DE102021131619A1

DE102021131619A1 - Verfahren zum Bestimmen einer von einem in einem Garraum befindlichen Gargut absorbierten Leistung sowie Gargerät und Computerprogramm

Info

Publication number: DE102021131619A1
Application number: DE102021131619.7A
Authority: DE
Inventors: auf Antrag nicht genannt. Erfinder
Original assignee: Topinox SARL
Current assignee: Topinox SARL
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2023-06-01
Also published as: EP4442081A1; WO2023099287A1; US20250048509A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer von einem in einem Garraum (14) befindlichen Gargut (18) absorbierten Leistung P_GG, mit den folgenden Schritten:
S1. Einspeisen von elektromagnetischer Strahlung in einen leeren Garraum (14) über einen definierten Frequenzbereich;
S2. Erfassen einer frequenzabhängigen Hochfrequenzeigenschaft des leeren Garraums (14) über den Frequenzbereich;
S3. Bestimmen einer Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums (14) anhand der erfassten Hochfrequenzeigenschaft;
S4. Einspeisen von elektromagnetischer Strahlung in einen mit Gargut (18) beladenen Garraum (14) über einen definierten Frequenzbereich;
S5. Erfassen einer frequenzabhängigen Hochfrequenzeigenschaft des mit Gargut (18) beladenen Garraums (14) über den Frequenzbereich;
S6. Bestimmen einer Garraumeigenschaft Q_beladen des mit Gargut (18) beladenen Garraums (14) anhand der erfassten Hochfrequenzeigenschaft; und
S7. Bestimmen einer vom Gargut (18) absorbierten Leistung P_GG anhand der Garraumeigenschaften Q_leer, Q_beladen und einer in den Garraum (14) eingespeisten Leistung P_wirk.
Ferner betrifft die Erfindung ein Gargerät (10) mit einem Mikrowellenmodul (20) und ein Computerprogramm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer von einem in einem Garraum befindlichen Gargut absorbierten Leistung. Ferner betrifft die Erfindung ein Gargerät mit einem Mikrowellenmodul und ein Computerprogramm.
In Profi- bzw. Großküchen kommen Gargeräte zum Einsatz, die ein in einem Garraum des Gargeräts befindliches Gargut in unterschiedlicher Weise garen können. Neben den klassischen Verfahren, die mittels Heißluft und/oder Dampf das Gargut garen, werden bei modernen Gargeräten häufig auch Mikrowellenquellen eingesetzt, die das Gargut mittels elektromagnetischer Strahlung erwärmen. Als Mikrowellenquellen können Magnetrons sowie Halbleiterbauteile zum Einsatz kommen.
Die Mikrowellenquellen, insbesondere die durch Halbleiterbauteile ausgebildeten Mikrowellenquellen („Solid State Microwave Generator“ (SSMG)), können neben der Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung zum Garen auch dafür eingesetzt werden, Informationen bezüglich des im Garraum befindlichen Garguts und/oder Garzubehörs zu erfassen. Zu diesem Zweck können beispielsweise mittels der Halbleiterbauteile ein- und auslaufende Wellen, insbesondere an den Einspeisepunkten des Garraums, gemessen und daraus die eingebrachte Leistung sowie die Hochfrequenzeigenschaften des (beladenen) Garraums bestimmt werden. Aus den Hochfrequenzeigenschaften können wiederrum unter anderem bestimmte Garguteigenschaften und/oder Garraumbeladungsmengen bestimmt werden.
