Stellen Sie den Heißluftbackofen auf 200 °C ein – dank des Displays sieht der Vorgang fast schon zu einfach aus. Wählen Sie eine Temperatur aus, stellen Sie den Timer ein und warten Sie, bis das Essen fertig ist.
Im Inneren des Ofens sieht es ganz anders aus.
Die Temperatur schwankt ständig. Das Heizelement erhöht die Temperatur, der Ventilator bläst heiße Luft durch den Garraum, die Metallteile nehmen Wärme auf und geben sie wieder ab, und der Sensor führt kontinuierlich Messungen durch. Stellt man ein Blech mit Tiefkühlkost hinein, verschiebt sich das Gleichgewicht erneut. Öffnet man die Tür für zehn Sekunden, kommt es sofort zu einer weiteren Veränderung.
Aus diesem Grund ist die Temperaturregelung bei Heißluftöfen zu einem wichtigen Bestandteil der Gerätekonstruktion geworden. Das Heizelement liefert zwar die Energie, doch das Steuerungssystem bestimmt, wie diese Energie gesteuert wird.
Für Hersteller, Händler und Eigenmarken lohnt es sich, diesen Unterschied zu verstehen. Zwei Öfen können zwar die gleiche Kapazität und Heizleistung haben, sich beim tatsächlichen Garen jedoch sehr unterschiedlich verhalten. Der eine erholt sich möglicherweise schnell nach dem Öffnen der Tür und hält die Temperatur relativ stabil. Der andere überschreitet möglicherweise wiederholt die Solltemperatur und fällt dann wieder darunter.
Der Unterschied liegt in der Regel in den Details des Temperaturregelsystems.
Inhaltsverzeichnis
Warum mehr Heizleistung nicht automatisch besseres Kochen bedeutet
Die Heizleistung ist eine der am einfachsten zu vergleichenden technischen Daten. Ein Backofen mit 1.800 W scheint weniger leistungsstark zu sein als ein Modell mit 2.000 W, daher liegt die Vermutung nahe, dass Letzteres eine bessere Leistung erbringt.
Diese Schlussfolgerung ist unvollständig.
Ein leistungsstärkeres Heizelement kann die Vorheizzeit verkürzen, was sicherlich von Vorteil ist. Sobald der Backofen jedoch die gewählte Temperatur erreicht, stellt sich eine neue Herausforderung. Das System muss verhindern, dass zu viel Wärme zugeführt wird, und gleichzeitig den Wärmeverlust sowie den Kühleffekt der Speisen ausgleichen.
Genau hier kann es schiefgehen.
Angenommen, die Solltemperatur beträgt 200 °C. Ein schlecht geregelter Ofen könnte schnell auf 200 °C ansteigen, dann weiter auf 220 °C oder mehr steigen, da das Heizelement und das umgebende Metall noch heiß sind, und anschließend die Heizung für einen längeren Zeitraum abschalten. Die Temperatur sinkt, die Heizung schaltet sich wieder ein, und derselbe Zyklus wiederholt sich.
Auf dem Display wird möglicherweise weiterhin eine Temperatur angezeigt, die nahe am gewählten Wert liegt, doch die tatsächliche Temperatur schwankt.
Beim Kochen spielt das eine Rolle.
Bräunung, Knusprigkeit, Feuchtigkeitsverlust und Garzeit hängen alle davon ab, wie viel Hitze das Essen erreicht. Ein paar Grad Abweichung ruinieren zwar nicht jedes Rezept, aber wiederholte Schwankungen können dazu führen, dass die Ergebnisse weniger vorhersehbar sind.
Bei der Bewertung eines Heißluftfritteuse mit Backofenfunktion, … ist es sinnvoller, drei Aspekte gemeinsam zu betrachten:
- Wie schnell der Backofen die Zieltemperatur erreicht
- Wie genau kann es diese Temperatur aufrechterhalten?
