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Die
Erfindung betrifft zunächst eine Küchenmaschine
mit einem Rührgefäß, in welchem Rührgefäß ein
Rührwerk angeordnet ist, wobei ein Boden des Rührgefäßes über
eine kreisscheibenförmige Widerstandsheizung aufheizbar
ist.
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Küchenmaschinen
der in Rede stehenden Art sind bekannt. Es wird beispielsweise auf
die
EP 1 274 333 B1 verwiesen.
Aus dieser ist eine Küchenmaschine bekannt, bei der der
Boden des der Küchenmaschine zuzuordnenden Rührgefäßes
ein Widerstands-Heizelement aufweist, welches insgesamt kreisscheibenförmig
ausgebildet ist. Hierdurch ist eine direkte Beheizung des Rührgefäßes
bzw. des Rührgefäßbodens und somit des
in dem Rührgefäß enthaltenen Gargutes
erreichbar. Zur Temperaturregelung des Heizelements ist ein Messfühler
in Form eines NTC-Elements in dem Rührgefäßboden,
zugeordnet dem Heizelement vorgesehen.
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Der
Inhalt dieser Patentschrift wird hiermit vollinhaltlich in die Offenbarung
vorliegender Erfindung mit einbezogen, auch zu dem Zwecke, Merkmale
dieses Patentes in Ansprüche vorliegender Erfindung mit
einzubeziehen.
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Im
Hinblick auf den zuvor beschriebenen Stand der Technik wird eine
technische Problematik der Erfindung darin gesehen, eine Küchenmaschine der
in Rede stehenden Art insbesondere hinsichtlich der Wärmeübertragung
weiter verbessert auszugestalten.
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Diese
Problematik ist zunächst und im Wesentlichen durch den
Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, wobei darauf abgestellt
ist, dass die Widerstandsheizung geteilt ist und zwei oder mehr
gesondert ansteuerbare Heizabschnitte aufweist, wobei ein Heizabschnitt
zumindest teilweise radial außerhalb eines anderen Heizabschnittes
angeordnet ist. Zufolge dieser Ausgestaltung kann durch ent sprechende Ansteuerung
der einzelnen Heizabschnitte die Heizleistung an die vorliegenden
Temperaturverhältnisse insbesondere während des
Aufheizvorganges angepasst werden. Darüber hinaus kann
zufolge der vorgeschlagenen Ausgestaltung die bei geringeren Heizleistungen
deutlich kürzeren Einschaltzyklen der Heizung resultierend
aus der Begrenzung der sogenannten Flicker-Norm genutzt werden.
Diese Flicker-Norm (DIN EN 6100-3-3) regelt die
Spannungsrückwirkung auf das Stromnetz infolge des Ein-
und Ausschaltens des oder der Heizabschnitte in kurzer Folge. Dabei
sind mit zunehmender geschalteter Leistung größere
minimale Abstände zwischen einzelnen Schaltvorgängen
erforderlich. Die einzelnen Heizabschnitte sind darüber
hinaus in bevorzugter Ausgestaltung parallel, seriell oder auch
einzeln schaltbar, wobei sich bei einer beispielhaften Ausgestaltung
mit zwei Heizabschnitten, die jeweils einen Heizwiderstand von 50
bis 100 Ohm, bevorzugt 66 Ohm aufweisen, Leistungen erreicht werden,
die in Parallelschaltung zwischen 1000 und 2200 W, bevorzugt 1600
W, bei singulärer Schaltung zwischen 500 und 1100 W, bevorzugt
800 W, sowie weiter bei serieller Schaltung zwischen 250 und 550
W, bevorzugt 400 W liegen. Durch die anpassbare Heizleistung infolge
der gesonderten Steuerung der einzelnen Heizabschnitte ist die Oberflächentemperatur
durch entsprechende Schaltung der Heizabschnitte so einstellbar,
dass einem Anbrennen von in dem Rührgefäß aufgenommenem
Gargut entgegengewirkt wird. Zugleich sind die Regeleigenschaften
bei reduzierter Leistung verbessert. Eine Umschaltung von parallelem
zu seriellem Betrieb erfolgt bevorzugt bei kritischen Oberflächentemperaturen,
weiter bevorzugt auch kurz vor Erreichen der Medien-Zieltemperatur. Bei
unkritischen Medien, das heißt bei unkritischen Temperaturverhältnissen
kann mit erhöhter Leistung, beispielsweise mit 1600 W im
Parallelbetrieb zweier entsprechender Heizabschnitte, eine deutlich
erhöhte Aufheizgeschwindigkeit erzielt werden.
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Weitere
Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung,
oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zum Gegenstand des An spruchs
1 oder zu Merkmalen weiterer Ansprüche erläutert.
Sie können aber auch in einer Zuordnung zu nur einzelnen
Merkmalen des Anspruches 1 oder des jeweiligen weiteren Anspruches
1 oder jeweils unabhängig von Bedeutung sein.
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So
ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes
vorgesehen, dass die Heizabschnitte konzentrisch zueinander angeordnet sind,
so weiter insbesondere bei kreisringförmiger Ausgestaltung
eines jeden Heizabschnittes. So können, wie weiter bevorzugt,
zwei kreisringförmige Heizabschnitte in konzentrischer
Anordnung zueinander die kreisscheibenförmige Widerstandsheizung bilden.
