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EP0818655A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Flammengrösse gasbetriebener Koch- oder Backgeräte - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Flammengrösse gasbetriebener Koch- oder Backgeräte Download PDF

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Publication number
EP0818655A2
EP0818655A2 EP97110879A EP97110879A EP0818655A2 EP 0818655 A2 EP0818655 A2 EP 0818655A2 EP 97110879 A EP97110879 A EP 97110879A EP 97110879 A EP97110879 A EP 97110879A EP 0818655 A2 EP0818655 A2 EP 0818655A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
switching
gas flow
elements
max
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP97110879A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0818655A3 (de
EP0818655B1 (de
Inventor
Joachim Dr.-Ing. Damrath
Gerhard Dipl.-Ing. Rothenberger
Martin Dr.-Ing. Kornberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
Gaggenau Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gaggenau Hausgeraete GmbH filed Critical Gaggenau Hausgeraete GmbH
Publication of EP0818655A2 publication Critical patent/EP0818655A2/de
Publication of EP0818655A3 publication Critical patent/EP0818655A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0818655B1 publication Critical patent/EP0818655B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
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    • Y10T137/87265—Dividing into parallel flow paths with recombining
    • Y10T137/87539—Having guide or restrictor

Definitions

  • the invention relates to a device and a corresponding Method of controlled gradual reduction of a burner nozzle of a gas-operated cooking or Baking device supplied via a gas supply gas flow Q.
  • Common cooking or baking devices for example gas stoves, Gas hobs, gas hobs or gas ovens, have one or more burners in which the gas is mixed with atmospheric oxygen and burned.
  • the gas supply to the burner is via a gas supply line from a gas pipeline network, a gas tank or a gas bottle is supplied with gas.
  • a gas pipeline network With a city gas pipeline network the feed pressure is approx. 8 mbar; he however, is subject to fluctuations and can reach 4 mbar sink.
  • the feed pressure is approx. 50 mbar.
  • the burners have a burner nozzle that is connected the burner to the gas supply line the relevant, the flow resistance limiting the outflowing gas flow forms and thus the maximum heating power of the Brenners determined.
  • the flow resistance in the gas supply line can usually be neglected will.
  • the maximum heating output of the burner must, however in practical use by the user at the moment required heating power can be reduced. The reducing the heating power must therefore be with the help of a suitable one Control anytime, easily and on a value as close as possible to the desired or required Heat output can be carried out.
  • From document DE 4225789 A1 is a measuring and testing device for one-off setting and adjustment of a Gas heater known in the two in a row switched gas pressure regulator, a programmable logic controller Control with the necessary for the respective adjustment cases Working characteristics and four pressure gauges provided are.
  • This known device is technical very complex, so that they are in the context of production control to adjust an adjustable throttle or an adjustable gas device pressure regulator of a gas heater suitable, but not for permanent adjustment the heating power of a gas-powered cooking or Baking device by the user.
  • a gas regulator is known from document FR-911.892, which is a series of openings with different diameters has, of which at a desired heating level exactly one for the gas flow is opened.
  • the present invention takes this state into account the technology based the task, a device and a method for controlled reduction of a burner nozzle a gas-powered cooking or baking device to create a gas feed line Q, by means of which the gas flow through the user of the device adjustable in steps reproducible with high accuracy is.
  • the method and the device are technically inexpensive are feasible, easy to use and durable work reliably.
  • the invention is based on the consideration, a number provide throttle elements by means of which a through the burner nozzle and the connection pressure given, maximum Gas flow can be reproduced in stages in a defined manner can be reduced.
  • the function of the respective throttle elements are switching elements provide the gas flow through each Can turn throttle element on and off. Through the Combination of certain switching elements switched on and off can then achieve a defined reduction in the gas flow be performed or if all throttling elements are open, the maximum gas flow is achieved will.
  • the idea of the invention can be done in two ways practically implement, namely by a parallel connection or by connecting throttle elements in series.
  • the control members each comprise a switching element for switching the partial gas flow Q k flowing through and off and a throttle element for throttling the partial gas flow Q k flowing through them, the switching elements optionally being switchable on and off depending on the heating power selected.
  • a partial gas stream is the gas stream that the Burner nozzle supplied through the respective partial gas line when their switching element is open.
  • the whole the gas flow supplied to the burner nozzle results from the Sum of the partial gas flows. In this way it is possible Realize gradations in the gas flow by Switching switching elements and partial gas flows on and off can be set reproducibly.
  • one Method and an apparatus of the aforementioned Art suggested that the gas flow Q a number n in Series of control elements connected to the gas supply line passes through, each a throttle element for throttling of the gas stream flowing through it and one of the throttle element parallel switching element for switching on and off Having a bypass switched off to the throttle element, and the switching elements optionally, depending on the desired Heating power, can be switched on and off.
  • the gas flow Q a number n in Series of control elements connected to the gas supply line passes through, each a throttle element for throttling of the gas stream flowing through it and one of the throttle element parallel switching element for switching on and off Having a bypass switched off to the throttle element, and the switching elements optionally, depending on the desired Heating power, can be switched on and off.
  • the switching elements optionally, depending on the desired Heating power
  • the control bodies can in principle the function of Switching element and that of the throttle element in one Realize assembly, for example in the form of an electromagnetic actuated binary throttle valve, the has a closed and a throttle position.
  • the control members each comprise a switching element and a throttle element in the sense that they are these elements Realize in a single control at the same time.
  • the switching elements are individually by hand, using a respective control device or advantageously by means of a common control device on and off.
  • a common control device In the most general case there is a number n of control devices provide with which each switching element can be switched on and off individually.
  • it is particularly advantageous one for the switching elements of a burner nozzle provide common control device, each has different switching levels to which the the combination of the gradations corresponding to the partial gas flows are assigned to the gas flow.
  • the control device for example the associated one Controller or by pressing the corresponding step key, a certain switching level is selected, and the Control unit combines the corresponding switching elements and partial gas streams to generate the preselected one Burner nozzle to be supplied gas stream.
  • the flow resistances of the n control elements, in particular the throttle elements are dimensioned such that at least two partial gas flows Q k are different from one another.
  • the maximum number of possible gradations can advantageously be achieved in that all flow resistances or partial gas flows Q k are different, since in this case the largest number of differing sums of partial gas flows can be formed.
  • This maximum number of gradations is 2 n .
  • Q max denotes the maximum gas flow Q which is produced when all n switching elements are opened and is fed to the burner nozzle.
  • the gradations of the set gas flow are evenly between 0 and the maximum value, which makes it possible to set the heating output clearly and easily, especially when the gas control is operated manually.
  • the number n of partial gas lines is at least two.
  • a maximum of 2 2 4 gradations of the gas flow can be achieved with two partial gas lines. Since one level is the exhibition and one level is the maximum position, only two possible intermediate values remain. This may be sufficient for gas grills, for example, but will generally not meet the requirements for a sufficiently fine metering of the heating power in gas-operated cooking appliances.
  • the relative gradations related to Q max which can be set by means of these partial gas flows then assume the values 0, 1/7, 2/7, 3/7, 4/7, 5/7, 6/7 and 7/7.
  • the gradation can be increased by increasing the number of the partial gas lines are refined, whereby in practical use cases usually with it achievable finer adjustment possibility not in one reasonable relation to the technical effort becomes.
  • burners with a very high maximum Heating output can be a very fine gradation desirable be concerned with the invention throughout Area can be achieved easily and reproducibly.
  • the partial gas flows Q k often do not exactly assume the levels specified according to the formulas mentioned above, but can deviate from them within certain tolerance ranges. In practical applications it will generally be acceptable if the maximum deviation of the partial gas flows Q k from the exact gradation is less than ⁇ 20%, preferably less than ⁇ 15%, preferably less than ⁇ 10% and particularly preferably less than ⁇ 5% .
  • the Control device for the n switching elements an integer Number i has discrete switching positions, which each have a combination of the open and closed positions which is assigned to n switching elements.
  • the Control device can, for example, a rotary or Step switch, a control panel with buttons that the respective Switch positions are assigned, or preferred also a "touch control panel", one by mere touch be operated switch. The user needs to be in in this case not about the individual control of the individual Switching elements to take care of since the control device the selected switching level automatically in the specified one Open and appropriate combination implements closed switching elements.
  • the number i of the switching positions the control device is smaller than the number the various realizable with the switching elements Gradations of the gas flow, for example, if not all levels for practical use are necessary. For example, it may be desirable be a fine gradation in the area of advanced cooking, in the other areas, however, a coarser gradation to provide the total number of adjustable levels in to keep practically reasonable limits.
  • the closest higher or lower heating level is set by increasing or decreasing the switch position, i.e. a monotonous adjustment option is achieved.