- Wie gleichmäßig sich die Wärme im Garraum verteilt
Der erste Faktor wird stark von der Heizleistung beeinflusst. Die beiden anderen hängen wesentlich stärker von der Gesamtkonstruktion ab.
Der Temperatursensor ist wichtiger, als es auf den ersten Blick scheint
Ein Heißluftfritteusen-Backofen hat keine einheitliche “Garraumtemperatur”.”
Die Luft in der Nähe des Heizelements kann deutlich heißer sein als die Luft in der Nähe der Tür. Auf der oberen Ebene können andere Bedingungen herrschen als auf der unteren. Die Metallwände können wiederum eine andere Temperatur aufweisen.
Der Sensor misst die Temperatur nur an einer bestimmten Stelle.
Das macht die Platzierung der Sensoren zu einer überraschend wichtigen Konstruktionsentscheidung.
Die Wahl der richtigen Position für den Temperatursensor
Die meisten Heißluftfritteusen arbeiten mit Thermistoren oder Thermoelementen. Beide können gut funktionieren, wenn sie richtig ausgewählt und in das Gerät integriert werden.
Die interessantere Frage ist, wo der Sensor angebracht wird.
Wenn man es zu nah am Heizelement platziert, reagiert es möglicherweise eher auf eine lokale Erwärmung als auf die durchschnittlichen Bedingungen im Garraum. Der Regler könnte dann zu dem Schluss kommen, dass der Ofen heiß genug ist, und die Heizleistung zu früh reduzieren.
Stellt ihr das Gerät an einen Ort mit schwacher Luftzirkulation, kann das gegenteilige Problem auftreten. Der Sensor reagiert möglicherweise nur langsam, während andere Bereiche des Garraums bereits deutlich heißer geworden sind.
Aus diesem Grund berücksichtigen erfahrene Geräteentwickler den Sensor im Zusammenhang mit dem Luftstromverlauf.
In einem Heißluftfritteusen-Backofen kann der Sensor so positioniert sein, dass er die zirkulierende Luft misst, anstatt direkt vor dem Heizelement zu sitzen. Die genaue Position hängt von der Bauweise des Garraums, der Anordnung des Gebläses, der Lage des Heizelements und den zu erwartenden Garbedingungen ab.
Es gibt keine universelle Sensorposition, die für jeden Backofen geeignet ist.
Einige fortgeschrittenere Konstruktionen verwenden mehrere Temperatursensoren. Dies kann zusätzliche Informationen über verschiedene Bereiche des Garraums liefern, obwohl das bloße Hinzufügen von Sensoren noch keine bessere Regelung garantiert. Die Regelungslogik muss weiterhin wissen, wie diese Messwerte zu interpretieren sind.
Für Einkäufer, die einen Lieferanten bewerten, ist die Frage “Welchen Sensor verwenden Sie?” zwar hilfreich, doch die Frage “Wo ist der Sensor installiert und wie wurde diese Position validiert?” kann noch viel mehr Aufschluss geben.
Der Kontrollausschuss entscheidet, wie es weitergeht
Der Sensor liefert Informationen, steuert den Backofen jedoch nicht selbstständig.
Diese Aufgabe obliegt der Steuerplatine und ihrer Software.
Im einfachsten Fall kann der Regler mit einer Ein-Aus-Logik arbeiten. Liegt die Temperatur unter dem Sollwert, schaltet sich das Heizelement ein. Erreicht die Temperatur den Sollwert, schaltet sich das Heizelement aus.
Dieser Ansatz ist kostengünstig und für viele einfache Geräte praktikabel. Sein Nachteil besteht darin, dass das physikalische System nicht sofort aufhört, Wärme zu erzeugen, sobald der Regler die Heizung abschaltet.
Das Heizelement ist noch heiß. Das Metall um das Heizelement herum ist noch heiß. Ein Teil dieser gespeicherten Energie fließt weiterhin in den Hohlraum.
