DE4223656A1

DE4223656A1 - Selbstreinigungsverfahren für Herde

Info

Publication number: DE4223656A1
Application number: DE4223656A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl Ing Has
Original assignee: Bosch Siemens Hausgerate GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1994-01-20
Also published as: FR2693790A1; US5386099A; FR2693790B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein pyrolytisches Selbstrei nigungsverfahren für Herde, deren Muffel durch ein in wenig stens einem Wandbereich angeordnetes, abklappbares Heizel ement mit zusätzlicher Umluftheizung betreibbar ist, wobei die Muffel durch ein Umluftgebläse belüftbar und mit Mitteln zur pyrolytischen Selbstreinigung ausgerüstet ist und im Garraum eine betriebsbedingte Backofen-Verschmutzungswerte erfassende Sensorik angeordnet ist.

In den DE-PS 21 66 227 und 23 10 290 sind Herdmuffeln mit Mitteln zur pyrolytischen Selbstreinigung bekannt geworden. Dabei wird davon ausgegangen, daß zur pyrolytischen Selbst reinigung mittlere Backofentemperaturen oberhalb von 500°C angewendet werden müßten, um zu befriedigenden Selbstrei nigungseffekten zu gelangen. Dabei werden Temperaturen von etwa 500°C für eine gewisse Zeit gehalten, wobei diese Zeit einem Erfahrungswert entspricht und nicht die tatsächlichen Verhältnisse der Muffelverschmutzung wiedergibt.

Jüngere Versuche haben jedoch bestätigt, daß Temperaturen, die um etwa 450°C im Backofen-Schwerpunkt vorliegen, eine ausreichende pyrolytische Selbstreinigung zur Folge haben. Die relativ langkettigen Moleküle der an den Wänden der Muffel haftenden Verschmutzungen werden durch die lang an dauernde Erhitzung auf über 450°C einem thermischen Crack verfahren unterworfen und so zu relativ kurzkettigen Abbau produkten, beispielsweise Wasser, kurze Kohlenwasserstoffe, Aromat und zu Ascherückständen umgesetzt. Die gasförmigen Abbauprodukte werden während der Selbstreinigung mit der Entlüftung aus dem Herd geführt. Mit Beendigung der Selbst reinigung können die verbleibenden Rückstände als Asche dem Herd entnommen werden. Auf dem Weg bis zu 450°C im Back ofen-Schwerpunkt werden Temperaturbereiche durchfahren, die eine verstärkte Kohlenmonoxidbildung fördern. Dieses giftige, wenig erwünschte Gas kann für Temperaturen oberhalb 450°C in seiner Konzentration, die nach außen zu dringen vermag, als ungefährlich gelten. Es ist daher das Bestreben vieler Her steller, eine möglichst rasche Erhitzung auf eine Temperatur oberhalb von 450°C in der Muffel vorzunehmen und erst dann den Langzeit-Pyrolysevorgang zu starten. Andererseits haben Untersuchungen gezeigt, daß hochwertige Email in Herden der oberen Preisklasse, für die Selbstreinigungsverfahren an geboten werden, durch Wärmeeinwirkung um etwa 500°C bis zur Zerstörung in Mitleidenschaft gezogen werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Pyrolyseverfahren vorzusehen, das mit einer nahezu konstanten Pyrolyse-Endtem peratur um etwa 480° arbeitet und daher auch die Email-Tem peratur unter 500°C beaufschlagt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zur Online-Op timierung eines festlegbaren Pyrolyse-Temperaturbereichs bis etwa 500°C, eine Regeleinrichtung den Einschwingzustand zu dem Temperaturanfangswert fuzzysteuert, so daß mit bereits einem Fuzzy-Regelschritt die Anheizspitze vermieden wird, daß die Regeleinrichtung den abgeklungenen Einschwingzustand erkennt und eine auf den ersten Fuzzy-Regelschritt bezogene optimierte Heizzeit initialisiert, daß die Regeleinrichtung bei minimaler, auf den jeweiligen Regelschritt bezogener Heizzeit unter ständiger Überwachung der optimalen Ein schalttemperatur für die Pyrolyse-Garraumheizung aus dem erkannten, jeweiligen Temperaturgradienten die minimale Heizzeit für den nächsten Regelschritt aktualisiert und daß die Regeleinrichtung über einen geschlossenen Regelkreis die Ausschalttemperatur ständig optimiert.

Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Anwahlschaltung mit einem Fuzzy-Steuerblock verbunden ist, wobei der Fuzzy-Steuerblock mit einer zentralen Steuerung korrespondiert, die je nach Einschwingzustand des Temperaturanfangswertes die Heizung zu- oder abschaltet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 Verfahrensschritte zur Temperaturregelung für die pyrolytische Selbstreinigung,

Fig. 2 ein Temperaturzeitdiagramm der Temperaturregelung und

Fig. 3 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.

Gemäß Fig. 1 sind Verfahrensschritte 1 bis 14 zur Onlineoptimierung eines festlegbaren Pyrolyse-Temperaturbereiches bis ca. 500°C für das pyrolyti sche Selbstreinigungsverfahren dargestellt. Zum Verständnis der angegebe nen Verfahrensschritte 1 bis 14 werden folgende Definitionen vorange stellt:

Abkürzungen Temperaturen (Txxx)

T_s = Temperatur, auf der der Herd gehalten werden soll (Pyrolysetemperatur).

T_i = Temperatur, die aktuell im Herd herrscht, so wie sie vom Temperaturfühler gemessen wird T_e = Temperatur, bei der die Temperaturregelung die Herdheizung einschaltet. T_en ergibt sich während des Betriebes von selbst.

T_a = Temperatur, bei der die Temperaturregelung die Herdheizung ausschaltet.

T_m1 = Merker für Temperaturen; dieser Merker wird für die Oneline- Optimierung der Ausschalttemperatur T_aus der Heizung benötigt.

T_m2 = Merker für Temperaturen; dieser Merker wird für die Online- Optimierung der Ausschalttemperatur T_a der Heizung benötigt.

Abkürzungen für Zeiten (Zxxx)

Z_m = minimale Zeit, während der der Herd minimal beheizt werden darf; sie wird (als Knackrate) durch den elektrischen Anschlußwert der Herdheizung vorgege ben. Z_m ist auch die Zeit, für die die Heizung des Herdes bei Takten mindestens abgeschaltet sein muß.

Z_z = Zeitzähler, mit dem die minimale Einschaltzeit der Heizung überwacht wird. Dieser Zähler läuft nach dem Nullsetzen von selbst an.

Anmerkungen

Eine Anpassung von Z_m an die örtlichen Gegebenheiten (Eigenhei ten des Herdes durch Fertigungsstreuung, Änderungen der Netz spannung, . . . ) bringt vermutlich nicht viel und ist daher nicht angegeben.

Die Konstanten α und ε werden am besten experimentiell ermittelt. Wenn der Temperaturfühler ausreichend schnell ist, dann ist eine explizite Vermeidung des ersten Überschwingers (durch die Konstante α) nicht nötig.