Alternativ zur konzentrischen Anordnung können die Heizabschnitte
auch parallel verlaufend spiralförmig oder weiter alternativ
mäanderförmig zur Bildung der Widerstandsheizung
angeordnet sein, dies unter zumindest abschnittweiser Nebeneinanderordnung
der Heizabschnitte in Radialrichtung.
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In
einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass
die Heizabschnitte in Abhängigkeit einer Drehzahl des Rührwerks
unterschiedlich temperiert sind. So ist bei einer beispielhaften
koaxialen Anordnung von zwei Heizabschnitten vorgesehen, dass der äußere
Heizabschnitt singulär mit beispielsweise 800 W genutzt
wird, um bei hoher Drehzahl des Rührwerks mit Trombenbildung des
Mediums im Zentrum des Rührgefäßes ein
Trockenlaufen zu vermeiden. Bei entsprechender Trombenbildung ist
der radial innere Heizabschnitt weniger temperiert bzw. ausgeschaltet.
Darüber hinaus ist der Heizbetrieb auch ohne Rührwerksbetrieb
bzw. mit diskontinuierlichem Rührwerksbetrieb möglich.
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Weiter
bevorzugt ist insbesondere bei einer koaxialen Anordnung der Heizabschnitte
der radial innere Heizabschnitt mit einer größeren
radialen Abmessung versehen als der radial äußere
Heizabschnitt, dies weiter bevorzugt derart, dass sich zufolge der
kreisscheibenförmigen Ausgestaltung der gesamten Widerstandsheizung
gleiche oder annähernd gleiche Heizabschnittflächen
ergeben.
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Auch
bei einer, wie weiter vorgeschlagenen spiral- oder mäanderförmigen
Anordnung der Heizabschnitte können diese unterschiedliche,
in Radialrichtung betrachtete Breitenabmessungen, darüber hinaus
auch in Verlaufrichtung betrachtete Längen aufweisen. Weiter
sind in einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes die Heizabschnitte
unabhängig von ihrer Ausgestaltung hinsichtlich ihrer Widerstände
unterschiedlich gestaltet, darüber hinaus weiter alternativ
oder kombinativ hinsichtlich ihrer Leistungsdichte unterschiedlich.
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Zufolge
der vorgeschlagenen Aufteilung der Widerstandsheizung in zwei oder
mehr gesondert ansteuerbare Heizabschnitte ist eine Leistungsänderung
der Widerstandsheizung durch Umschalten der Heizabschnitte erreichbar,
was darüber hinaus weiter eine Einstellung ohne Taktung
ermöglicht. Alternativ ist auch ein Taktwechsel zwischen
den Heizabschnitten möglich. Hierbei werden beispielsweise
die Heizabschnitte zeitversetzt ein- und ausgeschaltet, womit eine
hohe Heizleistung bei gleichzeitig hoher Schalthäufigkeit
realisiert werden kann. So ist beispielsweise in einer Ausgestaltung
eine Taktung vorgesehen, die zunächst einen ersten Heizabschnitt
mit einer Leistung von beispielsweise 800 W einschaltet und anschließend
einen zweiten Heizabschnitt hinzuschaltet, welcher zweite Abschnitt
eine dem ersten Heizabschnitt entsprechende Leistung aufweist. Nach
Hinzuschalten des zweiten Abschnittes werden in umgekehrter Reihenfolge
die Heizabschnitte wieder ausgeschaltet. Eine weitere Schaltmöglichkeit besteht
darin, mit einem ersten Heizabschnitt eine Basisleistung zu schalten,
auf die mittels eines zweiten Heizabschnittes eine Zusatzleistung
aufgetaktet wird.
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Weiter
ist durch die vorgeschlagene Lösung eine Reduzierung der
einzelnen Heizabschnitte auf eine geringere Leistungsstufe, beispielsweise
auf weniger als 400 W erreichbar, welche Reduzierung günstigere
Taktverhältnisse ermöglicht.
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Die
einzelnen Heizabschnitte können gleich angesteuert werden.
Alternativ werden diese unterschiedlich angesteuert, wobei weiter
die Heizabschnitte unterschiedliche Regelverhalten aufweisen.
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Insbesondere
bei einer koaxialen Anordnung von beispielsweise zwei Heizabschnitten
ergibt sich der weitere vorteilhafte Effekt einer unterschiedlichen Ansteuerung
der Heizabschnitte bei einem Rühren zweier, unterschiedliche
Dichten aufweisender Stoffe in dem Rührgefäß.
Hierbei wird der schwerere Stoff nach radial außen gedrängt.
Es ergeben sich entsprechend mindestens zwei Phasen, die mit unterschiedlichem
Heizverhalten beaufschlagt werden können.