Infolgedessen kann die Temperatur im Ofen weiter ansteigen, nachdem die Steuerung bereits beschlossen hat, die Beheizung zu beenden.
Dies ist einer der Gründe, warum eine einfache Regelungsstrategie zu spürbaren Temperaturschwankungen führen kann.
Wie die PID-Regelung das Ansprechverhalten verändert
Hochwertigere Backöfen können mit einer PID-Regelung ausgestattet sein.
PID steht für Proportional, Integral und Differential. Der Regler berücksichtigt nicht nur die Differenz zwischen der gemessenen Temperatur und dem Sollwert, sondern auch, wie lange der Fehler bereits besteht und wie schnell sich die Temperatur ändert.
Dieser letzte Teil ist besonders beim Vorheizen nützlich.
Stellen Sie sich vor, der Ofen hat eine Temperatur von 180 °C und nähert sich sehr schnell dem Sollwert von 200 °C. Ein Regler, der nur die Differenz von 20 °C berücksichtigt, könnte weiterhin eine erhebliche Heizleistung zuführen.
Ein Regler, der auch die Temperaturanstiegsrate berücksichtigt, verfügt über eine weitere Information. Er erkennt, dass sich der Ofen bereits rasch dem Sollwert nähert, und beginnt, den Heizbedarf zu reduzieren, bevor die gespeicherte Wärme die Temperatur zu weit über den Sollwert hinaus ansteigen lässt.
Natürlich sorgt die Integration einer PID-Regelung in die Software nicht automatisch dafür, dass ein Gerät präzise arbeitet. Die Parameter müssen auf das jeweilige Heizelement, den Garraum, den Lüfter, die Isolierung und den Sensor abgestimmt werden.
Eine Regelungsstrategie, die bei einem Ofen gut funktioniert, kann bei einem anderen Ofen schlechte Ergebnisse liefern, da die thermischen Eigenschaften unterschiedlich sind.
Aus diesem Grund validieren erfahrene Hersteller in der Regel das gesamte System, anstatt lediglich eine bestimmte Steuerungsmethode in ein Datenblatt aufzunehmen.
Das Heizelement und der Lüfter müssen zusammenarbeiten
Das Heizelement erzeugt Wärmeenergie. Der Lüfter bestimmt, wie viel dieser Energie im Innenraum verteilt wird.
Diese Beziehung wird leicht unterschätzt.
Ein Backofen kann zwar über ein leistungsstarkes Heizelement verfügen, dennoch zu ungleichmäßigen Garergebnissen führen, wenn die Luftzirkulation schlecht ausgelegt ist. Heiße Luft kann sich in einem Bereich ansammeln, während ein anderer Teil des Garraums relativ kühl bleibt.
Auch die Lüfterdrehzahl spielt eine Rolle.
Ein zu geringer Luftstrom kann zu Temperaturunterschieden zwischen den einzelnen Rack-Positionen führen. Ein zu starker oder falsch ausgerichteter Luftstrom kann den Wärmeverlust beeinflussen und die Messwerte des Sensors verfälschen.
Auch die bauliche Gestaltung des Gehäuses spielt eine Rolle. Der Abstand zwischen den Einschüben, die Position der Einschübe, die Luftkanäle, die Anordnung der Lüfter und die Platzierung der Heizelemente beeinflussen allesamt die endgültige Temperaturverteilung.
Mit anderen Worten: Die Temperaturregelung lässt sich nicht wirklich von der Luftströmungsgestaltung trennen.
Der Regler mag zwar hervorragend sein, aber er kann nur auf die Informationen reagieren, die er vom Sensor erhält, sowie auf die physikalische Reaktion des Geräts.
Was passiert eigentlich innerhalb der Rückkopplungsschleife?
Das Grundprinzip ist einfach:
Der Ofen wertet das Ergebnis seiner letzten Aktion aus und nutzt diese Informationen, um zu entscheiden, was als Nächstes zu tun ist.