  • the number i of the switching positions of the control device is 2 n , the switching positions being assigned exactly one of the possible combinations of the open and closed positions of the n switching elements. In this case, the maximum possible number of gradations must be realized.
  • uniform gradations of the heating power are realized by means of the control device for successive switching positions, as the user is familiar with electronically controllable electric cookers and electric hobs.
  • the switchable gas flows Q m form an ascending or descending sequence.
  • the requirement mentioned above with regard to a uniform gradation of the adjustable heating outputs will generally be difficult to meet.
  • the maximum deviation of the sums Q m of the partial gas flows Q k assigned to the switching positions S m from the exact gradation is less than ⁇ 20%, preferably less than ⁇ 15%, preferably less than ⁇ 10% and is particularly preferably less than ⁇ 5%.
  • the switching elements can in principle in any way are operated, for example mechanically, pneumatically or hydraulic. According to a particularly preferred feature it is proposed that at least one switching element, preferably all switching elements can be actuated electrically.
  • the switching elements can be in an advantageous embodiment binary solenoid switching valves that are open and have a closed position.
  • Such solenoid switching valves are known and fulfill those to be placed on them safety requirements. With such solenoid switching valves it is, as is generally the case with electrical actuatable switching elements, for an additional Feature advantageous if that occurs during the switching process Clacking is prevented or dampened.
  • the electrical control signal can be used when opening and / or closing the switching element, at least in the area of the switching point, be edge-controlled, so that the switching process does not run abruptly.
  • Advantageously is therefore an electrical circuit for gradual Increase and / or decrease the electrical Control current provided.
  • the device Carry out switching elements only a few switching cycles, namely only if the setting of the gas flow Q is changed becomes. They are therefore, if at all, only subject to a very long-term wear.
  • the flow resistance the throttle elements in the factory or, if necessary be adjustable by the user come for this for example adjustable throttle valves in question that a calibration option for setting and adjusting of their choke resistance to a desired value. This can be an advantage if it is on the Achieving a high degree of accuracy of the gradations or of the set partial gas flows arrives, which then through exact setting and exact adjustment of the throttle elements is feasible.
  • a preferred one for the usual accuracy requirements to be set in practice sufficient feature is suggested that one, several or preferably all throttle elements one have a predetermined flow resistance.
  • the Throttle elements can be used, for example, as capillaries, capillary tubes, Nozzle or pipe constriction can be realized. These embodiments are with satisfactory accuracy to implement inexpensively.
  • Fig. 1 shows one of a gas pipeline network, a gas tank or a gas bottle supplied gas supply line 1 for the supply of gas controlled according to the invention to a Burner nozzle 3, which is part of a burner 2, the e.g. built into a gas stove or gas oven can be.
  • Burner nozzle 3 which is part of a burner 2
  • Those for gas-powered are not shown
  • Cooking and baking devices usual security elements (Thermocouple and associated solenoid valve) that the When the flame goes out, interrupt the gas flow.
  • the gas feed line 1 branches into four partial gas lines 10, 20, 30, 40 connected in parallel, which then combine again to form a burner feed line 5 connected to the burner nozzle 3.
  • the partial gas lines 10, 20, 30, 40 each have a control element for controlling the partial gas flows Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 .
  • the control members each comprise a switching element 11, 21, 31, 41 and a throttle element 12, 22, 32, 42.
  • all four switching elements are electrically actuated binary magnetic switching valves which have an open and a closed position, so that a Part gas flow Q k can either be on or off.
  • the independent opening and closing of the solenoid switching valves 11, 21, 31, 41 is controlled by a control device 4.
  • the throttle elements 12, 22, 32, 42 are capillaries which have a fixed flow resistance and are used to reduce the respective partial gas flow Q k to a fraction of the maximum gas flow Q max supplied.
  • the capillary 12 for example, throttles the partial gas flow Q 1 so that it is only 1/15 of the maximum gas flow when the solenoid switching valve 11 is open. Due to the lower flow resistance of the capillary 22, the partial gas flow Q 2 is reduced to 2/15 of the maximum gas flow when the solenoid switching valve 21 is open.
  • the capillaries 32 and 42 only reduce the partial gas flows Q 3 and Q 4 when the solenoid switching valves 32 and 42 open to 4/15 and 8/15 of the maximum gas flow.
  • the capillaries 12, 22, 32, 42 are the respective solenoid switching valves 11, 21, 31, 41 in the flow direction downstream of the gas.
  • this arrangement has safety-related advantages, as compared to a reverse arrangement in the closed position of a Solenoid switching valve 11, 21, 31 or 41 fewer components to be under gas pressure.
  • the gas flow Q m fed to the burner nozzle 3 results from the sum of the switched-on partial gas flows Q 1 to Q 4 .
  • the gas flow Q m fed to the burner nozzle 3 is composed only of the partial gas flows Q 1 and Q 3 .
  • the control unit 4 which coordinates the opening and closing of the solenoid switching valves 11, 21, 31, 41 in regulating the gas flow and thus the heating power, has 16 switching positions S m for the simplest, clear and safe operation of the burner 2 by the user . Each of these switching positions corresponds exactly to one of the possible combinations of the open and closed positions of the four solenoid switching valves 11, 21, 31, 41.
  • the control unit is a "touch control panel", the 16 switches of which can be actuated by simply touching them assigned to one of the combinations.
  • control device 4 it is possible for the control device 4 to automatically implement the switching position selected by the user in a predetermined manner into the corresponding combination of open and closed solenoid valves 11, 21, 31, 41 and thereby generate the desired gas flow Q m fed to the burner nozzle 3 .
  • FIG. 2 the operation of the control device 4 shown in Fig. 1 with 16 switching positions S m for the control of four different partial gas flows Q 1 to Q 4 with the values Qmax. 1/15, Q max . 2/15, Q max ⁇ 4/15 and Q max ⁇ 8/15 explained in more detail using a switching matrix.
  • a corresponding combination of open and closed valves 11, 21, 31, 41 is assigned to the 16 maximum possible switching positions S m of the control device 4, each of which corresponds to a stage of the gas flow Q m which is stepped uniformly between 0 and Q max .
  • a 0 in the matrix means that the corresponding solenoid valve 11, 21, 31, 41 is closed, that is to say the partial gas flow Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 is switched off.
  • the solenoid switching valve 11, 21, 31, 41 is open, the partial gas flow Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 is switched on.
  • Conventional gas-operated cooking and baking devices generally have nine cooking levels (a total of ten switching levels). This number of cooking stages can be achieved according to the invention, for example, by the following four partial gas flows, each based on Q max : 1/9, 1/9, 2/9, 5/9. Other options are the partial gas flows 1/9, 2/9, 2/9, 4/9 or 1/9, 1/9, 3/9, 4/9.
  • FIG. 3 shows an example of a switching matrix of a control device 4 for an embodiment according to the invention with four partial gas flows Q 1 to Q 4 , in which two partial gas flows are the same (1/9, 1/9, 2/9, 5/9).
  • the switching matrix sets the switching position S m selected by the user via a combination of open (1) and closed (0) solenoid switching valves 11, 21, 31, 41 into a gas flow Q m corresponding to the switching position and supplied to the burner nozzle 3, which results from the sum of the respective partial gas flows Q k .
  • the usual number of nine cooking levels in conventional gas-operated cooking and baking devices can be advantageously realized.
  • the gas flow Q m fed to the burner nozzle 3 in the cooking area (which is generally at level four in the case of nine cooking levels) can be regulated more finely by means of intermediate stages in order to adjust the heating power in this area in a finely metered manner.
  • 4 shows a switching matrix of a switching device 4 for such an embodiment according to the invention.
  • the maximum sum of the partial gas flows is purely arithmetically (9.5) / 9, that is to say greater than Q max , when all the solenoid switching valves 11, 21, 31, 41, 51 are open.
  • the gas flow Q max which actually occurs when all the solenoid switching valves are opened will of course not be greater than the maximum gas flow Q max predetermined by the flow resistance of the burner nozzle 3, since the device according to the invention reduces the gas flow in a defined manner but does not increase it.
  • throttle elements 15, 25 and 35 there are three throttle elements 15, 25 and 35 connected in series in the gas supply line 1.
  • the choke resistances of the individual choke elements are preferably different. For example, you can be dimensioned so that the burner nozzle 3 of the burner 2 supplied via the burner feed line 5 Gas flow by switching on one throttle element is reduced to 3/4 or 1/2 or 1/4. When switching the gas flow is from two or three throttle elements on one by the product of the above shares given part of the maximum gas flow reduced.
  • the switching elements 14, 24 and 34 are common Control device 4 controlled by means of which the desired Heating power is adjustable.
