DE4122430A1 - Verfahren zur regelung der fortkochleistung - Google Patents
Verfahren zur regelung der fortkochleistungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung
der Fortkochleistung für einen von einer Kochplatte, z. B.
einer Lichtkochplatte, beheizbaren, Wasser enthaltenden
Topf und auf eine Anordnung zur Durchführung dieses
Verfahrens.
Die richtige Einstellung der Fortkochleistung zum Garen
(Kartoffel, Nudeln, Gemüse, Eier und eventuell auch
Braten) bedarf einer kontinuierlichen Beaufsichtigung
durch den Benutzer. Dazu wird meistens auf herkömmliche
Weise die Heizleistung von Hand höher oder niedriger ein
gestellt, und zwar in Abhängigkeit davon, ob das Kochgut
brodelt oder nicht. Um ein stetiges Fortkochen zu gewähr
leisten, wird dabei häufig eine Leistung eingestellt, die
größer ist als die eigentlich für den Prozeß benötigte
Leistung. Dies bedeutet einen erhöhten Energiebedarf, eine
erhöhte Abdampfrate, eine erhöhte Geruchsbelästigung und
eventuell eine Zerstörung des Kochgutes.
Durch das DE-GM 81 31 827 ist eine Vorrichtung zur Wärme
behandlung von Nahrungsmitteln, insbesondere zur
Zubereitung von Speisen, mittels eines Dampf-Luft-
Dampf-Luft-Gemisch bei atmosphärischem Druck mittels eines
motorisch angetriebenen Gebläses in einem durch eine Tür
verschließbaren Garraum umgewälzt. Der Garraum ist mit
einem steuerbaren Wrasenabzug und mit einem Kondensat
ablauf versehen. Ferner ist eine Heizvorrichtung für den
Wärmeträger und ein besonderer Dampferzeuger mit
temperaturgeregeltem Heizelement vorgesehen. Ein zugehöri
ger Temperaturregler besitzt einen Fühler, der in einer
Verbindung des Garraumes zur Außenluft angeordnet ist,
durch die das Dampf-Luft-Gemisch nur unter Überwindung
seines freien Auftriebes austreten kann. Bei der bekannten
Bauart befindet sich der Fühler innerhalb eines Rohres
unterhalb der Bodenplatte des Garraumes. Das Rohr dient
zur Ableitung des Kondensats und als Meßfühlerrohr. Die
bekannte Vorrichtung besitzt somit einen besonderen Dampf
erzeuger zur Belieferung des separaten Garraumes mit
Dampf. Dabei soll nur soviel Dampf erzeugt und gleichmäßig
verteilt eingeleitet werden, wie zur Beschleunigung des
Auftau- oder Garprozesses durch Abladen von Kondensations
wärme auf den Nahrungsmitteln und Speisen genutzt werden
kann. Ein Überschuß an Dampf würde nutzlos in die Außen
luft abgelassen werden.
Bei derartigen Vorrichtungen wird in den Garraum Wasser
dampf eingeführt, der sich mit der im Garraum vorhandenen
Luft mischt und diese mehr oder weniger verdrängt. Dabei
gibt der Dampf seine Wärme an das Gargut ab, wobei der
Dampfanteil kondensiert und das Kondensat über die Ablauf
leitung abläuft. Je nach der Menge des dabei verbrauchten
Dampfes wird die Dampfzufuhr mit Hilfe des Fühlers ent
sprechend dem Nachspeisebedarf gesteuert oder geregelt.
Die Regelung erfolgt derart, daß der Dampf über die Ver
bindungsleitung aus dem Garraum austritt und vom Fühler
festgestellt wird. Bei Erreichen einer bestimmten
Temperatur wird die Dampfzufuhr unterbrochen, wobei jedoch
der im Garraum noch vorhandene Dampf weiter Wärme abgibt
und kondensiert. Dies führt wegen der erheblichen Volumen
änderung beim Übergang von Dampf zu Kondensat zu einem
Unterdruck im Garraum, so daß durch das Meßfühlerrohr
kalte Umgebungsluft angesaugt wird. Dabei wird der an dem
Meßfühler auftretende Temperaturunterschied zu einer
Schaltung bzw. zu einer genauen Wiedereinschaltung der
Dampfzufuhr genutzt. Die Abkühlung führt wiederum nach
Erreichen einer bestimmten vorgegebenen Schalttemperatur
dazu, daß die Dampfproduktion wieder angeschaltet wird.