Der Sensor misst die Temperatur.
Der Regler vergleicht den Messwert mit dem Sollwert.
Die Heizungsanlage passt ihre Leistung an.
Die Temperatur ändert sich.
Der Sensor führt erneut eine Messung durch.
Dann wiederholt sich der Vorgang.
Das ist die Rückkopplungsschleife.
Sein Wert wird deutlich, wenn der Ofen auf etwas Unvorhergesehenes stößt.
Das Öffnen einer Tür ist ein guter Praxistest
Stellen Sie sich vor, ein Nutzer überprüft das Essen nach der Hälfte der Garzeit.
Die Tür öffnet sich. Heiße Luft entweicht und kühlere Raumluft strömt herein. Die Temperatur im Hohlraum sinkt.
Ein gut konzipiertes Regelsystem sollte die Änderung erkennen und darauf reagieren, ohne dass es zu einem weiteren starken Überschwingen kommt.
Das klingt einfach, aber die Genesung ist in Wirklichkeit ein Balanceakt.
Wenn der Regler zu langsam reagiert, kann es vorkommen, dass der Ofen längere Zeit unter der gewünschten Temperatur bleibt. Die Garzeit kann sich dadurch verlängern, und die Ergebnisse können uneinheitlich ausfallen.
Reagiert das System zu stark, kann die Temperatur über den Sollwert steigen, sobald sich der Arbeitsraum wieder stabilisiert hat.
Das Ziel ist eine kontrollierte Erwärmung und nicht einfach nur die maximale Heizleistung.
Dies ist ein Grund, warum Tests unter realen Bedingungen einem Käufer mehr Aufschluss geben können als ein einfacher Vorheiztest. Ein Backofen, der im leeren Garraum eine gute Leistung erbringt, kann sich anders verhalten, wenn kalte Speisen hineingestellt werden oder wenn die Tür wiederholt geöffnet wird.
Die Temperaturgenauigkeit und die Temperaturgleichmäßigkeit bei Heißluftfritteusen unterscheiden sich
Diese beiden Begriffe werden manchmal so verwendet, als hätten sie dieselbe Bedeutung.
Das tun sie nicht.
Die Temperaturgenauigkeit gibt an, wie nah die gemessene Temperatur am gewünschten Sollwert liegt.
Die Temperaturgleichmäßigkeit gibt an, wie ähnlich die Temperaturen in verschiedenen Bereichen des Hohlraums sind.
Ein Ofen kann an der Sensorposition eine hervorragende Genauigkeit aufweisen und dennoch eine schlechte Gleichmäßigkeit haben.
Beispielsweise kann der Regler die Temperatur des Sensors bei etwa 200 °C halten, während der obere Einschub eine höhere Temperatur erreicht und der untere Einschub kühler bleibt.
Aus Sicht des Controllers mag alles normal erscheinen.
Aus Sicht des Benutzers kann es vorkommen, dass ein Tablett schneller bräunt als ein anderes.
Aus diesem Grund kann die thermische Kartierung bei der Bewertung eines Herstellers von Heißluftöfen hilfreich sein. Durch die Anbringung von Temperaturfühlern an verschiedenen Stellen im Garraum können Ingenieure beobachten, wie sich die Wärme während des Vorheizens und Garens entwickelt.
Für B2B-Einkäufer sind solche Informationen aussagekräftiger als eine allgemeine Aussage wie “hohe Temperaturgenauigkeit”.”
Fragen Sie nach, wo die Messungen durchgeführt wurden, unter welchen Belastungsbedingungen und wie lange sich der Ofen stabilisieren konnte.
Die Testbedingungen spielen eine Rolle.
Mehrere kleine Konstruktionsprobleme können sich summieren
Die Temperaturleistung hängt selten von einer einzigen Komponente ab.