Gemäß Fig. 1 wird mit dem Verfahrensschritt 1 die Tempera turregelung erst dann gestartet, wenn ein Temperaturbereich von etwa 450°C erreicht ist. Das Durchlaufen der Tempera turbereiche von beispielsweise Raumtemperatur bis 450°C muß so schnell wie möglich durch alle verfügbaren Heizungen im Garraum erfolgen, damit die Entwicklung von beispielsweise CO-Gas minimiert werden kann. Nach dem erfolgten Start der Temperaturregelung wird über die Verfahrensschritte 1, 2, 3 und 4 erreicht, daß ein starkes Überschwingen der Temperatur über 490°C hinaus unterbleibt. Mit den Verfahrensschritten 4 und 5 wird ein besseres Anpassen des ersten Temperatur verlauf-Anschwingens erreicht. Die Verfahrensschritte 6, 7, 8, 9 und 10 bewirken ein Übergangsverhalten zum Optimieren des Ausschalttemperaturpunktes. Mit den Verfahrensschritten 11, 12, 13 und 14 ist ein geschlossener Regelkreis erreicht, wodurch eine Online-Optimierung des Ausschaltpunktes erfol gen kann. Gemäß der Verfahrensschritte 1 bis 14 in Fig. 1 kann eine den Fig. 2 und 3 entsprechende Regelkurve bzw. Schaltung entnommen werden. Gemäß Fig. 2 ist eine Tempera turschreiberkurve, die den Temperaturverlauf im Herdschwer punkt darstellt, ersichtlich. Dabei sind insbesondere die Verfahrensschritte 11 bis 14 regelungstechnisch gesehen gra fisch dargestellt. Es ist ersichtlich, daß um die Mittentem peratur von 480°C die Regelung eine Temperaturkonstanz von ±10°C ermöglicht. Man kann der Fig. 2 auch den Abschaltpunkt und die damit verbundene Temperatur-Abfallkurve entnehmen. Gemäß Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dargestellt. Die Prinzipschaltung für die Online-Optimierung eines Pyrolyse-Temperaturbereiches bis zu etwa 500°C besteht aus einer zentralen Steuerung 1, einer Ausgabeeinheit zum Einschalten der Heizung 2, einer Ausgabeeinheit zum Aus schalten der Heizung 3, einer Starteinrichtung zur Tempera turregelung 4, einem Fuzzyblock 5, einer Temperaturgradien teneinheit 6, einem Heiztimer 7, einem Zeitzähler 8, Ein gangsleitungen für die zentrale Steuerung 9, 10, 11, 13, ei ner Ausgangsleitung zum Zeitzähler 12, einer Betriebssignal- Ausgabeeinheit 14 und einer Anzeigeeinheit für Ausgabedaten 15. Die gemäß Fig. 3 dargestellte Prinzipschaltung wird durch die Startsignaleinheit 4 in Betrieb gesetzt und über den Fuzzyblock 5 in Verbindung mit der zentralen Steuerung 1 fuzzygesteuert, wobei die sonst unvermeidbare Anheizspitze ausgependelt wird. Der Fuzzyblock 5 besitzt eine Erfahrungs tabelle und ist ausgangsseitig über die Leitungen 9 und 11 mit der zentralen Steuerung 1 verbunden. Durch den Daten inhalt des Fuzzyblockes 5 aktiviert die zentrale Steuerung 1 die Ausgabeeinheit 2, wobei diese den Garraum eine abge schätzte Zeit lang auf die Pyrolysetemperatur von Tsoll + ε hin aufheizt. Danach schaltet die Ausgabeeinheit 3 der zen tralen Steuerung 1 die Heizung ab. Mit dem erfolgten zweiten Einschalten der Heizung wird gleichzeitig der Heizzeitzäh ler 8 gestartet, der ständig über die zentrale Steuerung 1 bedient wird, mit jeweils für die folgende Heizperiode ak tualisierten Heizzeiten. Mit Ende des zweiten Heizzeitzyklus wird der zentralen Steuerung 1 durch den Heizzeittimer 10 eine der minimal notwendigen Heizzeit nahekommende Heizzeit über die Busleitung 13 zugestellt. Die minimal notwendige Heizzeit Tmin korreliert mit der Erkennung des die Solltem peratur übersteigenden Temperaturverlaufes, wobei die Tem peraturgradienteneinheit 6 diese Information der zentralen Steuerung 1 über die Busleitung 10 zustellt. Nach mindestens einem Fuzzy-Regelschritt, höchstens jedoch drei solcher Vorgänge, besitzt die zentrale Steuerung 1 die Wertevorräte über die Einschalttemperatur Tein, die minimale Temperatur erhöhung Tmin und die Temperaturdaten, bei der die Tempe raturregelung die Herdheizung ausschaltet, Taus. Außerdem verfügt die zentrale Steuerung über die minimale Zeit, wäh rend der der Herd minimal beheizt werden darf, sowie aktuel le Daten des Zeitzählers, mit dem die minimale Einschaltzeit der Heizung überwacht wird. Die bei diesem pyrolytischen Selbstreinigungsverfahren kritische Ausschaltzeit Taus muß im Regelverfahren so ausgelegt sein, daß die jeweilig vor handene Emailleschicht, die für ihre Lebensdauer optimierte Pyrolysetemperatur nicht übersteigt. In unserem Falle wurde eine Ausschalttemperatur von 490°C angenommen. Die gemäß Fig. 3 dargestellte Prinzipschaltung kann durch einen dafür vorgedachten Prozessor ersetzt werden, wobei durch geschick te Wahl der Hard- und Software ein bereits für andere Steue rungsaufgaben angeordnete Prozessor diese Regelung mit über nehmen kann.