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Die
Erfindung betrifft weiter eine Küchenmaschine nach den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
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Um
hier eine Küchenmaschine der in Rede stehenden Art anzugeben,
mittels welcher im Betrieb eine Erhöhung der maximalen
Aufheizgeschwindigkeit beim Erhitzen von unkritischen Speisen in
dem Rührgefäß bei gleichzeitiger Vermeidung
des Anbrennens kritischer Speisen in dem Rührgefäß erreicht
werden kann, wird vorgeschlagen, dass mit vertikalem Abstand zu
der Heizfläche der Widerstandsheizung in der Gefäßwandung
ein Medien-Temperaturfühler angeordnet ist, wobei der vertikale
Abstand zu der Heizfläche bis zu 10 mm beträgt. Dieser
Medien-Temperaturfühler misst in bevorzugter Ausgestaltung
mit einem Abstand von einigen Millimetern zu der Heizfläche
des Rührgefäßes die Medientemperatur
in dem Rührgefäß. Die Lage des Medien-Temperaturfühlers
liegt mit Abstand zu der Grenzschicht kritischer Medien und weiter
außerhalb des direkten Einflussbereiches der Heizung. Dieser Me dien-Temperaturfühler
dient dem Ist-Vergleich der zu erzielenden Medien-Temperatur und
besitzt eine hinreichende Messgenauigkeit, wobei weiter der Medien-Temperaturfühler
in bevorzugter Ausgestaltung Bestandteil des Rührgefäßes
ist und weiter über die Kontaktierung des Rührgefäßes
in der Küchenmaschine elektrisch kontaktiert wird.
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Weitere
Merkmale der Erfindung sind nachstehend, auch in der Figurenbeschreibung,
oftmals in ihrer bevorzugten Zuordnung zum Gegenstand des Anspruches
7 oder zu Merkmalen weiterer Ansprüche erläutert.
Sie können aber auch in einer Zuordnung zu nur einzelnen
Merkmalen des Anspruches 7 oder des jeweiligen weiteren Anspruches
oder jeweils unabhängig von Bedeutung sein.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist der Medien-Temperaturfühler
in einem vertikalen Abstand von 0,5 bis 5 mm, beispielsweise 3 mm
oder 4,2 mm zu der Heizfläche in dem Rührgefäß angeordnet.
Der Medien-Temperaturfühler kann mit den vorbeschriebenen
Abständen vertikal oberhalb der Heizfläche angeordnet
sein, so weiter bevorzugt in einer Höhe, in welcher auch
bei nur geringer Befüllung des Rührgefäßes
ein Kontakt mit dem aufzuheizenden Medium gegeben ist. Weiter alternativ
kann der Medien-Temperaturfühler auch unterhalb der Heizfläche vorgesehen
sein, wobei die Messung der Medien-Temperatur in diesem Fall durch
den Heizboden erfolgt.
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Als
besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausgestaltung, bei welcher
der Medien-Temperaturfühler zusätzlich zu einem
Heizflächen-Temperaturfühler vorgesehen ist, der
der Überwachung der zugeführten Heizenergie bzw.
der Oberflächentemperatur der Heizung dient. Dieser befindet
sich in weiter bevorzugter Ausgestaltung unterseitig der Widerstandsheizung,
weiter im unmittelbaren Wirkungsbereich derselben und überwacht
die Temperatur der Widerstandsheizung. Aus der Temperatur der Widerstandsheizung
kann die korres pondierende Oberflächentemperatur der Heizung über
den Zusammenhang der Wärmeleitung berechnet werden. Droht
bei kritischen Speisen ein Anbrennen, so verschlechtert sich drastisch
der Wärmeübergang in das Medium an der Oberfläche.
Dies führt zu einem Anstieg der Heizleitertemperatur, die
von dem Heizflächen-Temperaturfühler überwacht
wird. Bei unkritischen Medien bleibt die Oberflächentemperatur
relativ niedrig. Signifikante Veränderungen des Wärmeübergangs
in der Grenzschicht treten hierbei nicht auf. Der Heizflächen-Temperaturfühler
ist in unterschiedlichen Ausführungen vorsehbar. In diesem
Fall ist die Anforderung an die Temperaturgenauigkeit, beispielsweise +5
K oder mehr, deutlich geringer als an den Medien-Temperaturfühler
zur Bestimmung der Medientemperatur (Messgenauigkeit etwa ±1
K bis ±2,5 K), wobei grundsätzlich die Erfassung
lokaler Maximaltemperaturen auf der gesamten Heizfläche
erforderlich ist. So kann beispielsweise ein großflächiger Heizflächen-Temperaturfühler
bei Ausgestaltung der Widerstandsheizung durch leiterbahnartige
Heizleiter in einem nahen, definierten Abstand hierzu verlaufen,
dies weiter in Form einer Leiterbahn mit PTC- oder NTC-Verhalten
mit überproportionaler Widerstandsänderung im
zu überwachenden Temperaturbereich. Weiter beispielhaft
kann der großflächige Heizflächen-Temperaturfühler
durch ein aufgedrucktes Element parallel zu den Heizleitern gebildet
sein. Darüber hinaus kann alternativ ein Heizungsbereich mit
deutlich erhöhter Leistungsdichte vorgesehen sein, in dem
es bei kritischen Speisen zuerst zum Anbrennen und damit zum Temperaturanstieg
kommen wird. In diesem Bereich erhöhter Leistungsdichte
ist in diesem Fall ein lokal begrenzter Temperaturfühler mit
PTC- oder NTC-Verhalten vorgesehen. Weiter alternativ kann ein Sensor
(Heizflächen- und/oder Medien-Temperaturfühler)
ein indirekt wirkender Sensor sein. So kann beispielsweise die Temperatur über den
Widerstand des indirekten Sensors ermittelt werden.
