzeitig ermittelt der Rechner aus den genannten Informationen über spezifische Wärmekapazität und Masse des Backstückes die optimale Backzeit At_ges.

Mit Erreichung der optimalen Backtemperatur beginnt die Backphase, in welcher die Backtemperatur T_opt bis zum errechneten Endzeitpunkt konstant gehalten wird.. Dann wird die Wärmezufuhr unter Berücksichtigung der Restwärme für das Ausbacken beendet.

innerhalb der Backphase übernimmt der Temperaturmeßfühler die Funktion der Prozeßkontrolle und mißt kontinuierlich die Grenzschichttemperatur, die in bestimmten Toleranzen gehalten werden muß, um einerseits den Backprözeß zu ermöglichen und andererseits eine Beeinträchtigung der Gebäckqualität zu verhindern. Bei Über-^ bzw. Unterschreitung der Toleranzwerte infolge von Störungen des Backprozesses wird die Wärmezufuhr bzw. die Backzeit vom Rechner korrigiert.

Nach Beendigung der Wärmezufuhr beginnt die Endphase, in der unter Nutzung der Restwärme ein endgültiges Ausbacken erfolgt. Der Temperaturmeßfühler mißt in dieser Phase den Temperaturrückgang kontinuierlich, kompensiert Störungen und gibt bei Erreichung des Ausbackzustandes, der eine Entnahme des fertigen Backstückes zuläßt, ein optisches oder akustisches Signal. Wahlweise kann durch zusätzliche mechanische Einrichtungen eine solche Belüftung und Temperatursenkung im Backraum erreicht werden, daß eine Entnahme des fertigen Backstückes aus dem Backraum zu einem späteren Zeitpunkt

erfolgen kann. :

Ausführungsbeispiei

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Beispiels der praktischen Verwirklichung unter Bezugnahme.

auf die beigefügten Abbildungen erläutert: .

Abb.1 Vorrichtung zur Regelung des Backprozesses in Haushaltsbackgeräten, Prinzipdarstellung Abb.2 Vorrichtung zur Regelung des Backprozesses in Haushaltsbackgeräten, Blockschaltbild Abb.3 Vorrichtung zur Regelung des Backprozesses in Haushaltsbackgeräten, Temperaturverlauf im Backraum und am

Temperaturmeßfühler \

In einem Backraum 1 wird eine Backform 3 eingebracht. In die Backform ist der Temperaturfühler 4 integriert, der über eine Verbindung 6 mit einem Rechner 7 (Informationsverarbeitungseinheit) verbunden ist. Auf Grund der gewonnenen Informationen in der Zeit At₁ werden über einen Regler 8 die Leistung der Heizelemente 2 reguliert. Durch den in der Zeiteinheit t₂ erhaltenen Wert von AT_G2 wird eine optimale Backraumtemperatur T_opt vorgegeben. In der Zeit At₃ wird die Wärmezuführung zum .Backstück kontrolliert und bei Abweichungen vom vorgegebenen Backregime über den Regler 8 und die Heizelemente 2 kompensiert. Über einen Temperaturmeßfühler 9 wird die Backraümtemperatur in Verbindung mit dem Regler 8 und den Heizelementen 2 auf einem konstanten. Niveau gehalten. Auf Grund der Informationen b At₂ bestimmt der Rechnerden Zeitpunkt t₃. Nach Erreichen von t₃ werden die Heizelemente 2 abgeschaltet. Durch die weitere Messung der Backraumtemperatur durch den Meßfühler 9 wird dieTemperaturyerringerung kontrolliert und bei Abweichungen über den Regler 8 und die Heizelemente 2 in den vorgegebenen Grenzen (^a) gehalten. Durch den Temperaturmeßfühler 4 wird nach Erreichen von t_E über den Rechner 7 die mechanische Einrichtung für die Kühlung des Backraumes 10 bestätigt und/oder akustisch und/oder optische Anzeigen ausgelöst. '. .

Claims (4)

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   Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Regelung des Backprozesses in Haushaltsbackgeräten, wobei der Backprozeß in mehrere Heizphasen unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß während des Backprozesses kontinuierlich die Temperatur in der Grenzschicht zwischen Backform (3) und Backstück (5) sowie im Backraum (1) gemessen, beide Meßergebnisse einer an sich bekannten Informationsverarbeitungseinheit (7) zugeführt, die Informationsverarbeitungseinheit (T) in der Aufheizphase aus der gemessenen Temperaturdifferenz bzw. aus dem Anstieg der Kurve (Fig. 3) eine optimale Backraumtemperatur und Backzeit unter Berücksichtigung von spezifischer Wärmekapazität und Masse ermittelt und damit die Heizleistung steuert; in der Backphase die von der Informationsverarbeitungseinheit (7) ermittelte Backraumtemperatur konstant gehalten und nach Beendigung der von der Informationsverarbeitungseinheit als optimal errechneten Backzeit unter Berücksichtigung der Restwärme abgeschaltet wird; in der Endphase die Restwärme zum endgültigen Ausbacken genutzt wird und bei vorgegebener Abkühltemperatur der Abschluß des Backprozesses durch Signal angezeigt wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fehlerkompensation die Grenzschichttemperatur zwischen Backstück (5) Und Backform (3) auch während der Backphase und Endphase ständig gemessen und beim Über- bzw. Unterschreiten von Toleranzwerten die spezifische Wärmezufuhr und/oder die Backzeit korrigiert wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 und 2, bestehend aus Heiz- oder Backraum mit Heizelementen, Backform, Temperaturkontrollvorrichtung, mechanischer Einrichtung zur Abkühlung des Backraumes sowie Regler zum Steuern der Heizleistung, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der im Backraüm (1) befindlichen Backform (3) ein an sich bekannter Temperaturmeßfühler (4) befindet, im Backraum (1) ein weiterer Temperaturmeßfühler (9) angeordnet ist, beide direkt mit einer bekannten Informationsverarbeitungseinheit (7) verbunden sind und die Informationsverarbeitungseinheit (7) mit dem Regler (8) und der mechanischen Einrichtung zur Abkühlung des Backraumes (10) in Verbindung stehen. /
4. 4. Vorrichtung nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Backform (3) Heizelemente angeordnet sind.