Aus derartigen Messungen kann bisher jedoch nicht unterschieden werden, ob bzw. zu welchem Anteil die eingebrachte Leistung im Gargut oder parasitär, beispielsweise in den Wänden des Garraums oder durch ein Lüfterrad, absorbiert wurde.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit bereitzustellen, eine von einem im Garraum befindlichen Gargut tatsächlich absorbierte Leistung unter Berücksichtigung parasitärer Absorption exakt zu bestimmen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen einer von einem in einem Garraum befindlichen Gargut absorbierten Leistung mit den folgenden Schritten:

S1. Einspeisen von elektromagnetischer Strahlung in einen leeren Garraum über einen definierten Frequenzbereich;
S2. Erfassen einer frequenzabhängigen Hochfrequenzeigenschaft des leeren Garraums über den Frequenzbereich;
S3. Bestimmen einer Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums anhand der erfassten Hochfrequenzeigenschaft;
S4. Einspeisen von elektromagnetischer Strahlung in einen mit Gargut beladenen Garraum über einen definierten Frequenzbereich;
S5. Erfassen einer frequenzabhängigen Hochfrequenzeigenschaft des mit Gargut beladenen Garraums über den Frequenzbereich;
S6. Bestimmen einer Garraumeigenschaft Q_beladen des mit Gargut beladenen Garraums anhand der erfassten Hochfrequenzeigenschaft; und
S7. Bestimmen einer vom Gargut absorbierten Leistung P_GG anhand der Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums, der Garraumeigenschaft Q_beladen des mit Gargut beladenen Garraums und einer in den Garraum eingespeisten Leistung P_wirk.

Der Grundgedanke der Erfindung ist es, zunächst einfach und kostengünstig zu bestimmende Hochfrequenzeigenschaften für einen unbeladenen Garraum, also einen leeren Garraum, sowie einen beladenen Garraum separat voneinander zu erfassen bzw. (direkt) zu messen.
Die jeweilige Hochfrequenzeigenschaft kann ein Verhältnis der elektromagnetischen Wellen, insbesondere der Amplituden elektromagnetischer Wellen, sein, die an den Einspeisepunkten des Garraums ein- bzw. auslaufen, beispielsweise an Antennen, die zum Einspeisen der elektromagnetischen Energie vorgesehen sind. Auch kann die Hochfrequenzeigenschaft ein Verhältnis der Phasen der ein- bzw. auslaufenden elektromagnetischen Wellen sein. Insbesondere kann die Hochfrequenzeigenschaft auch ein Streuparameter S sein.
Die entsprechenden elektromagnetischen Wellen, die erfasst werden, werden auch als vorwärtslaufende elektromagnetische Wellen bzw. als rücklaufenden elektromagnetische Wellen bezeichnet.
Anhand der entsprechenden Hochfrequenzeigenschaft kann dann eine entsprechende Garraumeigenschaft Q für den Garraum bestimmt werden, bei dem die Hochfrequenzeigenschaft gemessen wurde, also beispielsweise im beladenen oder im leeren Zustand. Insbesondere kann eine Garraumeigenschaft Q dabei ein Maß für eine dielektrische Last im Garraum und/oder eine Garraumgüte sein, also die Güte des Garraums.
Ein Vergleich der Garraumeigenschaft für den leeren Garraum Q_leer sowie der Garraumeigenschaft für den beladenen Garraum Q_beladen lässt Rückschlüsse darauf zu, welcher Anteil der in den Garraum eingebrachten Leistung P_wirk im Garraum selbst, beispielsweise durch parasitäre Absorption, verloren geht und welcher Anteil tatsächlich zur Garguterwärmung nutzbar ist.
Bei der in den Garraum eingebrachten Leistung P_wirk handelt es sich insbesondere um Mikrowellenleistung, die von einer Mikrowellenquelle des Gargeräts eingespeist worden ist.
Insofern handelt es sich bei der vom Gargut absorbierten Leistung P_GG um eine vom Gargut absorbierte Mikrowellenleistung.
Bezüglich des Vergleichs wurde insbesondere festgestellt, dass eine vom Gargut tatsächlich absorbierte Leistung P_GG in guter Näherung proportional, insbesondere direkt proportional, zu einer eingespeisten Leistung P_wirk sein kann, wobei die Proportionalitätskonstante von einem Verhältnis der Garraumeigenschaften Q_beladen/Q_leer abhängig ist.