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Durch
die Anordnung sowohl eines Medien-Temperaturfühlers als
auch eines Heizflächen-Temperaturfühlers wird
ein Anbrennen von kritischen Speisen vermieden und darüber
hinaus die Aufheizgeschwindigkeit deutlich erhöht, wobei
die Anpassung der Heizleistung bevorzugt automatisch erfolgt.
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Die
Anordnung eines Heizflächen-Temperaturfühlers
und eines Medien-Temperaturfühlers gemäß vorbeschriebener
Ausführung ist zunächst im Zusammenhang mit einer,
lediglich einen Heizabschnitt aufweisenden Heizung von Vorteil,
darüber hinaus aber auch mit einer Widerstandsheizung,
die zwei oder mehr gesondert ansteuerbare Heizabschnitte aufweist.
Insofern sind die Merkmale der vorbeschriebenen unabhängigen
Ansprüche 1 und 7 sowohl jeweils für sich wesentlich,
als auch in jeder Kombination miteinander, wobei weiter Merkmale
eines unabhängigen Anspruches 1 oder 7 mit den Merkmalen
eines weiteren unabhängigen Anspruches oder mit Merkmalen
mehrerer unabhängiger Ansprüche kombinierbar sind,
weiter auch mit nur einzelnen Merkmalen eines oder mehrerer der
weiteren unabhängigen Ansprüche 1 oder 7.
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Die
Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Regelung der Heizleistung
einer Küchenmaschine mit einem Rührgefäß,
in welchem Rührgefäß ein Rührwerk
angeordnet ist, wobei ein Boden des Rührgefäßes über
eine kreisscheibenförmige Widerstandsheizung aufheizbar
ist, wobei eine Heizflächentemperatur erfasst wird.
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Um
ein Verfahren der in Rede stehenden Art derart verbessert auszugestalten,
dass bei Erhöhung der maximalen Aufheizgeschwindigkeit
beim Erhitzen von unkritischen Speisen gleichzeitig das Anbrennen
kritischer Speisen vermieden wird, ist vorgesehen, dass zusätzlich
zur Heizflächentemperatur eine Medientemperatur in einem
vertikalen Abstand von bis zu 10 mm zur Oberfläche der
Heizfläche der Widerstandsheizung erfasst wird, dass die
Differenz der Heizflächentemperatur zu der Medientemperatur mit
einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird und dass bei Überschreiten
des Schwellwertes die Heizleistung vermindert und/oder die Rührwerksdrehzahl
erhöht wird. Zufolge des vorgeschlagenen Verfahrens wird
die Heizleistung in Abhängigkeit der Temperaturverhältnisse
von Medien- und Heizungstemperatur angepasst. Hierzu werden die
Oberflächentemperatur der Heizung, der Temperaturgradient
an der Heizung sowie die Medientemperatur und der Temperaturgradient
des Mediums ausgewertet. Durch die angepasste Heizleitung reduziert
sich die Oberflächentemperatur, womit einem Anbrennen von Gargut
in dem Rührgefäß entgegengewirkt wird.
Zugleich ist eine Verbesserung der Regeleigenschaften bei reduzierter
Leistung erreicht. Ein Medien-Temperaturfühler misst hierzu
wenige Millimeter oberhalb der Heizfläche die Medien-Temperatur
im Rührgefäß, wobei die Lage dieses Temperaturfühlers
bevorzugt oberhalb der Grenzschicht kritischer Medien und außerhalb
des direkten Einflussbereiches der Heizung gewählt ist.
Alternativ kann die Medien-Temperaturermittlung auch durch den Heizboden
erfolgen, wobei der entsprechende Sensor unterhalb des Heizbodens
mit hinreichendem Abstand zu den Heizleitern angeordnet ist. Der
Medien-Temperaturfühler dient dem Ist-Vergleich der zu
erzielenden Medientemperatur und besitzt eine hinreichende Messgenauigkeit.
Der Heizflächen-Temperaturfühler überwacht
die Temperatur der Widerstandsheizung, wobei aus der Temperatur
der Leiterbahnen der Widerstandsheizung die korrespondierende Oberflächentemperatur
der Heizung über den Zusammenhang der Wärmeleitung
ermittelt wird. Überschreitet der Differenzwert der Heizflächentemperatur
zu der Medientemperatur einen vorgegebenen Schwellwert, so werden
selbsttätig Maßnahmen ergriffen, die ein Anbrennen
des Gargutes verhindern. So wird bei Überschreiten des
Schwellwertes beispielsweise die Heizleistung vermindert, bis der
Schwellwert wieder unterschritten ist. Alternativ oder auch kombinativ
hierzu kann das in dem Rührgefäß vorgesehene
Rührwerk eingeschaltet oder bei bereits eingeschaltetem Rührwerk
die Rührwerksdrehzahl erhöht werden, um so zufolge
eines verbesserten Wärmeübergangs ein Anbrennen
zu verhindern.