Durch die EP-PS 01 71 522 ist eine ähnliche Vorrichtung
bekannt, bei der das Rohr an einer seitlichen oder oberen
Wand des Garraumes angebracht ist. Dabei ist der Fühler
eine Einrichtung, die den Druck oder die Strömungs
geschwindigkeit des das Rohr durchströmenden Mediums er
faßt.
Die genannten bekannten Bauarten haben einen Kondensat
ablauf, durch den auch während des geregelten Garungs
prozesses ständig Kondensat austritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art zur Regelung der Fortkoch
leistung für einen von einer Kochplatte beheizbaren,
Wasser enthaltenden Topf derart zu verbessern, daß die für
den Garvorgang erforderliche Fortkochleistung auf einfache
Weise zuverlässig und selbsttätig ermittelt und geregelt
werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
durch eine automatisch geregelte Zufuhr von Energie gerade
soviel Wasser bei Atmosphärendruck verdampft, daß jegliche
Restluft aus dem Topf nach außen verdrängt wird. Damit
wird erreicht, daß überall im Topf die hervorragenden
Wärmeübertragungseigenschaften einer sogenannten
"Wasserdampf-Heat-Pipe" vorliegen. Dieser Zustand liegt
bekanntlich bereits beim ordnungsgemäß belüfteten Dampf
drucktopf vor. Im Gegensatz zum Dampfdrucktopf, der mit
Überdruck arbeitet, geht es bei der Erfindung jedoch um
Kochen bei Atmosphärendruck, also ohne Überdruck. Jede
über den Idealzustand der reinen Wasserdampfatmosphäre
hinausgehende Energiezufuhr erhöht nur die Wasserdampf
produktion nach außen, hilft aber in keiner Weise, den
Garungsprozeß zu verbessern. Dieser Idealzustand ist durch
das Verfahren gemäß der Erfindung erreichbar. Nach
Beendigung der Entlüftung wird kein Wasser in Form von
Dampf oder Kondensat durch das Meßrohr abgeführt. Bei der
Bauart gemäß der Erfindung tritt bis auf das beim Entlüf
ten austretende Luft-Dampf-Gemisch im stationären Betrieb
kein Kondensat aus.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, daß der nur über ein Meßrohr mit
der Außenluft verbundene Topf solange erhitzt wird, bis
die Luft aus dem Topf und mindestens einem anschließenden
Teil des Meßrohres verdrängt ist, daß die im Meßrohr
gebildete Grenzschicht zwischen Dampf und Luft von einem
Temperaturfühler erfaßt wird und daß diese Grenzschicht
durch eine vom Temperaturfühler eingeleitete Regelung der
Heizleistung innerhalb eines Meßbereiches des Temperatur
fühlers örtlich konstant gehalten wird. Der Temperatur
fühler benutzt den beträchlichen Unterschied im Wärme
übertragungsvermögen von reiner Luft und reinem
Wasserdampf. Während reine Luft eine Wärmeleitfähigkeit
von weniger als 0,1 W/m°K besitzt, vermag reiner Wasser
dampf in einer sogenannten Heat-pipe eine effektive Wärme
leitfähigkeit von mehr als 1000 W/m°K zu erreichen. Dies
beruht darauf, daß die Dampfmoleküle mit ihrer großen
Wärmekapazität ungehindert zur Kondensationsfläche
schießen können und durch den Rücklauf des kondensierten
Wassers nicht behindert werden.
Eine nicht vollständige Entlüftung des Topfes ist immer
dann detektierbar, wenn die Temperaturschwankungen pro
Zeiteinheit in der Nähe der Setztemperatur des Temperatur
fühlers klein sind. Die Erfindung ermöglicht somit neben
dem automatischen Kochablauf für Ankochen und Fortkochen
auch eine einfache Kontrolle einer wirksamen Entlüftung.