Beispielsweise kann folgender Zusammenhang zwischen den soeben benannten Parametern vorliegen: $P_{GG} = (1 - Q_{beladen} / Q_{leer}) * P_{wirk}$
Die Kenntnis eines solchen Zusammenhanges ermöglicht es, die vom Gargut tatsächlich absorbierte Leistung P_GG schnell und einfach zu bestimmen.
Hierdurch ist es auch möglich, dass die vom Gargut tatsächlich absorbierte Leistung P_GG beispielsweise überwacht wird, also ein sogenanntes Monitoring stattfindet, um Veränderungen der Leistungsabsorption durch das Gargut zu erfassen. Dadurch können ablaufende Garprozesse noch präziser gesteuert bzw. geregelt werden, sodass ein Garergebnis, beispielsweise eine gewünschte Krustenbildung, verbessert und/oder eine Garzeit und/oder manuelle Garzustandskontrollen reduziert werden können.
Mit anderen Worten ist ein Echtzeit-Monitoring möglich, sodass direkt auf Veränderungen der Absorptionseigenschaften des Garguts reagiert werden kann.
Veränderungen der Absorptionseigenschaften können sich insbesondere aufgrund von Veränderungen der Geometrie des Garguts, beispielsweise ein Aufgehen von Teigwaren oder ähnlichem, und/oder aufgrund von Veränderungen der Gargutparameter des Garguts ergeben, beispielsweise die (aktuelle) Dichte des Garguts, der (aktuelle) Wassergehalt des Garguts, der (aktuelle) Eiweißgerinnungsgrad des Garguts und/oder weitere Garguteigenschaften.
Wie eingangs erwähnt, kann die Mikrowellenleistung dabei ausschließlich zum Sensieren des Absorptionsverhalten des Garguts verwendet werden. Die entsprechenden Veränderungen der Geometrie des Garguts und/oder die Veränderungen der Gargutparameter des Garguts können sich daher aufgrund eines klassischen Garverfahrens ergeben, also aufgrund von Heißluft und/oder Dampf.
Die Bestimmung der Garraumeigenschaft aufgrund einer erfassten Hochfrequenzeigenschaft ist beispielsweise in der DE 10 2019 127 620 A1 beschrieben.
Ein Aspekt sieht vor, dass die in den Schritten S2 und S5 jeweils bestimmte Hochfrequenzeigenschaft ein Streuparameter S ist. Streuparameter S sind verhältnismäßig einfach zu bestimmen, nämlich mittels ein- bzw. auslaufender elektromagnetischer Wellen. Zudem werden die Streuparameter ohnehin bei vielen modernen Gargeräten mit Mikrowellenquelle standardmäßig zu Heizregelungszwecken erfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die Garraumeigenschaften Q_leer und Q_beladen deterministische Maße sein. Besonders bevorzugt kann das gesamte Verfahren somit rein deterministisch sein, was bedeutet, dass es gänzlich ohne statistische und/oder stochastische Auswertungsschritte auskommt. Folglich ist das Verfahren entsprechend schnell und mit geringem Auswertungs- bzw. Berechnungsaufwand ausführbar. Die benötigte Rechenleistung lässt sich also reduzieren.
In einer technisch einfach zu implementierenden Ausführungsform können die Garraumeigenschaften Q_leer und Q_beladen in den Schritten S3 und S6 beispielsweise durch Ableiten der in den Schritten S2 und S5 erfassten Hochfrequenzeigenschaften nach der Frequenz und Integrieren der Ableitungsergebnisse berechnet sein. Hierdurch kann, im Vergleich zur Bestimmung der Garraumeigenschaften anhand statistischer Methoden oder mittels künstlicher Intelligenz, der Berechnungsaufwand- und/oder die Berechnungszeit reduziert werden.
Bei der Integration handelt es sich insbesondere um eine numerische Integration der nach der Frequenz abgeleiteten Hochfrequenzeigenschaft, also deren Funktion. Dies kann mittels der Trapezregel erfolgen. Über die numerische Integration lässt sich das Schwingungsverhalten der Hochfrequenzeigenschaft auf eine reelle Zahl abbilden, die somit als deterministisches Maß verwendet werden kann.