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Zudem
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Küchenmaschine
mit einem Rührgefäß, in welchem Rührgefäß ein
Rührwerk angeordnet ist, wobei ein Boden des Rührgefäßes über eine
kreisscheibenförmige Widerstandsheizung aufheizbar ist.
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Um
ein Verfahren der in Rede stehenden Art weiter zu verbessern, wird
vorgeschlagen, dass in das Rührgefäß Bratgut
eingegeben wird, dass die Widerstandsheizung auf 120°C
oder mehr aufgeheizt wird und dass ein intermittierendes Antreiben
des Rührwerks vorgenommen wird, wobei das Bratgut jeweils
1 Sekunde oder länger nicht aktiv bewegt wird. Zufolge
des vorgeschlagenen Verfahrens ist ein Bräunen bzw. Anbraten
von Lebensmitteln mit erhöhter Oberflächentemperatur
der Widerstandsheizung erreichbar, wobei bevorzugt hierbei die Heizleitertemperatur
gezielt überwacht wird. Die Widerstandsheizung wird hierbei
unter Volllast betrieben, so dass die Oberflächentemperatur
bis auf 160°C oder mehr angehoben und gehalten wird. Durch
die gezielte Überwachung der Heiztemperatur kann die Widerstandsheizung
analog zu einer herkömmlichen Bratpfanne genutzt werden.
Hierzu wird das Rührwerk nicht kontinuierlich sondern kurz
diskontinuierlich, intervallartig betrieben, um das auf der Heizfläche
im Rührgefäß befindliche Medium zu vermengen
bzw. die Position einzelner Stücke zu verändern.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche
lediglich Ausführungsbeispiele darstellt, näher
erläutert. Es zeigt:
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1 eine
Küchenmaschine der in Rede stehenden Art in Seitenansicht
mit einem der Küchenmaschine zugeordneten Rührgefäß;
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2 das
Rührgefäß in Einzeldarstellung, eine
Seitenansicht betreffend;
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3 eine
schematische Ausschnittdarstellung, den Bereich III-III in 2 betreffend
und
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4 einen
schematischen Querschnitt durch eine bodenseitig des Rührgefäßes
vorgesehene Widerstandsheizung gemäß der Linie
IV-IV in 3;
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5 eine
der 4 entsprechende Darstellung, eine alternative
Ausführungsform der Widerstandsheizung betreffend;
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6 eine
Schemadarstellung der Heizabschnitte-Taktung der Widerstandsheizung;
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7 eine
der 6 entsprechende Darstellung, eine alternative
Taktung betreffend;
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8 ein
Messwertediagramm zweier vorgesehener Temperatursensoren.
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Dargestellt
und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu 1 eine
Küchenmaschine 1 mit einer Rührgefäß-Aufnahme 2 und
einem Bedienfeld 3.
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Der
Küchenmaschine 1 ist ein Rührgefäß 4 zuordbar,
in dem dieses in die Rührgefäß-Aufnahme 2 eingesetzt
wird. Dem Rührgefäßboden ist zugeordnet
ein Rührwerk 5 vorgesehen, welches über
einen in der Küchenmaschine 1 unterhalb der Aufnahme 2 angeordneten,
nicht dargestellten Elektroantrieb betrieben ist.
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Das
in die Rührgefäßaufnahme 2 einzusetzende
Rührgefäß 4 besitzt einen senkrecht
ausgerichteten Haltegriff 6. Der Sockelbereich 7 des
Rührgefäßes ist topf artig mit kreisrundem
Querschnitt ausgebildet und zur Beheizung des Rührgefäßes 4 geeignet
bzw. hierzu ausgeformt.
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Die
mit einem entsprechenden Rührwerk 5 in dem Rührgefäß 4 ausgestattete
Küchenmaschine 1 dient in üblicher Weise
zum Verrühren, Mixen und/oder Garen von Lebensmitteln,
wozu weiter das Rührgefäß 4 mittels
eines Deckels 8 verschlossen ist. Letzterer weist insbesondere
zum Befüllen des Rührgefäßes 4 während
des Rührwerkbetriebs eine Einfüllöffnung 9 auf.
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Über
das Bedienfeld 3 ist mittels Schalter und/oder Taster die
Rührwerksdrehzahl, darüber hinaus auch die in
dem Rührgefäßboden 11 vorgesehene
Widerstandsheizung 10 einstellbar.
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Die
Widerstandsheizung 10 des Rührgefäßes 4 weist
gemäß der Darstellung in 4 zwei konzentrische
Heizabschnitte 12 und 13 auf, wobei der radial
innere Heizabschnitt 12, wie auch der Gefäßboden 11 eine
zentrale, kreisrunde Öffnung 14 zum Durchtritt
des Rührwerks 5 belässt.
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Der
radial innere Heizabschnitt 12 weist eine größere
radiale Abmessung a1 auf als der radial äußere
Heizabschnitt 13 (radiale Abmessung a2).
So ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die radiale Abmessung
a1 des inneren Heizabschnittes 12 doppelt
so groß bemessen als die radiale Abmessung a2 des äußeren
Heizabschnittes 13.
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Beide
Heizabschnitte 12 und 13 sind entsprechend kreisringförmig
gestaltet, dies weiter bevorzugt in Art von auf einem Dielektrikum
aufgebrachten Leiterbahnen, wobei der Innenradius r1' des inneren
Heizabschnittes etwa dem 0,35-Fachen und der Außenradius
r1 des Heizabschnittes 12 etwa
dem 0,7-Fachen des Gefäßboden-Radius r entspricht. Der
Innenradius r2' des äußeren
Heizab schnittes 13 entspricht etwa dem 0,75-Fachen des
Gefäßboden-Radius r, der Außenradius
r2 des äußeren Heizabschnittes 13 etwa
dem 0,9-Fachen.
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Die
beiden Heizabschnitte 12 und 13 sind gesondert
ansteuerbar, wozu dem Heizabschnitt 12 eine Phase L1 und dem Heizabschnitt 13 eine
Phase L2 zugeordnet sind. Beide Heizabschnitte 12 und 13 sind über
einen gemeinsamen Nullleiter N angeschlossen. Dies erlaubt die wahlweise
parallele, singuläre oder auch serielle Schaltung der Heizabschnitte 12 und 13.
Weiter ist der so gestalteten Widerstandsheizung 10 ein
Schutzleiter PE zugeordnet.
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Bei
einem exemplarischen Heizwiderstand von jeweils 66 Ohm und einer üblichen
Spannung von etwa 240 Volt ergeben sich zufolge der gewählten
Beschaltung in Parallelschaltung 1600 W, bei singulärer
Schaltung 800 W und bei serieller Schaltung 400 W Heizleistung,
wobei die jeweilige Schaltung gegebenenfalls gezielt über
das Bedienfeld 3 gewählt werden kann. Bevorzugt
ist diesbezüglich eine entsprechende Regelung in der Steuerelektronik
der Küchenmaschine 1, über welche in
Abhängigkeit von Temperaturmesswerten die jeweilig Schaltung
erfolgt.
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5 zeigt
eine alternative Ausgestaltung der kreisscheibenförmigen
Widerstandsheizung 10. Auch diese ist mit zwei gesondert
ansteuerbaren Heizabschnitten 12 und 13 versehen,
die jedoch im Unterschied zum zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
spiralförmig parallel zueinander verlaufend angeordnet
sind, dies unter Belassung der zentralen, kreisrunden Öffnung 14 zum
Durchtritt des Rührwerkes 5.
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Die
Heizwiderstände der Heizabschnitte 12 und 13 können
gleich gewählt sein, womit gleiche Leistungen erzielt werden
können, die weiter unter entsprechender Schaltung (Parallelschaltung,
singuläre Schaltung oder serielle Schal tung) kombiniert werden
können. Alternativ sind auch unterschiedliche Heizwiderstände
der Heizabschnitte 12 und 13 möglich.
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In
dem Rührgefäßboden 11, weiter
in unmittelbarer Zuordnung zu der unter dem Gefäßboden 11 angeordneten
Widerstandsheizung 10 (bestehend aus den Heizabschnitten 12 und 13)
ist ein Heizflächen-Temperaturfühler 15 vorgesehen.
Dieser überwacht die Temperatur der Heizleiterbahnen, aus
welcher Temperatur die korrespondierende Temperatur an der Bodenoberfläche 16 über
den Zusammenhang der Wärmeleitung berechnet werden kann.
Die Messwerte werden über die Leitung TH an
eine Steuereinheit übertragen.
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Mit
vertikalem Abstand von wenigen Millimetern, in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel etwa 5 mm, oberhalb der Bodenoberfläche 16 des
Rührgefäßes 4 ist ein Medien-Temperaturfühler 17 wandungsinnenseitig
des Rührgefäßes 4 vorgesehen. Dessen
Messinformationen werden über die Leitung TM an
die Auswerteeinheit übermittelt.
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Sowohl
der Heizflächen-Temperaturfühler 15 als
auch der Medien-Temperaturfühler 17 sind in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel lokal begrenzte Temperatursensoren
mit PTC- oder NTC-Verhalten.
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Alternativ
zu der vorgeschlagenen Ausgestaltung des Heizflächen-Temperaturfühlers 15 kann die
Temperatur an der Bodenoberfläche 16 auch aus dem
Ableitstrom eines Dielektrikums ermittelt werden, welches beispielsweise
zwischen dem, dem aufzuheizenden Medium zugewandten Heizboden und
den Heizleiterbahnen bzw. Heizabschnitten 12 und/oder 13 angeordnet
ist. Über die Leitung TH wird der
Leckstrom über die weiter vorgesehene Auswerteeinheit der
Küchenmaschine zur Steuerung der Heizleistung erfasst.