  • To switch off of the gas flow is an additional one, in the burner supply line 5 or preferably the gas supply line 1 used Switching valve, which is not shown, required. This can be done, for example, to monitor the Extinguishing the flame uses existing solenoid valve will.

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Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gesteuerten Reduzieren des einer Brennerdüse (3) eines gasbetriebenen Koch- oder Backgerätes über eine Gaszuleitung (1) zugeführten Gasstromes Q sollen zur Einstellung des Gasstromes in mit hoher Genauigkeit reproduzierbaren Stufen dadurch verbessert werden, daß sie eine Verzweigung der Gaszuleitung (1) in eine Anzahl n parallel geschalteter Teilgasleitungen (10, 20, 30, 40) aufweist, mittels derer der Brennerdüse (3) jeweils ein Teilgasstrom Qk mit k = 1,2,3,...,n zuführbar ist, und die jeweils ein Steuerorgan aufweisen, die Steuerorgane jeweils auf ihrer Gaseingangsseite mit der Gaszuleitung (1) und auf ihrer Gasausgangsseite mit der Brennerdüse (3) verbunden sind und jeweils ein Schaltelement (11, 21, 31, 41) zum Ein- und Ausschalten des sie durchströmenden Teilgasstromes Qk und ein Drosselelement (12, 22, 32, 42) zum Drosseln des sie durchströmenden Teilgasstromes Qk umfassen und die Schaltelemente (11, 21, 31, 41) wahlweise, je nach der gewählten Heizleistung, ein- und ausschaltbar sind. Alternativ wird eine Anzahl n in Reihe geschalteter Drosselelemente mit jeweils parallel geschalteten Schaltelementen vorgeschlagen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum gesteuerten stufenweisen Reduzieren des einer Brennerdüse eines gasbetriebenen Koch- oder Backgerätes über eine Gaszuleitung zugeführten Gasstromes Q.
Gebräuchliche Koch- oder Backgeräte, beispielsweise Gasherde, Gaskochfelder, Gaskochmulden oder Gasbacköfen, weisen eine oder mehrere Brenner auf, in denen das Gas mit Luftsauerstoff vermengt und verbrannt wird. Die Gaszufuhr zu dem Brenner erfolgt über eine Gaszuleitung, die von einem Gasleitungsnetz, einem Gastank oder einer Gasflasche mit Gas versorgt wird. Bei einem Stadtgas-Leitungsnetz beträgt der Einspeisungsdruck ca. 8 mbar; er unterliegt jedoch Schwankungen und kann bis auf 4 mbar sinken. Bei mit Campinggas betriebenen Koch- und Backgeräten beträgt der Einspeisungsdruck ca. 50 mbar.
Die Brenner weisen eine Brennerdüse auf, die beim Anschluß des Brenners an die Gaszuleitung den maßgeblichen, den ausströmenden Gasstrom begrenzenden Strömungswiderstand bildet und somit die maximale Heizleistung des Brenners bestimmt. Der Strömungswiderstand in der Gaszuleitung kann demgegenüber in aller Regel vernachlässigt werden. Die maximale Heizleistung des Brenners muß jedoch beim praktischen Gebrauch durch den Benutzer auf die momentan benötigte Heizleistung reduziert werden. Das Reduzieren der Heizleistung muß also mit Hilfe eines geeigneten Steuerelements jederzeit, in einfacher Weise und auf einen Wert möglichst nahe an der gewünschten bzw. benötigten Heizleistung durchführbar sein.
Zum Reduzieren der Heizleistung des Brenners werden nach dem Stand der Technik konventionelle kontinuierliche Steuerventile verwendet. Durch teilweises Schließen des Ventils wird der Gasstrom gedrosselt und dabei die gewünschte Gasdurchflußmenge und somit die gewünschte Heizleistung eingestellt. In den meisten Fällen erfolgt die Einstellung der Ventile von Hand. Die Einstellgenauigkeit der Ventile ist relativ gering. Ferner zeigen derartige proportionale Ventile auch eine Hysterese im Regelverhalten, so daß die Durchflußmenge nicht nur von der Stellung des Ventils bzw. der Anzeige auf dem zugehörigen Einstellknopf abhängt, sondern auch davon in welcher Richtung das Ventil zum Einstellen der gewünschten Durchflußmenge betätigt (d.h. geöffnet oder geschlossen) wird und wie lang der vorausgehende Verstellweg ist.
Aus diesem Grund orientiert sich der Bediener in aller Regel nicht an der dem Ventil zugeordneten Skala, sondern verändert die Stellung des Ventils so lange, bis die gewünschte Heizleistung, die er anhand der Größe der Flamme oder des Koch- oder Backverhaltens der Speisen beurteilen kann, erreicht ist. Durch die Einbeziehung der diese Skalenabweichungen ausgleichenden Bedienungsperson in die Steuerung der Heizleistung kann hingenommen werden, daß die Einstellgenauigkeit und Reproduzierbarkeit des Gasstromes sehr gering sind und somit die Flammengröße und die Heizleistung bei derselben Einstellung des Reglers bzw. der Skala erheblich verschieden sein können.
In Anwendungsfällen, in denen eine automatische bzw. motorische Einstellung des Gasstromes gewünscht wird, ist es bekannt, zur Einstellung der Ventile Schrittmotoren zu verwenden, die von einer Steuerschaltung angesteuert werden. Diese Lösung ist jedoch technisch sehr aufwendig und kostenintensiv. Auch hierbei tritt das Problem auf, daß die zur Verfügung stehenden oder verwendeten proportionalen Ventile ein Hystereseverhalten zeigen, so daß bei Ansteuerung einer bestimmten Ventilstellung mittels des Schrittmotors je nach Ansteuerrichtung und Ansteuerweglänge differierende Gasströme resultieren. Somit werden auch in diesen Fällen in den jeweiligen Einstellungen keine in reproduzierbarer Weise zugeordneten Heizleistungen erzielt.
Aus dem Dokument DE 4225789 A1 ist eine Meß- und Prüfvorrichtung zum einmaligen Einstellen und Abgleichen eines Gasheizgerätes bekannt, in der zwei hintereinander geschaltete Gasdruckregler, eine speicherprogrammierbare Steuerung mit den für die jeweiligen Abgleichfälle erforderlichen Arbeitskennlinien und vier Druckmeßgeräte vorgesehen sind. Ferner ist eine Anzahl paralleler Zweigleitungen vorgesehen, die jeweils aus einer Serienschaltung eines Magnetventils und einer Referenzdüse bestehen. Zum Einstellen des Gasdurchsatzes für die Justage des Gasheizgerätes wird jeweils nur eine der Zweigleitungen geöffnet; nur in Ausnahmefällen wird durch wahlweises Parallelschalten mehrerer Düsen ein bestimmter Gasdurchsatz erzielt. Diese bekannte Vorrichtung ist technisch sehr aufwendig, so daß sie sich zwar im Rahmen der Fertigungskontrolle zum Abgleichen einer einstellbaren Drossel bzw. eines justierbaren Gasgerät-Druckreglers eines Gasheizgerätes eignet, nicht jedoch für die permanente Verstellung der Heizleistung eines gasbetriebenen Koch- oder Backgerätes durch den Benutzer.
Aus der Patentschrift US-4,585,161 ist ein Gebläsebrenner bekannt, bei dem mittels zwei kontinuierlich regelbarer Steuerventile und eines Balancereglers die Menge und das Verhältnis von Gas und Verbrennungsluft gesteuert werden. Zu dem regelbaren Steuerventil in der Gaszuführung ist ein weiteres, regelbares Hilfsventil parallelgeschaltet. Mittels einer Steuereinrichtung werden die Öffnungsgrade des Gasventils und des Hilfsventils zur Erzielung eines konstanten Gasdurchsatzes geregelt. Hierfür sind Sensoren zur Messung der Gasdurchflußraten erforderlich.
Aus dem Dokument CH-303445 ist ein regulierbarer Gasbrenner eines Gasherds bekannt, bei dem mittels mehrerer nebeneinander liegender, schaltbarer Düsen ein und dasselbe Mischrohr des Gasbrenners gespeist wird. Die einzelnen Düsen werden durch einen gemeinsamen Hahn ein- und ausgeschaltet, wobei die Zwischenstufen durch eine Drosselung mittels einer jeweils den einzelnen Düsen vorgeschalteten Querschnittsverengung realisiert werden.
Aus dem Dokument FR-911.892 ist ein Gasregler bekannt, der eine Folge von Öffnungen mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, von denen bei einer gewünschten Heizstufe jeweils genau eine für das Durchströmen des Gases geöffnet wird.