Bei der Bauart gemäß der Erfindung läuft das im Meßrohr
anfallende Kondensat vollständig wieder in den Topf
zurück, womit ein Trockenkochen auch bei extrem kleinen
Wassermengen unmöglich ist. Die Erfindung ermöglicht ein
energiesparendes Garen, weil ein Minimum an Wassermenge
ausreicht (schnelles Ankochen) und die Abdampfrate extrem
klein ist (weniger als 5 g/h, minimalste Fortkoch
leistung). Ferner ergibt sich wegen der kleinen Abdampf
rate ein nahezu geruchloses Kochen. Garen im reinen
Wasserdampf bei 100°C ist lebensmittelschonend wegen des
Ausschlusses von Sauerstoff, ferner werden mechanische
Zerstörungen durch Sprudeln oder Überdruck beim Öffnen
vermieden. Das Verfahren funktioniert zwischen dem Toten
Meer und dem Montblanc, da auf die Grenze Wasserdampf-Luft
geregelt wird und nicht auf eine feste Temperatur.
Da bei Atmosphärendruck gekocht wird, ist eine leichte
Topfkonstruktion möglich. Auch bei Verwendung von
Glastöpfen ist die Erfindung zu gebrauchen, dies vorzugs
weise beim Kochen mit Licht. Der Deckel des Topfes kann
während des Garprozesses zu einer Revision oder zwecks
Zugabe eines weiteren Kochgutes mit kürzerer Garzeit abge
nommen werden, ohne daß dies Schaden anrichtet. Das System
regelt sich nach Erkennen der Belüftung z. B. durch Ein
leitung eines vollen Leistungsschubes selbsttätig wieder
auf den alten Zustand ein. Sowohl unterschiedliche statio
näre Wärmeverluste (z. B. unterschiedliche Topfgrößen und
Oberflächen) als auch dynamische Änderungen (z. B. der
schwindende Energieentzug garender Kartoffeln) werden
automatisch ausgeregelt.
Die erfindungsgemäße Regelung erfolgt in einem
Proportional-Regelverfahren, z. B. mit einem PID-Regler.
Sobald nach einer Leistungszufuhr die Luft aus dem Topf
und mindestens einem anschließenden Teil des Meßrohres
verdrängt ist, stellt sich im Meßbereich des Temperatur
fühlers eine Temperatur ein, die als Setztemperatur
bezeichnet wird und auf die geregelt wird. Bei kleinen
Abweichungen von der Setztemperatur wird mit kleinen
Leistungen und bei großen Abweichungen von der Setz
temperatur mit großen Leistungen nachgeregelt.
Gute Ergebnisse lassen sich dadurch erzielen, daß im
Bereich der Setztemperatur (z. B. ±5°K, also z. B.
zwischen 80 und 90°C) die Regelverstärkung konstant
niedrig ist, während sie außerhalb dieses Bereiches linear
ansteigt.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens gemäß der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst bei
kleinen Temperatursignalen am Fühler von z. B. unterhalb
40°C die volle Leistung eingestellt wird, daß sodann bei
mitteleren Temperatursignalen von z. B. 40 bis 85°C die
Leistung kontinuierlich bis auf Null zurückgefahren wird
und daß danach in einem proportional-Regelverfahren die
Heizleistung in Abhängigkeit von der im Meßbereich des
Temperaturfühlers schwankenden Dampf-Luft-Grenzschicht
geregelt wird. Bei einem derartigen Verfahren wird
zunächst beim Ankochen die volle Leistung eingestellt, so
daß das Wasser sehr schnell auf die Siedetemperatur von
100° kommt. Wenn die Temperatursignale dabei steigen und
einen mittleren Bereich von etwa 40° erreicht haben, wird
die Leistung kontinuierlich zurückgefahren und bei
Erreichen der Setztemperatur des Temperaturfühlers abge
schaltet. Durch Erreichen der Setztemperatur ist gewähr
leistet, daß die Restluft vollständig aus dem Topf und aus
dem angrenzenden Bereich des Meßrohres herausgedrängt ist.