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Die
Messleitungen TM und TH der
beiden Temperaturfühler 15 und 17 des
aus der Küchenmaschine 1 entnehmbaren Rührgefäßes
sind, wie auch die Leitungen zur Spannungsversorgung über
in der Rührgefäß-Aufnahme 2 vorgesehene
Steckkontakte elektrisch kontaktierbar.
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Die
Lage des Medien-Temperaturfühlers 17 ist oberhalb
der Grenzschicht kritischer Medien M und außerhalb des
direkten Einflusses der Widerstandsheizung 10 gewählt.
Dieser Medien-Temperatursensor 17 dient dem Ist-Vergleich
der zu erzielenden Medien-Temperatur und besitzt eine hinreichende
Messgenauigkeit.
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Der
Heizflächen-Temperaturfühler 15 überwacht
die Temperatur der Heizleiterbahnen der Heizabschnitt 12 und/oder 13.
Droht bei kritischen Speisen, insbesondere Stärke enthaltenden
Speisen, die bei Temperaturen zwischen 70 und 95°C zu einem Verkleistern
neigen, ein Anbrennen, so verschlechtert sich drastisch der Wärmeübergang
in das Medium M an der Bodenoberfläche 16. Dies
führt zwangsläufig zu einem Anstieg der Heizleitertemperatur,
die von dem Heizflächen-Temperaturfühler 15 erfasst wird.
Bei unkritischen Medien bleibt die Oberflächentemperatur
demgegenüber niedriger; entspricht unter Berücksichtigung
des Wärmeleitwertes des Gefäßbodens 11 in
etwa der mittelbaren Heizflächentemperatur. Signifikante
Veränderungen des Wärmeübergangs in der
Grenzschicht treten hierbei nicht auf.
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In
der Darstellung in 8 sind beispielhafte Messwertlinien
der Temperaturfühler 15 und 17 dargestellt,
wobei mit ϑ1 die Messlinie des
Medien-Temperaturfühlers 17 und mit ϑ2 die Messlinie des Heizflächen-Temperaturfühlers 15 bezeichnet
ist. ϑmed bezeichnet die Zieltemperatur,
während ϑkrit die kritische Anbrenntemperatur
darstellt.
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Solange
die Heizflächentemperatur ϑ2 kleiner
ist als die kritische Anbrenntemperatur ϑkrit sowie weiter
die Medientemperatur ϑ1 kleiner
als die Zieltemperatur ϑmed, wird
die Widerstandsheizung 10 bzw. der Heizabschnitt 12 und/oder
der Heizabschnitt 13 mit bestehender hoher Leistung weiter
betrieben, womit ein hoher Temperaturanstieg ermöglich
ist. Überschreitet die Medientemperatur ϑ1 die Zieltemperatur ϑmed oder
erreicht die Heizleitertemperatur ϑ2 die
kritische Anbrenntemperatur ϑkrit so
wird die Heizleistung so weit reduziert, dass die Medientemperatur ϑ1 auf dem Zielwert ϑmed gehalten
wird. Ein vollständiges Abschalten der Heizung ist hierbei
aus Gründen der Energieeffizienz nicht vorgesehen.
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Bei
Annäherung der Heizflächentemperatur ϑ2 an die kritische Anbrenntemperatur ϑkrit kann alternativ auch eine Erhöhung
der Rührwerksdrehzahl erfolgen, wodurch eine bessere Wärmeübertragung
erreicht wird. Alternativ wird die Heizleistung reduziert.
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Die
kritische Anbrenntemperatur ϑkrit ist
konstruktiv vorgegeben, um ein Anbrennen zu vermeiden und ist weiter
stets größer als die Mediumzieltemperatur ϑmed, welche Zieltemperatur ϑmed über das Bedienfeld 3 durch
den Benutzer voreinstellbar ist.
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Zufolge
der Ausgestaltung der Widerstandsheizung 10 in zwei unabhängig
voneinander steuerbaren Heizabschnitten 12 und 13 kann
die Heizleistung an die vorliegenden Temperaturverhältnisse während
des Aufheizvorganges angepasst werden, womit bei geringeren Heizleistungen
deutlich kürzere Einschaltzyklen der Widerstandsheizung 10 bzw.
des jeweiligen Heizabschnittes 12 und/oder 13 genutzt werden.
Dies ermöglicht ein adaptives System mit automatischer
Anpassung der Heizleistung und der Regelparameter.
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Bei
hohem Anstieg der mit dem Heizflächen-Temperaturfühler 15 ermittelten
Tracktemperatur wird die Heizleistung über die Umschaltung
von bspw. parallelem zu seriellem Betrieb reduziert und das Einschaltverhältnis
der Heizung verbessert, das heißt die Häufigkeit
der Schaltungen der Heizung wird erhöht.