Der Erfindung liegt unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gesteuerten Reduzieren des einer Brennerdüse eines gasbetriebenen Koch- oder Backgerätes über eine Gaszuleitung zugeführten Gasstromes Q zu schaffen, mittels derer der Gasstrom durch den Benutzer des Gerätes in mit hoher Genauigkeit reproduzierbaren Stufen einstellbar ist. Nach weiteren Aspekten ist wünschenswert, daß das Verfahren und die Vorrichtung technisch unaufwendig realisierbar, einfach bedienbar und langlebig sind sowie zuverlässig arbeiten.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, eine Anzahl von Drosselelementen vorzusehen, mittels derer ein durch die Brennerdüse und den Anschlußdruck gegebener, maximaler Gasstrom in definierter Weise reproduzierbar stufenweise reduziert werden kann. Zum Ein- und Ausschalten der Funktion der jeweiligen Drosselelemente sind Schaltelemente vorzusehen, die den Gasstrom durch das jeweilige Drosselelement ein- und ausschalten können. Durch die Kombination bestimmter ein- und ausgeschalteter Schaltelemente kann dann eine definierte Reduktion des Gasstromes durchgeführt werden oder, wenn alle Drosselelemente geöffnet sind, der maximale Gasstrom erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Idee läßt sich auf zweierlei Weise praktisch umsetzen, nämlich durch eine Parallelschaltung oder durch eine Reihenschaltung von Drosselelementen.
Zur Lösung der obengenannten Aufgabe bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, daß die Gaszuleitung in eine Anzahl n parallel geschalteter Teilgasleitungen verzweigt wird, mittels derer der Brennerdüse jeweils ein Teilgasstrom Qk mit k = 1,2,3, ...,n zuführbar ist, wobei die Teilgasleitungen jeweils ein Steuerorgan aufweisen, das jeweils auf seiner Gaseingangsseite mit der Gaszuleitung und auf der Gasausgangsseite mit der Brennerdüse verbunden ist. Die Steuerorgane umfassen jeweils ein Schaltelement zum Ein- und Ausschalten des sie durchströmenden Teilgasstromes Qk und ein Drosselelement zum Drosseln des sie durchströmenden Teilgasstromes Qk, wobei die Schaltelemente wahlweise, je nach der gewählten Heizleistung, ein- und ausschaltbar sind.
Durch die erfindungsgemäße Aufspaltung des Gasstromes in mehrere Teilgasströme, die einzeln ein- und ausschaltbar sind, ist es möglich, der Brennerdüse den Gasstrom in Abstufungen, die den jeweiligen Kombinationen geöffneter und geschlossener Schaltelemente entsprechen, zuzuführen. Ein Teilgasstrom ist dabei derjenige Gasstrom, der der Brennerdüse durch die jeweilige Teilgasleitung zugeführt wird, wenn deren Schaltelement geöffnet ist. Der gesamte der Brennerdüse zugeführte Gasstrom ergibt sich aus der Summe der Teilgasströme. Auf diese Weise ist es möglich, Abstufungen in dem Gasstrom zu realisieren, die durch Ein- und Ausschalten von Schaltelementen bzw. Teilgasströmen reproduzierbar eingestellt werden.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art vorgeschlagen, daß der Gasstrom Q eine Anzahl n in Reihe in die Gaszuleitung geschalteter Steuerorgane durchläuft, die jeweils ein Drosselelement zum Drosseln des sie durchströmenden Gasstromes und ein dem Drosselelement parallel geschaltetes Schaltelement zum Ein- und Ausschalten eines Bypasses zu dem Drosselelement aufweisen, und die Schaltelemente wahlweise, je nach der gewünschten Heizleistung, ein- und ausgeschaltet werden. Natürlich sind auch Mischformen möglich, bei denen Drosselelemente sowohl parallel als auch in Reihe geschaltet sind.
Die Steuerorgane können prinzipiell die Funktion des Schaltelementes und die des Drosselelementes in einer Baugruppe realisieren, beispielsweise in Form eines elektromagnetisch betätigten binären Drosselventiles, das eine Schließ- und eine Drosselstellung aufweist. In diesem Fall umfassen die Steuerorgane je ein Schaltelement und ein Drosselelement in dem Sinne, daß sie diese Elemente in einem einzelnen Steuerelement gleichzeitig realisieren.
Im allgemeinen wird es jedoch vorteilhafter sein, die Schaltelemente und die Drosselelemente in getrennten Bauteilen zu realisieren, um eine hohe Reproduzierbarkeit des eingestellten Gasstroms bzw. eine kostengünstige Ausführungsform zu realisieren. Durch die Trennung der Steuerorgane in ein Schaltelement und ein separates Drosselement ist es möglich, in Abhängigkeit von Eignung, Kosten, Genauigkeit, Sicherheit etc. für die jeweilige Funktion besonders geeignete Bauteile zu verwenden.
Die Schaltelemente werden einzeln von Hand, mittels einer jeweiligen Steuereinrichtung oder vorteilhaft mittels einer gemeinsamen Steuereinrichtung ein- und ausgeschaltet. Im allgemeinsten Fall ist dabei eine Anzahl n von Steuereinrichtungen vorzusehen, mit denen jedes Schaltelement individuell ein- und ausgeschaltet werden kann. Zur Vereinfachung der Bedienung ist es jedoch besonders vorteilhaft, für die Schaltelemente einer Brennerdüse eine einzige, gemeinsame Steuereinrichtung vorzusehen, die jeweils verschiedene Schaltstufen aufweist, denen die durch die Kombination der Teilgasströme entsprechenden Abstufungen des Gasstromes zugeordnet sind. Durch Einstellen der Steuereinrichtung, beispielsweise des zugehörigen Reglers bzw. durch Betätigung der entsprechenden Stufentaste, wird eine bestimmte Schaltstufe angewählt, und die Steuereinheit kombiniert die entsprechenden Schaltelemente und Teilgasströme zur Erzeugung des vorgewählten, der Brennerdüse zuzuführenden Gasstromes.
Um bei erfindungsgemäß parallel geschalteten Drosselelementen eine große Anzahl an Abstufungen des Gasstromes zu realisieren, ist es von Vorteil, wenn die Strömungswiderstände der n Steuerorgane, insbesondere der Drosselelemente, derart bemessen sind, daß mindestens zwei Teilgasströme Qk voneinander verschieden sind. Die maximale Anzahl möglicher Abstufungen läßt sich vorteilhafterweise dadurch erreichen, daß alle Strömungswiderstände bzw. Teilgasströme Qk verschieden sind, da sich in diesem Fall die größte Anzahl sich unterscheidender Summen an Teilgasströmen bilden läßt. Diese maximale Anzahl an Abstufungen beträgt 2n. Wenn alle Schaltelemente geschlossen sind, ist der Gasstrom ausgeschaltet. Wenn alle Schaltelemente geöffnet sind, fließt der maximale Gasstrom Qmax. Zwischen diesen beiden Endwerten liegen die (2n-2) weiteren Abstufungen. In der Regel wird bei der Mehrzahl der Abstufungen, d.h. bei mindestens 0,5 · 2n = 2n-1, zumindest bei mehr als 0,25 · 2n = 2n-2 Abstufungen mehr als ein Teilgasstrom Qk geöffnet sein. Der Wert von Qmax ist, bedingt durch die Drosselelemente, gegebenenfalls etwas geringer als der theoretische, allein durch die Brennerdüse bedingte Maximalwert. Diese Abweichung kann erforderlichenfalls durch eine andere, angepaßte oder anders eingestellte Brennerdüse kompensiert werden.
Für die praktische Anwendung der Erfindung wird nach einem besonders vorteilhaften Merkmal vorgeschlagen, daß die Strömungswiderstände der n Steuerorgane so bemessen sind, daß die n Teilgasströme Qk mit k = 1,2,3, ...,n im wesentlichen eine Folge mit den Werten Qk = Qmax · 2k-1 / (2n-1) bilden. Dabei bezeichnet Qmax den sich bei Öffnung aller n Schaltelemente einstellenden maximalen, der Brennerdüse zugeführten Gasstrom Q. Auf diese Weise lassen sich durch Summenbildung von Teilgasströmen m = 1,2,3, ...,2n verschiedene Gasströme Qm einstellen, die im wesentlichen die Werte Qm = Qmax · (m-1) / (2n-1) annehmen. In diesem Fall ist der gesamte Steuerbereich des Gasstromes von 0 bis Qmax gleichmäßig abgestuft, wobei der Abstand von Stufe zu Stufe Qm+1 - Qm = Qmax / (2n-1) beträgt. Mit anderen Worten ausgedrückt liegen die Abstufungen des eingestellten Gasstromes gleichmäßig zwischen 0 und dem Maximalwert, wodurch insbesondere bei manueller Betätigung der Gasregelung eine übersichtliche und einfache Einstellung der Heizleistung möglich ist.