Ein Sensor mit einem geringen Kalibrierungsfehler stellt für sich genommen möglicherweise kein großes Problem dar. Ebenso wenig wie ein leicht ungleichmäßiger Luftstrom. Und ebenso wenig wie ein geringer Wärmeverlust durch die Tür.
Wenn jedoch mehrere kleine Fehler zusammenkommen, kann sich das Ergebnis bemerkbar machen.
Sensorkalibrierung
Jeder Sensor weist eine Toleranz auf. Wenn der Sensor durchgehend höhere Werte als die tatsächliche Temperatur anzeigt, kann es vorkommen, dass der Regler die Heizleistung zu früh reduziert. Zeigt er niedrigere Werte an, kann es vorkommen, dass der Regler die Heizleistung länger aufrechterhält.
Daher sind die Kalibrierung in der Produktion und die Konsistenz der Komponenten von Bedeutung.
Reaktionszeit des Sensors
Ein Sensor muss zudem schnell genug auf sich ändernde Bedingungen reagieren.
Während des Vorheizens kann die Temperatur schnell ansteigen. Nach dem Öffnen der Tür kann sie schnell wieder sinken. Ein langsamer Sensor liefert dem Regler verzögerte Informationen.
Bis der Regler reagiert, haben sich die physikalischen Bedingungen möglicherweise bereits geändert.
Isolierung
Die Wärme, die aus dem Hohlraum entweicht, muss ersetzt werden.
Eine schlechte Wärmedämmung erhöht die Belastung der Heizungsanlage und kann sich sowohl auf den Energieverbrauch als auch auf die Temperaturstabilität auswirken.
Auch die Türdichtung und die Glaskonstruktion spielen eine Rolle, da die Vorderseite des Backofens eine erhebliche Wärmeverlustquelle darstellen kann.
Nahrungsaufnahme
Bei normalem Gebrauch erhitzt sich der Backofen nicht, wenn er leer ist.
Kalte Speisen nehmen Wärme auf. Gefrorene Speisen können einen noch stärkeren Einfluss haben. Auch die aus den Speisen verdunstende Feuchtigkeit verändert die thermischen Bedingungen im Kochbereich.
Ein Steuerungssystem, das bei einem Test mit leerem Ofen hervorragende Ergebnisse liefert, sollte daher unter realistischen Belastungsbedingungen geprüft werden, bevor Rückschlüsse auf die tatsächliche Kochleistung gezogen werden.
Wie B2B-Einkäufer einen Hersteller bewerten sollten
Bei der Beschaffung von Heißluftöfen können die Antworten des Herstellers auf technische Fragen überraschend aufschlussreich sein.
Anstatt sich nur auf die Wattzahl und die Kapazität zu beschränken, fragen Sie sich:
- Welche Art von Temperatursensor wird verwendet?
- Wie groß ist die Sensortoleranz?
- Wo befindet sich der Sensor?
- Warum wurde dieser Standort ausgewählt?
- Wie werden Sensoren während der Produktion kalibriert?
- Verwendet das Produkt eine Ein-Aus-Regelung, eine PID-Regelung oder eine andere Regelungsstrategie?
- Welche Temperaturabweichung wird nach der Stabilisierung gemessen?
- Wie schnell erreicht der Backofen wieder die ursprüngliche Temperatur, nachdem die Tür geöffnet wurde?
- Wurde der Backofen mit unterschiedlichen Beladungen getestet?
- Wurde die Temperaturgleichmäßigkeit an verschiedenen Positionen im Regal geprüft?
- Kann der Lieferant Daten zur thermischen Kartierung oder zu Temperaturtests vorlegen?
- Wie reagiert das Steuerungssystem auf Schwankungen der Versorgungsspannung?
Ein kompetenter Hersteller sollte in der Lage sein, diese Fragen mit mehr als nur Marketingfloskeln zu beantworten.