Danach beginnt die eigentliche Regelung in einem
Proportional-Regelverfahren, wobei die Heizleistung in
Abhängigkeit von der im Meßbereich des Temperaturfühlers
schwankenden Grenzschicht zwischen dem aus dem Topf
herausgedrängten heißen Dampf und der bei einer Abkühl
phase in das Meßrohr eingesaugten Außenluft geregelt wird.
Die Regelanordnung und die Regelparameter sind dabei so
ausgebildet und ausgelegt, daß beim Regelvorgang die hin-
und herschwankende Grenzschicht zwischen dem aus dem Topf
in das Meßrohr ausgestoßenen Dampf und der in das Meßrohr
eingesaugten Luft im Meßbereich des Sensors innerhalb des
Meßrohres liegt. Dadurch ist gewährleistet, daß aus dem
Meßrohr im stationären Betrieb kein Dampf nach außen aus
tritt. Das bedeutet einen extrem kleinen Wasserverlust.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, daß bei großen Temperatursignalen oberhalb der Setz
temperatur die Leistungszufuhr vollständig unterbrochen
wird.
Es kann vorkommen, daß die Fühlertemperatur sehr dicht bei
der Setztemperatur (unterhalb der Maximaltemperatur)
liegt, obwohl der Topf noch nicht entlüftet ist. Dies ist
z. B. der Fall, wenn während des Garprozesses der Topf nur
kurz geöffnet wird, ohne weiteres Kochgut einzugeben. In
diesem Fall sieht das Regelsystem keine Veranlassung,
durch erhöhte Leistung das Luft-Wasserdampf-Gemisch her
auszudrücken und rasch in den normalen Regelfall zu gehen.
In diesem Falle verläuft die Temperaturkurve des Fühlers
recht glatt, während bei einem Normalregelfall die Tempe
raturkurve heftig, und zwar um ca. ±5°K, um den Setzwert
schwankt. In Ausgestaltung der Erfindung wird daher vor
gesehen, daß das Vorliegen einer durch den Regelvorgang
bewirkten, im wesentlichen gleichmäßigen Temperaturschwan
kung am Sensor als Maß für die Güte der Entlüftung (Ent
fernung der Restluft) des Topfes ausgewertet wird. In
einer weiteren Ausgestaltung kann eine solche Störung
dadurch detektiert werden, daß ein zweiter Temperatur
fühler am oder im Meßrohr vorgesehen ist, der in Richtung
Rohrauslaß angeordnet ist.
Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet,
a) daß das Innere des Topfes nur über das als Meßstrecke dienende Meßrohr mit der Außenluft in Verbindung steht,
b) daß das Meßrohr in einem Bereich oberhalb der Wasser oberfläche so angekoppelt ist, daß das im Rohr anfallende Kondensat durch natürliches Gefälle in den Topf zurückläuft, und
c) daß der Temperaturfühler mit einer Regeleinrichtung zur Beeinflussung der Heizleistung verbunden ist.
a) daß das Innere des Topfes nur über das als Meßstrecke dienende Meßrohr mit der Außenluft in Verbindung steht,
b) daß das Meßrohr in einem Bereich oberhalb der Wasser oberfläche so angekoppelt ist, daß das im Rohr anfallende Kondensat durch natürliches Gefälle in den Topf zurückläuft, und
c) daß der Temperaturfühler mit einer Regeleinrichtung zur Beeinflussung der Heizleistung verbunden ist.