Die Anzahl n der Teilgasleitungen beträgt mindestens zwei. Mit zwei Teilgasleitungen lassen sich maximal 22 = 4 Abstufungen des Gasstromes realisieren. Da eine Stufe die Ausstellung und eine Stufe die Maximalstellung ist, verbleiben nur zwei mögliche Zwischenwerte. Dies kann beispielsweise bei Gasgrillgeräten ausreichend sein, wird aber in der Regel bei gasbetriebenen Kochgeräten nicht den Anforderungen an eine ausreichend feine Dosierung der Heizleistung genügen.
Nach einem ersten bevorzugten Merkmal wird daher vorgeschlagen, daß die Anzahl n der Teilgasleitungen n = 3 beträgt, so daß insgesamt 23 = 8 Stufen mit den Teilgasströmen, die vorzugsweise im wesentlichen die Werte Qmax·1/7, Qmax·2/7 und Qmax·4/7 aufweisen, eingestellt werden können. Die mittels dieser Teilgasströme einstellbaren relativen, auf Qmax bezogenen Abstufungen nehmen dann die Werte 0, 1/7, 2/7, 3/7, 4/7, 5/7, 6/7 und 7/7 an.
Nach einem zweiten bevorzugten Merkmal wird vorgeschlagen, daß die Anzahl n der Teilgasleitungen n = 4 beträgt. Dabei weisen vorzugsweise die Teilgasströme im wesentlichen die Werte Qmax·1/15, Qmax·2/15, Qmax·4/15 und Qmax·8/15 auf. Die damit einstellbaren 24 = 16 Abstufungen haben die Werte 0, 1/15, 2/15, 3/15, 4/15, ..., 14/15, 15/15.
Mit n = 3 bzw. n = 4 Teilgasleitungen kann somit eine feine Dosierung des Gasstromes und Steuerung der Heizleistung erfolgen. Die Abstufung kann durch Erhöhung der Anzahl der Teilgasleitungen noch verfeinert werden, wobei in praktischen Anwendungsfällen in der Regel die damit erzielbare feinere Einstellmöglichkeit nicht in einem vertretbaren Verhältnis zu dem technischen Aufwand stehen wird. Insbesondere bei Brennern mit sehr hoher maximaler Heizleistung kann aber eine sehr feine Abstufung wünschenswert sein, die sich mit der Erfindung über den gesamten Bereich einfach und reproduzierbar erzielen läßt.
Es liegt auf der Hand, daß aufgrund von Fertigungstoleranzen und technischen Ungenauigkeiten der Bauteile die Teilgasströme Qk oft nicht exakt die gemäß den oben genannten Formeln angegebenen Abstufungen einnehmen, sondern in gewissen Toleranzbereichen davon abweichen können. In praktischen Anwendungen wird es im allgemeinen hinnehmbar sein, wenn die maximale Abweichung der Teilgasströme Qk von der exakten Abstufung weniger als ± 20%, vorzugsweise weniger als ± 15%, bevorzugt weniger als ± 10% und besonders bevorzugt weniger als ± 5% beträgt.
Um sowohl bei Reihen- als auch bei Parallelschaltung von Drosselelementen eine für den praktischen Gebrauch möglichst überschaubare, einfache und sichere Betätigungsmöglichkeit zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß die Steuereinrichtung für die n Schaltelemente eine ganzzahlige Anzahl i diskreter Schaltstellungen aufweist, denen jeweils eine Kombination der Offen- und Geschlossenstellungen der n Schaltelemente zugeordnet ist. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise ein Dreh- oder Stufenschalter, ein Steuerpult mit Tasten, die den jeweiligen Schaltstellungen zugeordnet sind, oder bevorzugt auch ein "Touch-Control-Panel", ein durch bloße Berührung betätigbarer Schalter sein. Der Benutzer braucht sich in diesem Fall nicht um die individuelle Steuerung der einzelnen Schaltelemente zu kümmern, da die Steuereinrichtung die gewählte Schaltstufe selbsttätig in vorgegebener Weise in die entsprechende Kombination geöffneter und geschlossener Schaltemente umsetzt.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Anzahl i der Schaltstellungen der Steuereinrichtung kleiner ist als die Anzahl der mit den Schaltelementen realisierbaren verschiedenen Abstufungen des Gasstromes, beispielsweise, wenn nicht alle Abstufungen für den praktischen Gebrauch notwendig sind. So kann es zum Beispiel wünschenswert sein, im Bereich der Fortkochstufe eine feine Abstufung, in den anderen Bereichen jedoch eine grobere Abstufung vorzusehen, um die Gesamtzahl der einstellbaren Stufen in praktisch vernünftigen Grenzen zu halten.
Für eine einfache, überschaubare Bedienung ist es von Vorteil, wenn den Kombinationen der Offen- und Geschlossenstellungen der n Schaltelemente eine Folge von n = 1,2,3,...,i aufeinanderfolgenden Schaltstellungen Sm der Steuereinrichtung derart zugeordnet ist, daß die sich in der jeweiligen Schaltstellung Sm aus der Summe der Teilgasströme Qk zusammengesetzten, der Brennerdüse zugeführten Gasströme Qm eine aufsteigende oder absteigende Folge bilden. In diesem Fall wird durch Erhöhen oder Erniedrigen der Schaltstellung die jeweils nächstliegende höhere oder niedrigere Heizstufe eingestellt, also eine monotone Verstellmöglichkeit erreicht.
Nach einem bevorzugten Merkmal wird vorgeschlagen, daß die Anzahl i der Schaltstellungen der Steuereinrichtung 2n beträgt, wobei den Schaltstellungen jeweils genau eine der möglichen Kombinationen der Offen- und Geschlossenstellungen der n Schaltelemente zugeordnet ist. In diesem Fall ist die maximal mögliche Anzahl von Abstufungen zu realisieren. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Folge von m = 1,2,3,...,2n aufeinanderfolgenden Schaltstellungen Sm der Steuereinrichtung den Kombinationen der Offen- und Geschlossenstellungen der n Schaltelemente derart zugeordnet ist, daß die der Brennerdüse zugeführten Gasströme Qm, die sich bei Parallelschaltung in der jeweiligen Schaltstellung Sm aus der Summe der Teilgasströme Qk zusammensetzen, eine aufsteigende oder absteigende Folge bilden, die im wesentlichen die Werte Qm = Qmax · (m-1) / (2n-1) annimmt. Hierbei werden gleichmäßige Abstufungen der Heizleistung mittels der Steuereinrichtung für aufeinanderfolgende Schaltstellungen realisiert, wie sie der Benutzer von elektronisch ansteuerbaren Elektroherden und Elektrokochfeldern kennt. Bei einer Reihenschaltung von Drosselelementen wird es ebenfalls zweckmäßig sein, daß die schaltbaren Gasströme Qm eine aufsteigende oder absteigende Folge bilden. Die vorstehend genannte Forderung hinsichtlich einer gleichmäßigen Abstufung der einstellbaren Heizleistungen wird dabei jedoch in der Regel nur schwer erfüllbar sein.
Auch hierbei gilt, daß sich aus technischen Gründen eine gewisse, auf Toleranzen beruhende Abweichung des eingestellten Gasstromes von dem Sollwert ergibt, die jedoch unter praktischen Bedingungen hingenommen werden kann. Demzufolge wird nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal vorgeschlagen, daß die maximale Abweichung der den Schaltstellungen Sm zugeordneten Summen Qm der Teilgasströme Qk von der exakten Abstufung weniger als ± 20%, vorzugsweise weniger als ± 15%, bevorzugt weniger als ± 10% und besonders bevorzugt weniger als ± 5% beträgt.
Die Schaltelemente können prinzipiell in beliebiger Weise betätigt werden, beispielsweise mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch. Nach einem besonders bevorzugten Merkmal wird vorgeschlagen, daß mindestens ein Schaltelement, bevorzugt alle Schaltelemente elektrisch betätigbar sind.
Die Schaltelemente können in einer vorteilhaften Ausbildung binäre Magnetschaltventile sein, die eine Offen- und eine Geschlossenstellung aufweisen. Solche Magnetschaltventile sind bekannt und erfüllen die an sie zu stellenden sicherheitstechnischen Anforderungen. Bei solchen Magnetschaltventilen ist es, wie allgemein bei elektrisch betätigbaren Schaltelementen, nach einem zusätzlichen Merkmal von Vorteil, wenn das beim Schaltvorgang auftretende Klacken verhindert oder gedämpft wird. Zu diesem Zweck kann das elektrische Steuersignal beim Öffnen und/oder Schließen des Schaltelementes, zumindest im Bereich des Schaltpunktes, flankengesteuert werden, so daß der Schaltvorgang nicht abrupt abläuft. Vorteilhafterweise ist daher eine elektrische Schaltung zum allmählichen Erhöhen und/oder Verringern des elektrischen Steuerstromes vorgesehen.