Allgemein lässt sich die jeweilige Garraumeigenschaft des leeren bzw. beladenen Garraums dadurch bestimmen, dass eine Betragsfunktion der nach der Frequenz abgeleiteten Funktion der Hochfrequenzeigenschaft gebildet wird, um eine Funktion des Betrags der nach der Frequenz abgeleiteten Funktion der Hochfrequenzeigenschaft zu erhalten, die integriert wird, insbesondere wobei der Betrag der nach der Frequenz abgeleitete Funktion numerisch integriert wird.
Vorzugsweise charakterisieren die Garraumeigenschaften Q_leer und Q_beladen dielektrische Lasten des Garraums, insbesondere anhand von reellen Zahlen. Auch ein leerer Garraum stellt eine entsprechende dielektrische Last dar, nämlich aufgrund der parasitären Absorption. Es wurde festgestellt, dass eine genaue Bestimmung der vom Gargut absorbierten Leistung P_GG auch möglich ist, ohne die zahlreichen Randbedingungen, wie die Verteilung von elektromagnetischen Wellen bzw. Feldern im Garraum die Gargutform und/oder-position vorab ermitteln zu müssen. Denn alle diese Einflussfaktoren finden in den aus den Hochfrequenzeigenschaften ermittelten Garraumeigenschaften Q_leer und Q_beladen ihre Berücksichtigung.
Gemäß einem Aspekt des Verfahrens kann die vom Gargut absorbierte Leistung P_GG in Schritt S7 auf technisch einfache Weise unter anderem durch einen Quotienten der Garraumeigenschaften Q_leer und Q_beladen bestimmt werden.
Alternativ kann, beispielsweise um die Genauigkeit des Verfahrens weiter zu verbessern, ein Zusammenhang zwischen der eingespeisten Leistung P_wirk und der vom Gargut absorbierten Leistung P_GG auch aus den ermittelten Garraumeigenschaften Q_leer und Q_beladen mittels einer Mustererkennung, insbesondere künstlicher Intelligenz, bestimmt werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Garraumeigenschaften Q_beladen für einen mit Gargut beladenen Garraum in Schritt S6 während eines Garvorganges kontinuierlich und/oder in regelmäßigen Zeitabständen bestimmt werden. Verändern sich während eines Garprozesses die dielektrischen Eigenschaften eines Garguts, beispielsweise durch Eiweißgerinnung, Verdunstung, Oberflächenveränderung und/oder Geometrieveränderung, so kann sich dadurch der vom Gargut absorbierte Anteil der eingestrahlten Mikrowellenleistung verändern. Diese Veränderung kann durch die zeitliche Überwachung der Eigenschaften des beladenen Garraums Q_beladen verfolgt und so beispielsweise ein Garfortschritt des Garguts exakt bestimmt werden.
Es kann also vorgesehen sein, dass eine zeitliche Veränderung der Garraumeigenschaft Q_beladen des mit Gargut beladenen Garraums ermittelt wird.
In einem weiteren Aspekt des Verfahrens wird die in Schritt S1 in den Garraum eingespeiste elektromagnetische Strahlung ausschließlich zum Bestimmen der vom Gargut absorbierten Leistung P_GG eingesetzt. Insofern kann die Leistung der eingebrachten Mikrowellen (elektromagnetische Strahlung) eine Größe haben, die für das Garen des Garguts ungeeignet ist, da sie zu gering ist. Eine derartige Leistung wird auch als Sensorleistung bezeichnet, die ausschließlich zum Sensieren genutzt wird.
Zum Garen des Garguts werden dagegen klassische Techniken wie Konvektion verwendet. Es ist beispielsweise möglich, in den beladenen Garraum eine Mikrowellenstrahlung einzuspeisen, um während eines konvektionsgetriebenen Garvorganges die vom Gargut absorbierte Leistung P_GG anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens zu bestimmen und deren Veränderung zu überwachen, um so Rückschlüsse über den Garzustand des Garguts während des Garvorgangs zu erhalten.
Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass elektromagnetische Strahlung zum Garen des Garguts vorgesehen wird, beispielsweise unterstützend zu klassischen Techniken oder sogar als ausschließliche Energiezufuhr zum Garen des Garguts.
Eine entsprechende Mikrowellenquelle kann zwischen einem Sensorbetrieb und einem Heizbetrieb hin- und herschalten, insbesondere wobei der Sensorbetrieb beispielsweise periodisch erfolgt, um eine Veränderung des Garguts periodisch zu erfassen. Dies ist möglich, indem die Veränderung der vom Gargut absorbierten Leistung P_GG anhand der Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums, der Garraumeigenschaft Q_beladen des mit Gargut beladenen Garraums und der in den Garraum eingespeisten Leistung P_wirk erfasst wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Verfahren demnach dazu geeignet, in Kombigeräten mit mehreren Energiequellen zum Erwärmen von Gargut eingesetzt zu werden, wobei bevorzugt eine der Energiequellen eine Mikrowellenquelle, insbesondere eine halbleiterbasierte Mikrowellenquelle, ist, mittels derer elektromagnetische Strahlung sowohl zum Garen, als auch zum Bestimmen einer vom Gargut absorbierten Leistung P_GG in einen Garraum einspeisbar ist, nämlich im Sensorbetrieb.
Gemäß eines weiteren Aspektes können die Garraumeigenschaft(en) Q_leer und/oder Q_beladen in einer Datenbank gespeichert werden, insbesondere wobei die Schritte S1 bis S6 in einem Testgerät ausgeführt werden und die daraus bestimmte(n) und in der Datenbank gespeicherte(n) Garraumeigenschaft(en) Q_leer und/oder Q_beladen dazu verwendet wird bzw. werden, um im Schritt S7 die von einem im Garraum des Gargeräts befindlichen Garguts absorbierte Leistung P_GG zu bestimmen, wobei das Gargerät vom Testgerät verschieden ist.
Am Testgerät einmal gemessene und abgespeichert Werte, beispielsweise eine Garraumeigenschaft Q_leer eines bestimmten unbeladenen Garraums, können so einfach auf andere Gargeräte übertragen werden, insbesondere auf solche Gargeräte, die einen Garraum des gleichen Typs aufweisen, also zumindest hinsichtlich des Garraums baugleiche Gargeräte. Dadurch müssen die Schritte S1 bis S3 zur Bestimmung einer vom Gargut absorbierten Leistung P_GG nicht bei jedem Garprozess von neuem durchgeführt werden. Dies vereinfacht und beschleunigt den Prozess und verbessert zudem die Nutzerfreundlichkeit.
Grundsätzlich lässt sich auch ein Mikrowellen-Energiezähler implementieren, der angibt, wieviel Energie von dem im Garraum befindlichen Gargut absorbiert wurde. Hierzu wird mittels des beschriebenen Verfahrens die vom Gargut absorbierte Leistung P_GG erfasst, insbesondere während eines Mikrowellen-Garbetriebs, bei dem die Mikrowellenstrahlung das Garen des Garguts zumindest unterstützt.
Der so ermittelte Mikrowellen-Energiewert, der vom Mikrowellen-Energiezähler bereitgestellt wird, kann an den Nutzer des Garguts ausgegeben werden, sodass dieser über die durch Mikrowellenquelle zusätzlich in das Gargut eingebrachte Energie informiert wird, also die entsprechende Energie, die das Gargut auch tatsächlich absorbiert hat. Der entsprechende Wert kann in Kilojoule (kJ), einer auf Kilojoule basierenden Einheit oder als Prozentangabe bezüglich der insgesamt einzubringen Energie ausgegeben werden, damit das Gargut das gewünschte Garergebnis hinsichtlich der Energiezufuhr hat.