Die Öffnung des Meßrohres zur Außenluft stellt immer die
höchste Stelle des Rohres dar, um das Kondensat im Rohr
sicher in den Topf zurückzuleiten. An oder in dem Meßrohr
sind ein oder zwei kapazitätsarme Temperaturfühler ange
bracht, die nach außen an die Umgebungsluft angekoppelt
sind und mit Hilfe einer Regeleinrichtung die Heizleistung
beeinflussen. Damit ist eine robuste, einfache Ausführung
ohne bewegliche Bauteile möglich. Als Temperaturfühler
können einfache Standard-Temperaturfühler verwendet
werden. Vorteilhaft wird das Meßrohr schräg gestellt, um
auf der Unterseite das Kondensat zurückfließen zu lassen
und die Meßfühler auf der gegenüberliegenden Seite weit
gehend kondensatfrei zu halten.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen, weitere Vorteile und eine eingehende
Funktionsbeschreibung sind in der nachfolgenden
Zeichnungsbeschreibung erläutert.
In der Zeichnung ist in den Fig. 1 bis 3 ein Ausführungs
beispiel des Gegenstandes gemäß der Erfindung schematisch
dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer
Anordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 zeigt ein zugehöriges Meßdiagramm und
Fig. 3 ein weiteres Meßdiagramm für zwei Meßfühler.
Gemäß Fig. 1 steht ein Kochtopf 10 auf einer Heizplatte 11
und wird durch eine Leistungszufuhr 12 beheizt. Der Koch
topf ist bis zu einer Höhe 13 mit Wasser gefüllt und ent
hält im oberen Bereich ein Gitter 14, auf dem Kochgut
(Kartoffeln) liegt. Der Kochtopf 10 ist über einen
Deckel 15 geschlossen, der mit einem nach oben gerichteten
Meßrohr 16 versehen ist. Das Innere des Topfes steht nur
über das Rohr 16 mit der Außenluft in Verbindung. Im
Bereich 16a des Meßrohres ist ein Kühler 17 angekoppelt,
der mit einer kleinen Fläche 17a fest am Meßrohr 16a an
liegt und eine große Kühlfläche 17b zur Umgebungsluft hin
aufweist. An der Koppelstelle ist ferner ein Temperatur
fühler 18 angeordnet, der über eine Leitung 19 mit einer
schematisch dargestellten Regeleinrichtung 20 zur Regelung
der Leistungszufuhr für die Heizplatte 11 verbunden ist.
Der Kühler 17 ist in einem Abstand 21 oberhalb des Deckels
15 angeordnet und bildet mit dem Temperaturfühler 18 und
dem Teil 16a des Meßrohres 16 eine Wärmeentzugseinrichtung
mit Wärmeflußmessung. Der Temperaturfühler 18 ist an der
Meßstelle 18′ angebracht, an der der Wärmestrom von der
inneren Kondensationsfläche im Bereich des Rohres 16a zur
Kühlfläche 17b fließt. Die kondensierten Wassertröpfchen
sind im folgenden mit 22 und der im Raum oberhalb der
Wasserfläche 13 und im Rohr 16 befindliche Wasserdampf ist
mit 23 bezeichnet.
Zur Erläuterung des Meßprinzips werden im folgenden
zunächst zwei Grenzfälle erläutert:
- 1. Bei starkem Kochen wird die Innenfläche des Rohres 16 durch Wasserkondensation 22 auf einer Temperatur von 100°C gehalten, die wegen des geringen Wärme widerstandes des Systems "reiner Wasserdampf 23+Kondensation 22" nur wenig vom Wärmeentzug beeinflußt wird. Entsprechend den Wärmewiderständen Innenwand des Rohres 16 - Meßstelle 18′ und Meß stelle 18′ - Kühlfläche 17b stellt sich an der Meß stelle 18′ eine Temperatur <100°C ein (im vorliegen den Beispiel ca. 85°C). Diese Temperatur wird nur durch die Schwankungsbreite der Umgebungstemperatur beeinflußt (ca. 15°C bis 30°C), und zwar umso weniger, je besser die Meßstelle 18′ an die Innenwand des Rohres 16 angekoppelt ist.
- 2. Wenn das Wasser nicht kocht, tritt von unten wenig Wasserdampf 23 in das Rohr 16 ein, es befindet sich Luft mit schlechten Wärmeübertragungseigenschaften im Inneren des Rohres 16. Dies hat zur Folge, daß die Temperatur der Meßstelle 18′ durch den Wärmeentzug kräftig erniedrigt wird.