Für eine hohe Lebensdauer und Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es von Vorteil, daß die Schaltelemente nur wenige Schaltspiele durchführen, nämlich nur dann, wenn die Einstellung des Gasstromes Q geändert wird. Sie unterliegen daher, wenn überhaupt, nur einem sehr langfristigen Verschleiß.
In aufwendigeren Ausführungsformen kann der Strömungswiderstand der Drosselelemente werksseitig oder gegebenenfalls durch den Benutzer einstellbar sein. Hierfür kommen zum Beispiel einstellbare Drosselventile in Frage, die eine Kalibriermöglichkeit zum Einstellen und Justieren ihres Drosselwiderstands auf einen gewünschten Wert aufweisen. Dies kann dann von Vorteil sein, wenn es auf die Erzielung einer hohen Genauigkeit der Abstufungen bzw. der eingestellten Teilgasströme ankommt, die dann durch genaue Einstellung und genauen Abgleich der Drosselelemente realisierbar ist. Nach einem bevorzugten, für die üblichen in der Praxis zu stellenden Genauigkeitsanforderungen ausreichenden Merkmal wird vorgeschlagen, daß ein, mehrere oder bevorzugt alle Drosselelemente einen fest vorgegebenen Strömungswiderstand aufweisen. Die Drosselelemente können beispielsweise als Kapillare, Kapillarrohr, Düse oder Rohrverengung realisiert sein. Diese Ausführungsformen sind mit zufriedenstellender Genauigkeit kostengünstig zu verwirklichen.
Die Vorteile einer Vorrichtung und eines Verfahrens nach dieser Erfindung gegenüber dem Stand der Technik bestehen darin, daß mittels bekannter und handelsüblicher Bauteile eine gewünschte, abgestufte Reduzierung der Gasdurchflußmenge einer Brennerdüse in einem sehr hohen Ausmaß reproduzierbar realisiert werden kann, so daß bei der jeweiligen Einstellung der zugeordneten Steuereinrichtung zuverlässig dieselbe Heizleistung erzielt wird. Die Ansteuerung der Vorrichtung durch Steuerelemente kann mit einer unaufwendigen, handelsübliche Bauteile verwendenden Steuereinrichtung erfolgen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Erfindung auch ausschließlich mit binären Schaltelementen, d.h. ohne Proportionalventile ausführbar ist.
Es ist anzumerken, daß durch die Erfindung Druckschwankungen in der Gaszuleitung nicht ausgeglichen werden und sich demzufolge auch auf die Heizleistung auswirken. Die Erfindung löst insoweit nicht das Problem, absolut betrachtet reproduzierbare Gasströme und Heizleistungen zu realisieren, sondern löst das Problem, einen vorgegebenen maximalen Gasstrom in reproduzierbarer Weise auf kleinere Werte abzustufen. Wenn sich der maximale Gasstrom, bedingt durch Netzdruckschwankungen, ändert, werden auch die reduzierten, abgestuften Gasströme sich dementsprechend ändern. Die Reproduzierbarkeit der Einstellung bleibt dabei jedoch erhalten. Im Hinblick darauf, daß Netzdruckschwankungen sich nur in geringem Maße auf die Heizleistung auswirken, nur allmählich erfolgen und die dadurch bedingten Änderungen der Heizleistung auch bei den konventionell verwendeten Hahnventilen in Kauf genommen werden, stellt die Erfindung eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik zur reproduzierbaren, gesteuerten Reduktion des Gasstromes dar. Erforderlichenfalls kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mit einer Vorrichtung, die Schwankungen des Gasdruckes in der Gaszuleitung kompensiert oder reduziert, kombiniert werden.
Die folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen weitere vorteilhafte Merkmale und Besonderheiten erkennen, die anhand der schematischen Darstellungen in den Zeichnungen im folgenden näher beschrieben und erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1
Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit vier Teilgasleitungen,
Fig. 2
eine Schaltmatrix einer Steuereinrichtung zu Fig. 1,
Fig. 3
eine Schaltmatrix einer Steuereinrichtung mit 10 Schaltstellungen,
Fig. 4
eine Schaltmatrix einer Steuereinrichtung mit 14 Schaltstellungen, und
Fig. 5
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei in Reihe geschalteten Drosselelementen mit Bypass.
Fig. 1 zeigt eine von einem Gasleitungsnetz, einem Gastank oder einer Gasflasche versorgte Gaszuleitung 1 für die erfindungsgemäß gesteuerte Zufuhr von Gas zu einer Brennerdüse 3, die Bestandteil eines Brenners 2 ist, der z.B. in einen Gasherd oder einen Gasbackofen eingebaut werden kann. Nicht dargestellt sind die für gasbetriebene Koch- und Backgeräte üblichen Sicherheitselemente (Thermoelement und zugehöriges Magnetventil), die beim Erlöschen der Flamme den Gasstrom unterbrechen.
Die Gaszuleitung 1 verzweigt in vier parallel geschaltete Teilgasleitungen 10, 20, 30, 40, die sich anschließend wieder zu einer mit der Brennerdüse 3 verbundenen Brennerzuleitung 5 vereinen. Die Teilgasleitungen 10, 20, 30, 40 weisen jeweils ein Steuerorgan zur Steuerung der Teilgasströme Q1, Q2, Q3, Q4 auf. Die Steuerorgane umfassen je ein Schaltelement 11, 21, 31, 41 und ein Drosselelement 12, 22, 32, 42. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind alle vier Schaltelemente elektrisch betätigbare binäre Magnetschaltventile, die eine Offen- und eine Geschlossenstellung aufweisen, so daß ein Teilgasstrom Qk entweder ein- oder ausgeschaltet sein kann. Das unabhängig voneinander erfolgende Öffnen und Schließen der Magnetschaltventile 11, 21, 31, 41 wird von einer Steuereinrichtung 4 gesteuert.
Die Drosselelemente 12, 22, 32, 42 sind Kapillaren, die einen fest vorgegebenen Strömungswiderstand aufweisen und dazu dienen, den jeweiligen Teilgasstrom Qk auf einen Bruchteil des zugeführten maximalen Gasstromes Qmax zu reduzieren. Die Kapillare 12 drosselt zum Beispiel den Teilgasstrom Q1 so, daß er nur noch 1/15 des maximalen Gasstromes beträgt, wenn das Magnetschaltventil 11 geöffnet ist. Durch den geringeren Strömungswiderstand der Kapillare 22 wird der Teilgasstrom Q2 bei geöffnetem Magnetschaltventil 21 auf 2/15 des maximalen Gasstromes reduziert. Die Kapillaren 32 bzw. 42 dagegen verringern die Teilgasströme Q3 bzw. Q4 bei Öffnung der Magnetschaltventile 32 bzw. 42 lediglich auf 4/15 bzw. 8/15 des maximalen Gasstromes.
Die Kapillaren 12, 22, 32, 42 sind den jeweiligen Magnetschaltventilen 11, 21, 31, 41 in der Strömungsrichtung des Gases nachgeschaltet. Diese Anordung hat zum einen sicherheitstechnische Vorteile, da im Vergleich zu einer umgekehrten Anordnung in der Geschlossenstellung eines Magnetschaltventils 11, 21, 31, bzw. 41 weniger Bauteile unter Gasdruck stehen. Zum anderen ist vorteilhaft, daß die Zeit, die bis zum Erreichen des vollen Teilgasstromes beim Öffnen eines Magnetschaltventils 11, 21, 31, bzw. 41 verstreicht, kleiner ist als bei umgekehrter Anordnung.
Der der Brennerdüse 3 zugeführte Gasstrom Qm ergibt sich aus der Summe der eingeschalteten Teilgasströme Q1 bis Q4. Sind beispielsweise nur die Magnetschaltventile 11 und 31 geöffnet, setzt sich der der Brennerdüse 3 zugeführte Gasstrom Qm nur aus den Teilgasströmen Q1 und Q3 zusammen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Strömungswiderstände der Kapillaren 12, 22, 32, 42 mit 1/15, 2/15, 4/15 bzw. 8/15 gemäß der allgemeinen Formel Qk = Qmax · 2k-1 / (2n-1) so bemessen, daß 16 verschiedene Gasströme Qm der Brennerdüse 3 zugeführt werden können. Dies entspricht der mit vier Teilgasströmen Qk maximal erreichbaren Anzahl von Abstufungen (2n), wobei der gesamte Bereich des Gasstromes von 0 bis Qmax in diesem Fall gleichmäßig abgestuft ist. Jede Stufe beträgt 1/15 des maximalen Gasstromes Qmax.