Die nützlichen Informationen finden sich in der Regel in den Details: Testbedingungen, Messpunkte, Toleranzbereiche, Stichprobengröße und Wiederholbarkeit.
Für einen Einkäufer von Eigenmarken ist dies von Bedeutung, da der Kunde das Produkt letztendlich in der Küche auf Herz und Nieren prüft. Wenn der Backofen dort unzuverlässig funktioniert, schützt ein Datenblatt die Marke nicht vor Rücksendungen und Beschwerden.
So sieht eine gute Temperaturregelung in der Praxis aus
Man neigt dazu, die Temperaturgenauigkeit als einen einzigen Wert zu betrachten.
Echte Geräte sind komplizierter.
Ein gutes System muss mit angemessener Geschwindigkeit aufheizen, übermäßige Überschwingungen vermeiden, einen stabilen Betriebsbereich aufrechterhalten, die Wärme effektiv verteilen und sich bei veränderten Bedingungen sinnvoll anpassen.
Diese Anforderungen können manchmal miteinander in Konflikt stehen.
Eine höhere Heizleistung kann das Vorheizen verbessern, erschwert jedoch die Regelung des Überschwingens.
Ein stärkerer Luftstrom kann die Zirkulation verbessern, wirkt sich jedoch auf den Wärmeverlust und das Verhalten der Sensoren aus.
Ein sehr konservativer Regler vermeidet zwar ein Überschwingen, benötigt aber möglicherweise zu lange für die Rückführung.
Die technische Herausforderung besteht darin, ein tragfähiges Gleichgewicht für das gesamte Gerät zu finden.
Aus diesem Grund ist die beste Lösung zur Temperaturregelung für einen kompakten Tisch-Heißluftfritteusen-Ofen möglicherweise nicht die richtige Lösung für ein größeres Modell mit mehreren Einschüben.
Die thermische Masse, das Garraumvolumen, die Konfiguration der Heizelemente, die Eigenschaften des Lüfters und die erwartete Lebensmittelmenge unterscheiden sich.
Abschließende Gedanken
Wenn ein Heißluftfritteusen-Backofen ungleichmäßig gart, wird oft als Erstes das Heizelement dafür verantwortlich gemacht. Manchmal ist es tatsächlich der Grund. Häufig liegt das eigentliche Problem jedoch irgendwo im umgebenden System.
Möglicherweise misst der Sensor den falschen Bereich des Garraums. Die Regelparameter sind möglicherweise nicht auf die Heizung abgestimmt. Der Luftstrom könnte zu heißen und kalten Zonen führen. Die Isolierung ist möglicherweise unzureichend. Oder das System wurde unter idealen Bedingungen statt mit realistischen Lebensmittelbeladungen getestet.
Aus diesem Grund sollte die Temperaturregelung von Heißluftöfen bei der Bewertung eines Anbieters genauer unter die Lupe genommen werden.
Für die Hersteller besteht das Ziel darin, Sensor, Software, Heizung, Lüfter, Kammer und Isolierung als ein einheitliches System zusammenwirken zu lassen.
Für Händler und Eigenmarken besteht das Ziel darin, zu verstehen, wie dieses System tatsächlich getestet wurde.
Ein 2.000-W-Heizelement gibt Auskunft darüber, wie viel elektrische Leistung der Backofen aufnehmen kann. Es sagt jedoch nichts darüber aus, ob das Essen gleichmäßig gar wird.
Eine Temperaturanzeige gibt Auskunft darüber, wie der Regler die Situation einschätzt. Sie gibt jedoch nicht unbedingt Aufschluss darüber, was tatsächlich im gesamten Garraum vor sich geht.
Die sinnvolleren Fragen beziehen sich daher auf Messung, Reaktion, Stabilität, Erholung und Gleichmäßigkeit.
Genau hier zeigt sich die wahre Qualität des Temperaturregelsystems eines Heißluftfritteusen-Ofens.