Zustände zwischen diesen beiden Extremen werden nachfol
gend beschrieben. Bei noch ausreichender Fortkochleistung
tritt vom Topf 10 aus gesehen immer Wasserdampf 23 in das
Meßrohr 16 ein, der die Luft am Rohreintritt verdrängt.
Normalbetrieb kein Wasserdampf das Meßrohr verläßt. Der
Luftgehalt nimmt nach oben stetig zu, und deshalb ist das
Wärmetransportvermögen nach oben hin zunehmend behindert.
Beim Wärmeentzug am Meßrohr 16 im Bereich des Kühlers 17
wird sich also nach oben entsprechend der Erhöhung des
Luftgehaltes eine immer niedrigere Temperatur am Meß
rohr 16 einstellen. Für den Temperaturfühler 18 bedeutet
also eine niedrige Temperatur von z. B. <60°C, daß das
Meßrohr 16 oder sogar der obere Teil des Topfes 10 mit
Luft gefüllt, also der Fortkochzustand nicht erreicht ist.
Im Bereich z. B. zwischen 60°C und 85°C befindet sich die
Trenngrenze Wasserdampf-Luft innerhalb des Meßrohres 16,
und zwar umso weiter oben, je höher die gemessene
Temperatur ist. Beim erreichten Maximalwert von z. B. 85°C
liegt die Trenngrenze zwischen Wasserdampf und Luft mit
Sicherheit oberhalb der Meßstelle, d. h., jegliche Luft ist
aus dem gesamten Meßrohr verdrängt. Dies bedeutet heftiges
Fortkochen.
Die gewählte Anordnung ermöglicht die Temperaturmessung
mit Hilfe eines einzigen Temperaturfühlers 18. Dies ist
vorteilhafter gegenüber einer Messung mit einem Wärmefluß
messer, z. B. einer Thermosäule. Der Temperaturfühler 18
kann auch innerhalb des Meßrohres 16 angeordnet sein. Dies
hat aber Nachteile beim Reinigen. Ferner kann das in
Fig. 1 schematisch dargestellte Meßrohr 16 mit zugehörigem
Meßfühler 18 innerhalb eines handlich ausgebildeten Hand
griffes angeordnet sein.
Da die Wärmeübertragung innerhalb der Dampfphase nicht
nennenswert durch die Festkörperwärmeleitung längs des
Meßrohres 16 beeinflußt werden soll, besitzt das Meßrohr
in Ausgestaltung der Erfindung in Längsrichtung eine
geringe Festkörperleitung.
Für eine kurze Ansprechzeit des Temperaturfühlers 18 bei
nachlassender Fortkochtätigkeit, bei der das Meßrohr sich
mit Luft füllt, ist eine rasche Abkühlung der Temperatur
meßstelle wünschenswert. Daher ist in Ausgestaltung der
Erfindung die Wärmekapazität der Anordnung klein gehalten.
Beispielsweise ist als Meßrohr 16 ein dünnwandiges Edel
stahlrohr für die beiden vorgenannten Bedingungen hervor
ragend geeignet, es kann aber auch ein Kunststoffrohr
infrage kommen.
Ein zu kleiner Durchmesser für das Meßrohr 16 bietet zu
wenig Querschnitt für den Rückfluß des Kondensats 22 und
ist empfindlich gegenüber Verschmutzungen. Ein zu großer
Durchmesser führt zu konvektiven Vermischungen an der
Wasserdampf-Luftgrenze, also zu einer größeren Unschärfe
des durch den Temperaturfühler ermittelten Meßsignals.
Daher wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vor
gesehen, daß der Durchmesser des Meßrohres 16 so gewählt
wird, daß ein zuverlässiger Rückfluß des Kondensats 22
gewährleistet und eine konvektive Vermischung an der
Grenze Wasserdampf-Luft verhindert ist. Versuche haben
ergeben, daß ein Durchmesser von ca. 8 mm bis 12 mm
vorteilhaft ist.