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Die
beiden Heizabschnitte 12 und 13 können des
Weiteren auch zeitversetzt zueinander ein- und ausgeschaltet werden,
um eine hohe Heizleistung bei gleichzeitig hoher Schalthäufigkeit
realisieren zu können. Eine Schaltform zeigt die schematische
Darstellung in 6, bei welcher die Leistung
W in Abhängigkeit zur Zeit t abgetragen ist. Es ist ein
getaktetes Schalten der Heizabschnitte 12 und 13 vorgesehen,
wobei die zeitlichen Abstände tx bevorzugt gleich
groß gewählt sind. So ist zunächst über
einen Zeitabschnitt der erste Heizabschnitt 12 geschaltet, woran
anschließend der zweite Heizabschnitt 13 bevorzugt
parallel hinzugeschaltet wird, was bei einer leistungsmäßig
gleichen Ausgestaltung der Heizabschnitte 12 und 13 zu
einer Verdopplung der Leistung W führt. Nach Ablauf eines
weiteren Zeitabschnittes wird der zweite Heizabschnitt 13 wieder
ausgeschaltet, wonach über dem nachfolgenden Zeitabschnitt wieder
lediglich nur der erste Heizabschnitt 12 aktiviert ist.
Auch Letzterer wird nach Ablauf des nachfolgenden Zeitabschnittes
tx abgeschaltet, so dass über einen
weiteren Takt die Widerstandsheizung 10 in dem vorgegebenen
Zeitfenster nicht angesteuert wird. Hiernach wiederholt sich der
Schaltvorgang gemäß der Darstellung in 6.
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Alternativ
hierzu kann gemäß der Darstellung in 7 mit
dem Heizabschnitt 12 eine Basisleistung geschaltet sein,
auf die mittels des Heizabschnittes 13 eine Zusatzleistung
aufgetaktet wird.
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Zusätzlich
kann unter Anwahl einer gesonderten Bräunungsfunktion über
das Bedienfeld 3 die maximale Oberflächentemperatur
der Widerstandsheizung 10 erhöht werden. Durch
die gezielte Überwachung der Heizleitertemperatur ϑ2 über den Temperaturfühler 15 kann
die Heizung analog zu einer herkömmlichen Bratpfanne genutzt
werden. Hierzu wird das Rührwerk 5 diskontinuierlich
betrieben, um das auf der Heiz-Bodenoberfläche 16 befindliche
Medium M zu vermengen bzw. die Position einzelner Stücke
zu verändern. Die kritische Medientemperatur ϑkrit wird in dieser Funktion heraufgesetzt.
Die Medientemperatur ϑmed wird
hierbei nicht überwacht.
-
Durch
die angepasste Heizleistung reduziert sich die Oberflächentemperatur,
wodurch bei üblichem Gebrauch ein Anbrennen des Mediums
M vermieden 1 wird. Zugleich verbessern sich die Regeleigenschaften
bei reduzierter Leistung. Eine Umschaltung von parallelem zu beispielsweise
seriellem Betrieb erfolgt einerseits bei kritischen Oberflächentemperaturen
und andererseits kurz vor Erreichen der Medien-Zieltemperatur, die über
den Medien-Temperaturfühler 17 erfasst wird. Bei
unkritischen Medien, das heißt bei unkritischen Temperaturverhältnissen zwischen
den Messwerten der Temperaturfühler 15 und 17 kann
mit erhöhter Heizleistung, beispielsweise unter Parallelschaltung
der Heizabschnitte 12 und 13 mit 1600 W eine deutlich
erhöhte Aufheizgeschwindigkeit erzielt werden.
-
Bei
einer konzentrischen Anordnung kann der äußere
Heizabschnitt 13 des weiteren auch singulär mit
beispielsweise 800 W genutzt werden, um bei hoher Drehzahl des Rührwerks 5 mit
Trombenbildung des Mediums M im Zentrum einem Trockenlaufen entgegenzuwirken.
-
Alle
offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich.
In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt
der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollin haltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen.
-
- 1
- Küchenmaschine
- 2
- Radius
Gefäßboden
- 2
- Rührgefäß-Aufnahme
- 3
- Bedienfeld
- 4
- Rührgefäß
- 5
- Rührwerk
- 6
- Haltegriff
- 7
- Sockelbereich
- 8
- Deckel
- 9
- Einfüllöffnung
- 10
- Widerstandsheizung
- 11
- Gefäßboden
- 12
- Heizabschnitt
- 13
- Heizabschnitt
- 14
- Öffnung
- 15
- Heizflächen-Temperaturfühler
- 16
- Bodenoberfläche
- 17
- Medien-Temperaturfühler
- L1
- Phase
innerer Heizabschnitt
- L2
- Phase äußerer
Heizabschnitt
- M
- Medium
- N
- Nullleiter
- PE
- Schutzleiter
- TH
- Signalleiter
Heizflächen-Temperaturfühler
- TM
- Signalleiter
Medium-Temperaturfühler
- W
- Leistung
- a1
- radiale
Abmessung innerer Heizabschnitt
- a2
- radiale
Abmessung äußerer Heizabschnitt
- r
- Radius
Gefäßboden
- r1
- Außenradius
innerer Heizabschnitt
- r1'
- Innenradius
innerer Heizabschnitt
- r2
- Außenradius äußerer
Heizabschnitt
- r2'
- Innenradius äußerer
Heizabschnitt
- t
- Zeit
- tx
- Zeitabschnitt
- ϑ1
- Medientemperatur
- ϑ2
- Heizflächen-Temperatur
- ϑmed
- Zieltemperatur
- ϑkrit
- kritische
Temperatur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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