Für die möglichst einfache, überschaubare und sichere Bedienung des Brenners 2 durch den Benutzer weist die Steuereinheit 4, die das Öffnen und Schließen der Magnetschaltventile 11, 21, 31, 41 bei der Regulierung des Gasstromes und damit der Heizleistung koordiniert, 16 Schaltstellungen Sm auf. Dabei entspricht jeder dieser Schaltstellungen jeweils genau eine der möglichen Kombinationen der Offen- und Geschlossenstellungen der vier Magnetschaltventile 11, 21, 31, 41. Im dargestellten Beispiel ist die Steuereinheit ein "Touch-Control-Panel", dessen durch bloßes Berühren betätigbare 16 Schalter jeweils einer der Kombinationen zugeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Steuereinrichtung 4 die durch den Benutzer gewählte Schaltstellung selbständig in vorgegebener Weise in die entsprechende Kombination geöffneter und geschlosener Magnetventile 11, 21, 31, 41 umsetzt und dadurch den gewünschten, der Brennerdüse 3 zugeführten Gasstrom Qm erzeugt.
In Fig. 2 wird die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung 4 mit 16 Schaltstellungen Sm für die Steuerung von vier unterschiedlichen Teilgasströmen Q1 bis Q4 mit den Werten Qmax · 1/15, Qmax · 2/15, Qmax · 4/15 und Qmax · 8/15 anhand einer Schaltmatrix näher erläutert. In der Schaltmatrix sind den 16 maximal möglichen Schaltstellungen Sm der Steuereinrichtung 4, die jeweils einer Stufe des gleichmäßig zwischen 0 und Qmax abgestuften Gasstromes Qm entsprechen, jeweils eine entsprechende Kombination geöffneter und geschlossener Ventile 11, 21, 31, 41 zugeordnet. In der Matrix bedeutet eine 0, daß das entsprechende Magnetventil 11, 21, 31, 41 geschlossen ist, der Teilgasstrom Q1, Q2, Q3, Q4 also ausgeschaltet ist. Bei 1 ist das Magnetschaltventil 11, 21, 31, 41 geöffnet, der Teilgasstrom Q1, Q2, Q3, Q4 eingeschaltet.
Wenn beispielsweise der Benutzer durch Berühren den Schalter 6 des in Fig. 1 dargestellten Touch-Control-Panels 4 betätigt, wählt er die Schaltstellung S7 an, die einem Gasstrom Q6 von 6/15 des maximalen Gasstromes Qmax entspricht. Diese Schaltstufe wird von der Steuereinheit 4 durch Öffnen der Magnetschaltventile 21 und 31 und Schließen der Magnetschaltventile 11 und 41 verwirklicht, so daß der der Brennerdüse 3 zugeführte Gasstrom Q6 aus der Summe der Teilgasströme Q2 und Q3 besteht.
Erfindungsgemäß ist es jedoch nicht immer notwendig, daß alle Teilgasströme verschieden sind. Insbesondere wenn es nicht erforderlich ist, die mit der jeweiligen Zahl an Teilgasströmen maximal mögliche Anzahl an Abstufungen zu realisieren, können einzelne Teilgasströme gleich bemessen sein. Dies hat z.B. den Vorteil, daß die Anzahl an unterschiedlichen, lagerseitig vorrätig zu haltenden Bauteilen reduziert wird.
Herkömmliche gasbetriebene Koch- und Backgeräte weisen in der Regel neun Kochstufen (insgesamt zehn Schaltstufen) auf. Diese Anzahl an Kochstufen läßt sich erfindungsgemäß beispielsweise durch folgende, jeweils auf Qmax bezogene vier Teilgasströme verwirklichen: 1/9, 1/9, 2/9, 5/9. Andere Möglichkeiten sind die Teilgasströme 1/9, 2/9, 2/9, 4/9 oder 1/9, 1/9, 3/9, 4/9.
Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Schaltmatrix einer Steuereinrichtung 4 für eine erfindungsgemäße Ausführungform mit vier Teilgasströmen Q1 bis Q4, in der zwei Teilgasströme gleich sind (1/9, 1/9, 2/9, 5/9). Die Schaltmatrix setzt auch in diesem Fall die durch den Benutzer ausgewählte Schaltstellung Sm über eine Kombination von offenen (1) und geschlossenen (0) Magnetschaltventilen 11, 21, 31, 41 in einen der Schaltstellung entsprechenden, der Brennerdüse 3 zugeführten Gasstrom Qm, der sich aus der Summe der jeweiligen Teilgasströme Qk ergibt, um. Auf diese Weise läßt sich die bei herkömmlichen gasbetriebenen Koch- und Backgeräten übliche Anzahl von neun Kochstufen vorteilhaft verwirklichen.
Es kann gegebenenfalls auch vorteilhaft sein, daß der der Brennerdüse 3 zugeführte Gasstrom Qm im Kochbereich (der bei neun Kochstufen im allgemeinen bei Stufe vier liegt) mittels Zwischenstufen feiner regulierbar ist, um in diesem Bereich die Heizleistung fein dosiert einzustellen. Um die in Fig. 3 beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsform für neun Kochstufen unter diesem Gesichtspunkt zu verbessern, kann zusätzlich ein fünftes Magnetschaltventil 51 mit dem dazugehörigen gedrosselten fünften Teilgasstrom (1/2) · (1/9) = 1/18 = (0,5)/9 vorgesehen sein. Fig. 4 zeigt eine Schaltmatrix einer Schalteinrichtung 4 für eine derartige erfindungsgemäße Ausführungsform. Es ist zu erkennen, daß die Kombinationen der Offen- und Geschlossenstellungen der Magnetschaltventile 11, 21, 31, 41 denen der entsprechenden Magnetschaltventile von Fig. 3 entsprechen. Lediglich im Kochbereich zwischen 2/9 und 6/9 des maximalen Gasstromes Qmax, entsprechend den Kochstufen 2-6, sind durch den Benutzer Zwischenkochstufen 2,5/3,5/4,5/5,5 anwählbar, die dadurch verwirklicht werden, daß von der Steuereinheit 4 zu der aus Fig. 3 bekannten Kombination von offenen und geschlossenen Magnetschaltventilen über das Magnetschaltventil 51 ein Teilgasstrom Q5 mit dem Wert (0,5)/9 zusätzlich hinzugeschaltet wird.
Es ist anzumerken, daß bei dieser Ausführungsform die maximale Summe der Teilgasströme rein rechnerisch (9,5)/9 beträgt, also größer als Qmax ist, wenn alle Magnetschaltventile 11, 21, 31, 41, 51 geöffnet sind. Der sich tatsächlich bei Öffnung aller Magnetschaltventile einstellende Gasstrom Qmax wird natürlich nicht größer sein als der maximale, durch den Strömungswiderstand der Brennerdüse 3 vorgegebene Gasstrom Qmax, da die erfindungsgemäße Vorrichtung den Gasstrom definiert reduziert, aber nicht vergrößert.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind drei Drosselelemente 15, 25 und 35 in Reihe in die Gaszuleitung 1 geschaltet. Die Drosselwiderstände der einzelnen Drosselelemente sind vorzugsweise verschieden. Sie können beispielsweise so bemessen sein, daß der der Brennerdüse 3 des Brenners 2 über die Brennerzuleitung 5 zugeführte Gasstrom durch Einschalten jeweils eines Drosselelements auf 3/4 oder 1/2 oder 1/4 reduziert wird. Beim Einschalten von zwei oder drei Drosselelementen wird der Gasstrom auf einen durch das Produkt der vorstehend genannten Anteile gegebenen Teil des maximalen Gasstromes reduziert.
Zum Ein- und Ausschalten der jeweiligen Drosselelemente sind diesen jeweils Schaltelemente 14, 24 und 34 parallel geschaltet. Beim Öffnen eines Schaltelements fließt der Gasstrom ungehindert durch das als Bypass 16, 26, 36 wirkende Schaltelement, so daß das zugeordnete Drosselelement den Gasstrom nicht reduziert. Beispielsweise ist beim Öffnen des Schaltelements 24 die Drosselung durch das Drosselelement 25 außer Funktion und der Gasstrom wird, sofern die Drosselelemente 14 und 34 geschlossen sind, nur durch die Drosselelemente 15 und 35 gedrosselt.
Die Schaltelemente 14, 24 und 34 werden von einer gemeinsamen Steuereinrichtung 4 gesteuert, mittels der die gewünschte Heizleistung einstellbar ist. Zum Ausschalten des Gasstroms ist ein zusätzliches, in die Brennerzuleitung 5 oder vorzugsweise die Gaszuleitung 1 eingesetzes Schaltventil, das nicht dargestellt ist, erforderlich. Hierzu kann beispielsweise das zur Überwachung des Erlöschens der Flamme vorhandene Magnetventil verwendet werden.