In Fig. 2 sind die Meßergebnisse eines automatischen An-
und Fortkochens eines Kochgutes mit einer Anordnung gemäß
Fig. 1 schematisch dargestellt. Aufgetragen sind über der
Zeit die Leistung 24, die Wassertemperatur 25 und die
Temperatur 26 der in Abstand 21 vom Deckel 15 angeordneten
Meßstelle 18′. Das an dieser Meßstelle von dem Temperatur
fühler 18 gewonnene Temperatursignal ist mit 26 bezeich
net. Dieses Temperatursignal wurde in einem
Proportional-Regelvorgang mit der Heizplatte 11 in der
folgenden Weise verknüpft:
Für Temperaturen unter 40°C wurde die volle Leistung ein
gestellt. Für Temperaturen im Bereich zwischen 40°C und
85°C wurde die Leistung bis auf 0 W zurückgenommen, danach
beginnt der eigentliche Regelvorgang bis zum Abschluß des
Garvorganges. Für Temperaturen <85°C blieb die Koch
platte 11 abgeschaltet.
Wie das Diagramm zeigt, spricht der Temperaturfühler 18
erst spät auf den beginnenden Kochvorgang an. Dies ist ein
Zeichen für das geringe Ansprechen auf das vorher bereits
warm austretende Luft-Wasserdampf-Gemisch. Die Leistung 24
wird ohne nennenswerte Einschwingvorgänge zurückgeregelt.
Wasserdampf tritt nur in sehr geringen Mengen aus. Für
einen einstündigen so geregelten Fortkochvorgang wurden
Verlustraten von nur etwa 5 g bis 10 g Wasser pro Stunde
ermittelt. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß bei diesen
geringen Abdampfraten die Luft aus dem Topf vollständig
verdrängt ist, da sowohl das Kochgut im Wasser als auch
das unterhalb des Deckels 15 im wesentlichen den gleichen
Garungszustand aufwiesen.
Für ein automatisches Garen erfolgt vorzugsweise eine
Festlegung der Maximalleistung beim Ankochen, um
gegebenenfalls bei empfindlichem Kochgut, z. B. Milch, ein
Anbrennen zu vermeiden. Diese Maximalleistung gilt dann
auch für den folgenden Regelbereich des Fortkochens, z. B.
nach Öffnen des Deckels 15.
Fig. 3 zeigt ein Meßdiagramm mit einem zusätzlichen zwei
ten Meßfühler in Richtung zum Rohrauslaß. Die Temperatur
des ersten Fühlers ist mit 27 und die des zweiten Fühlers
mit 28 bezeichnet. Der zweite Meßfühler ist zwischen dem
ersten Fühler und dem Rohrauslaß angeordnet.
Im Bereich 29 erfolgt eine Beschickung mit zusätzlichem
Gargut. Kurve 25 fällt ab, ferner fallen beide Temperatur
kurven 27, 28 etwa gleichzeitig ab. Die Nachbeschickung
wird also problemlos erfaßt und entsprechend nachgeregelt
(siehe Kurve 27).
Im Bereich 30 erfolgt eine kurzzeitige Belüftung (Deckel
geöffnet). Beide Temperaturkurven laufen zunächst parallel
weiter und fallen erst dann ungleichmäßig ab. Der
Entlüftungszustand ist also durch diesen typischen Kurven
verlauf erkennbar. Die Störung kann damit regeltechnisch
kompensiert werden (beide Temperaturen nahe dem Setzwert
mit gleichförmigem Verlauf).