Claims

1. Pyrolytisches Selbstreinigungsverfahren für Herde, deren Muffel durch ein in wenigstens einem Wandbereich ange ordnetes ggf. abklappbares Heizelement mit zusätzlicher Umluftheizung betreibbar ist, wobei die Muffel durch ein Umluftgebläse belüftbar und mit Mitteln zur pyrolytischen Selbstreinigung ausgerüstet ist und im Garraum eine be triebsbedingte Backofen-Verschmutzungswerte erfassende Sensorik angeordnet ist, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Onlineoptimierung eines fest legbaren Pyrolyse-Temperaturbereichs bis etwa 500°C.

- eine Regeleinrichtung den Einschwingzustand für den Temperatur-Anfangswert fuzzy-steuert, so daß mit be reits einem Fuzzy-Regelschritt die Anheizspitze ver mieden wird,
- die Regeleinrichtung den abgeklungenen Einschwing zustand erkennt und eine auf den ersten Fuzzy-Re gelschritt bezogene, optimierte Heizzeit initia lisiert,
- die Regeleinrichtung bei minimaler, auf den jeweili gen Regelschritt bezogener Heizzeit unter ständiger Überwachung der optimalen Einschalttemperatur für die Pyrolyse-Garraumheizung aus dem erkannten, je weiligen Temperaturgradienten die minimale Heizzeit für den nächsten Regelschritt aktualisiert und
- daß die Regeleinrichtung über einen geschlossenen Regelkreis die Ausschalt-Temperatur ständig opti miert.

2. Pyrolytisches Selbstreinigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anwahlschaltung (4) mit einem Fuzzy-Steuerblock (5) verbunden ist, wobei der Fuzzy-Steuerblock (5) mit einer zentralen Steue rung (1) korrespondiert, die je nach Einschwingzustand des Temperatur-Anfangswertes die Heizung zu- oder ab schaltet.

3. Pyrolytisches Selbstreinigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine Temperatur zeitfunktion erkennende Einheit (6) angeordnet ist, die mit der zentralen Steuerung (1) verbunden ist und im Zusammenspiel mit dieser eine Erkennung des Herdtempe ratur-Maximums durchführt.

4. Pyrolytisches Selbstreinigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuerung (1) mit einem Zeitzähler (8) verbunden ist, der aus gangsseitig mit einem Heizzeittimer (7) korrespondiert, wobei der Heizzeittimer (7) ausgangsseitig auf die zen trale Steuerung (1) geführt ist und im Signalwechsel spiel die Ausschalttemperatur mit jedem Verfahrens schritt optimiert und mit der minimalen Heizzeit korre liert.

5. Pyrolytisches Selbstreinigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuerung (1) ein Mikroprozessor ist.

6. Pyrolytisches Selbstreinigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuerung (1) ausgangsseitig durch eine Ausgabeeinheit (2) die Garraumheizung einschaltet.

7. Pyrolytisches Selbstreinigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuerung (1) ausgangsseitig durch eine Ausgabeeinheit (3) die Garraumheizung ausschaltet.

8. Pyrolytisches Selbstreinigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuerung (1) eine Anzeigeeinheit (15) aktiviert, die für die Dauer des pyrolytischen Selbstreinigungsverfahrens die se signalisiert.