Claims (25)

  1. Vorrichtung zum gesteuerten stufenweisen Reduzieren des einer Brennerdüse (3) eines gasbetriebenen Koch- oder Backgerätes über eine Gaszuleitung (1) zugeführten Gasstromes Q,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sie eine Verzweigung der Gaszuleitung (1) in eine Anzahl n parallel geschalteter Teilgasleitungen (10,20,30,40) aufweist, mittels derer der Brennerdüse (3) jeweils ein Teilgasstrom Qk mit k = 1,2,3,...,n zuführbar ist, und die jeweils ein Steuerorgan aufweisen,
    die Steuerorgane jeweils auf ihrer Gaseingangsseite mit der Gaszuleitung (1) und auf ihrer Gasausgangsseite mit der Brennerdüse (3) verbunden sind und jeweils ein Schaltelement (11,21,31,41) zum Ein- und Ausschalten des sie durchströmenden Teilgasstromes Qk und ein Drosselelement (12,22,32,42) zum Drosseln des sie durchströmenden Teilgasstromes Qk umfassen und
    die Schaltelemente (11,21,31,41) wahlweise, je nach der gewählten Heizleistung, ein- und ausschaltbar sind.
  2. Vorrichtung zum gesteuerten stufenweisen Reduzieren des einer Brennerdüse (3) eines gasbetriebenen Koch- oder Backgerätes über eine Gaszuleitung (1) zugeführten Gasstromes Q,
    dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl n Steuerorgane aufweist, die in Reihe in die Gaszuleitung (1) geschaltet sind, und die Steuerorgane jeweils ein Drosselelement (15,25,35) zum Drosseln des sie durchströmenden Gasstromes und ein dem Drosselelement (15,25,35) parallel geschaltetes Schaltelement (14,24,34) zum Ein- und Ausschalten eines Bypasses (16,26,36) zu dem Drosselement (15,25,35) aufweisen, und die Schaltelemente (14,24,34) wahlweise, je nach der gewählten Heizleistung, ein- und ausschaltbar sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungswiderstände der n Steuerorgane, insbesondere der Drosselelemente (12,22,32,42), derart bemessen sind, daß mindestens zwei Teilgasströme Qk voneinander verschieden sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungswiderstände der n Steuerorgane so bemessen sind, daß die n Teilgasströme Qk mit k = 1,2,3,...,n im wesentlichen eine Folge mit den Werten Qk = Qmax · 2k-1 / (2n-1) bilden, wobei Qmax den sich bei Öffnung aller n Schaltelemente (11,21,31,41) einstellenden maximalen, der Brennerdüse (3) zugeführten Gasstrom Q bezeichnet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl n der Teilgasleitungen (10,20,30,40) n = 4 beträgt und die Teilgasströme Qk im wesentlichen die Werte Qmax·1/15, Qmax·2.15, Qmax·4/15 und Qmax·8/15 aufweisen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl n der Teilgasleitungen (10,20,30,40) n = 3 beträgt und die Teilgasströme Qk im wesentlichen die Werte Qmax·1/7, Qmax·2/7 und Qmax·4/7 aufweisen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Abweichung der Teilgasströme Qk von der exakten Abstufung weniger als ± 20%, vorzugsweise weniger als ± 15%, bevorzugt weniger als ± 10% und besonders bevorzugt weniger als ± 5% beträgt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselelemente (12,22,32,42) den Schaltelementen (11,21,31,41) in der Strömungsrichtung des Gases nachgeschaltet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (11,21,31,41; 14,24,34) mittels einer gemeinsamen Steuereinrichtung (4) ein- und ausschaltbar sind.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (4) eine ganzzahlige Anzahl i diskreter Schaltstellungen aufweist, denen jeweils eine Kombination der Offen- und Geschlossenstellungen der n Schaltelemente (11,21,31,41;14,24,34) zugeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl i der Schaltstellungen der Steuereinrichtungen (4) 2n beträgt, wobei den Schaltstellungen jeweils genau eine der möglichen Kombinationen der Offen- und Geschlossenstellungen der n Schaltelemente (11,21,31,41;14,24,34) zugeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationen der Offen- und Geschlossenstellungen der n Schaltelemente (11,21,31,41;14,24,34) einer Folge von m = 1,2,3,...,2n aufeinanderfolgenden Schaltstellungen Sm der Steuereinrichtung (4) derart zugeordnet ist, daß die der Brennerdüse (3) zugeführten Gasströme Qm eine aufsteigende oder absteigende Folge bilden, die im wesentlichen die Werte Qm = Qmax · (m-1) / (2n-1) annimmt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Abweichung der Gasströme Qm von der exakten Abstufung weniger als ± 20%, vorzugsweise weniger als ± 15%, bevorzugt weniger als ± 10% und besonders bevorzugt weniger als ± 5% beträgt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schaltelement (11,21,31,41;14,24,34) als binäres Magnetschaltventil ausgebildet ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine elektrische Schaltung zum allmählichen Erhöhen und/oder Verringern des elektrischen Steuerstromes des Schaltelementes (11,21,31,41;14,24,34) aufweist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Drosselelemente (12,22,32,42;15,25,35) einen fest vorgegebenen Strömungswiderstand aufweist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (12,22,32,42;15,25,35) als Kapillare, Kapillarrohr, Düse oder Rohrverengung ausgebildet ist.
  18. Koch- oder Backgerät, insbesondere Gasherd, Gaskochfeld, Gaskochmulde oder Gasbackofen, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 aufweist.
  19. Verfahren zum gesteuerten stufenweisen Reduzieren des einer Brennerdüse (3) eines gasbetriebenen Koch- oder Backgerätes über eine Gaszuleitung (1) zugeführten Gasstromes Q,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Gasstrom Q in eine Anzahl n parallel geschalteter Teilgasströme Qk mit k = 1,2,3,...,n aufgeteilt wird, die jeweils mittels eines Steuerorgans beeinflußt werden,
    die Steuerorgane jeweils auf ihrer Gaseingangsseite mit der Gaszuleitung (1) und auf ihrer Gasausgangsseite mit der Brennerdüse (3) verbunden sind und jeweils ein Schaltelement (11,21,31,41), mittels dessen der sie durchströmende Teilgasstrom Qk ein- und ausgeschaltet wird und ein Drosselelement (12,22,32,42) mittels dessen der sie durchströmende Teilgasstrom Qk gedrosselt wird, umfassen und
    die Schaltelemente (11,21,31,41) wahlweise, je nach der gewählten Heizleistung, ein- und ausgeschaltet werden.
  20. Verfahren zum gesteuerten stufenweisen Reduzieren des einer Brennerdüse (3) eines gasbetriebenen Koch- oder Backgerätes über eine Gaszuleitung (1) zugeführten Gasstromes Q,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom Q eine Anzahl n in Reihe in die Gaszuleitung (1) geschalteter Steuerorgane durchläuft, jeweils ein Drosselelement (15,25,35) zum Drosseln des sie durchströmenden Gasstromes und ein dem Drosselelement (15,25,35) parallel geschaltetes Schaltelement (14,24,34) zum Ein- und Ausschalten eines Bypasses (16,26,36) zu dem Drosselelement (15,25,35) aufweisen, und die Schaltelemente (14,24,34) wahlweise, je nach der gewählten Heizleistung, ein- und ausgeschaltet werden.
  21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom Q in mindestens zwei voneinander verschiedene Teilgasströme Qk aufgeteilt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom Q in eine Anzahl n Teilgasströme Qk mit k = 1,2,3,...,n aufgeteilt wird, die im wesentlichen eine Folge mit den Werten Qk = Qmax · 2k-1 / (2n-1) bilden, wobei Qmax den sich bei Öffnung aller n Schaltelemente (11,21,31,41) einstellenden maximalen, der Brennerdüse (3) zugeführten Gasstrom Q bezeichnet.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilgasströme Qk von der exakten Abstufung weniger als ± 20%, vorzugsweise weniger als ± 15%, bevorzugt weniger als ± 10% und besonders bevorzugt weniger als ± 5% abweichen.
  24. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die n Schaltelemente (11,21,31,41; 14,24,34) mittels einer gemeinsamen Steuereinrichtung (4) ein- und ausgeschaltet werden.
  25. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die n Schaltelemente (11,21,31,41) von einer Steuereinrichtung (4) gesteuert werden, die eine ganzzahlige Anzahl i diskrete Schaltstellungen aufweist, die jeweils einer Kombination der Offen- und Geschlossenstellungen der n Schaltelemente (11,21,31,41) zugeordnet ist.
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