Claims (14)
1. Verfahren zur Regelung der Fortkochleistung für
einen von einer Kochplatte (11), z. B. einer Lichtkoch
platte, beheizbaren, Wasser enthaltenden Topf (10),
dadurch gekennzeichnet, daß durch eine automatisch
geregelte Zufuhr von Heizenergie (12) gerade soviel Wasser
bei Atmosphärendruck verdampft, daß jegliche Restluft aus
dem Topf (10) nach außen verdrängt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
a) daß der nur über ein Meßrohr (16) mit der Außenluft verbundene Topf (10) solange erhitzt wird, bis die Luft aus dem Topf (10) und mindestens einem an schließenden Teil des Meßrohres (16) verdrängt ist,
b) daß die im Meßrohr (16) gebildelte Grenzschicht zwischen Dampf (23) und Luft von einem Temperatur fühler (18) erfaßt wird und
c) daß diese Grenzschicht durch eine vom Temperatur fühler (18) eingeleitete Regelung der Heizleistung innerhalb eines Meßbereiches des Temperatur fühlers (18) örtlich konstant gehalten wird.
a) daß der nur über ein Meßrohr (16) mit der Außenluft verbundene Topf (10) solange erhitzt wird, bis die Luft aus dem Topf (10) und mindestens einem an schließenden Teil des Meßrohres (16) verdrängt ist,
b) daß die im Meßrohr (16) gebildelte Grenzschicht zwischen Dampf (23) und Luft von einem Temperatur fühler (18) erfaßt wird und
c) daß diese Grenzschicht durch eine vom Temperatur fühler (18) eingeleitete Regelung der Heizleistung innerhalb eines Meßbereiches des Temperatur fühlers (18) örtlich konstant gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zunächst bei kleinen
Temperatursignalen von z. B. unterhalb 40° die volle
Leistung eingestellt wird, daß sodann bei mittleren
Temperatursignalen von z. B. 40°-85° die Leistung
kontinuierlich bis auf Null zurückgefahren wird und daß
danach in einem Proportional-Regelverfahren die Heiz
leistung in Abhängigkeit von der im Meßbereich des
Temperaturfühlers schwankenden Dampf-Luft-Grenzschicht
geregelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Vorliegen einer durch den
Regelvorgang bewirkten, im wesentlichen gleichmäßigen
Temperaturschwankung am Fühler (18) als Maß für die Güte
der Entlüftung (Entfernung der Restluft) des Topfes (10)
ausgewertet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Heizleistung
ein PID-Regler verwendet wird.
6. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
a) daß das Innere des Topfes (10) nur über das als Meß strecke dienende Meßrohr (16) mit der Außenluft in Verbindung steht,
b) daß das Meßrohr (16) in einem Bereich oberhalb der Wasseroberfläche so angekoppelt ist, daß das im Rohr (16) anfallende Kondensat durch natürliches Gefälle in den Topf (10) zurückläuft und
c) daß der Temperaturfühler (18) mit einer Regel einrichtung (20) zur Beeinflussung der Heiz leistung (12) verbunden ist.
a) daß das Innere des Topfes (10) nur über das als Meß strecke dienende Meßrohr (16) mit der Außenluft in Verbindung steht,
b) daß das Meßrohr (16) in einem Bereich oberhalb der Wasseroberfläche so angekoppelt ist, daß das im Rohr (16) anfallende Kondensat durch natürliches Gefälle in den Topf (10) zurückläuft und
c) daß der Temperaturfühler (18) mit einer Regel einrichtung (20) zur Beeinflussung der Heiz leistung (12) verbunden ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (18)
innerhalb des Meßrohres (16) oder außerhalb desselben,
nach außen an die Umgebungsluft angekoppelt, angeordnet
ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Temperaturfühler
vorgesehen ist, der in Richtung zum Rohrauslaß angeordnet
ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (16) schräg
angeordnet ist und daß die Fühler (18) an der dem
Kondensatrückfluß gegenüberliegenden Seite angeordnet
sind.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
gekennzeichnet durch eine geringe Festkörperleitung längs
des Meßrohres (16) und eine möglichst kleine Wärme
kapazität der Anordnung.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichent, daß das Meßrohr (16) ein dünn
wandiges Edelstahlrohr ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr aus Kunststoff
besteht.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Meß
rohres (16) so gewählt ist, daß ein zuverlässiger Rückfluß
des Kondensats (22) gewährleistet und eine konvektive
Vermischung an der Grenze Wasserdampf-Luft verhindert ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (16) am
Deckel (15) oder am oberen Rand des Topfes (10) angeordnet
ist.
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