Darüber hinaus kann während des ablaufenden Garverfahrens eine Regelung der Leistung auf die (tatsächlich) absorbierte Leistung des Garguts erfolgen.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Gargerät mit einem Garraum, wenigstens einem Mikrowellenmodul, das ausgebildet und eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung in den Garraum einzuspeisen, und einer Steuer- und/oder Auswertereinheit, die ausgebildet und eingerichtet ist, ein Verfahren der zuvor beschriebenen Art durchzuführen oder zu veranlassen.
Auch wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um zumindest das Bestimmen der Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums in Schritt S3, das Bestimmen der Garraumeigenschaft Q_beladen des beladenen Garraums in Schritt S6 und/oder das Bestimmen einer vom Gargut absorbierten Leistung P_GG in Schritt S7 eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm mittels einer Recheneinheit, insbesondere einer Steuer- und/oder Auswertereinheit des Gargerätes, ausgeführt wird.
Die Vorteile und Eigenschaften, die zum Verfahren diskutiert wurden, gelten selbstverständlich auch für das erfindungsgemäße Gargerät und Computerprogramm in entsprechender Weise.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gargeräts;
- 2 ein Diagramm, in dem eine gemessene absorbierte Leistung des Garguts über eine durch Berechnung erwartete absorbierte Leistung eines Garguts aufgetragen ist;
- 3 eine schematische Darstellung eines Garraums eines Gargerätes mit einem mit Spiegeleiern beladenem Garzubehör; und
- 4 ein Diagramm, in dem von den Spiegeleiern aus 3 absorbierte Leistungen aus mehreren Versuchen über die Zeit aufgetragen ist.

In 1 ist ein Gargerät 10 gezeigt, das ein Gehäuse 12 aufweist, welches einen Garraum 14 sowie einen Technikraum 16 umgibt.
In dem Garraum 14 ist ein Gargut 18 eingebracht, welches in dem Gargerät 10 gegart werden soll.
Hierzu umfasst das Gargerät 10 neben einer hier nicht dargestellten anderen Heizvorrichtung mehrere Mikrowellenmodule 20, die in der gezeigten Ausführungsform mit einem als Halbleiterbauteil ausgebildeten Mikrowellengenerator 22 verbunden sind, der als (kohärente) Mikrowellenquelle dient.
Alternativ kann jedem Mikrowellenmodul 20 ein eigener Mikrowellengenerator 22 zugeordnet sein.
Die Mikrowellenmodule 20 sind dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung in den Garraum 14 einzuspeisen. Dazu weist jedes Mikrowellenmodul 20 eine Antenne 24, einen Richtkoppler 26 sowie einen Mikrowelleneingang 28 auf, durch welchen das Mikrowellenmodul 20 Mikrowellen (elektromagnetische Strahlung) von einem Mikrowellengenerator 22 erhält.
Die Richtkoppler 26 der jeweiligen Mikrowellenmodule 20 ermöglichen in dem in 1 skizierten Aufbau eine getrennte Messung der an den jeweiligen Einspeisepunkten ein- und auslaufenden elektromagnetischen Wellen, indem diese (zumindest teilweise) mittels der Richtkoppler 26 entsprechend getrennt voneinander ausgekoppelt werden.
Zudem können die Mikrowellenmodule 20 weitere Komponenten bzw. Bauteile umfassen, beispielsweise einen Modulator, einen Verstärker, einen Demodulator und/oder einen Regler.
Darüber hinaus umfasst das Gargerät 10 eine Steuer- und/oder Auswertereinheit 30, die mit dem Mikrowellengenerator 22 sowie den jeweiligen Mikrowellenmodulen 20 verbunden ist. Die von den Richtkopplern 26 getrennt voneinander ausgekoppelten ein- und auslaufenden elektromagnetischen Wellen werden an die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 zur Auswertung weitergeleitet.
Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 ist eingerichtet, eine Hochfrequenzeigenschaft zu berechnen, indem die ein- bzw. auslaufenden elektromagnetischen Wellen ausgewertet werden.
Zudem ist die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 eingerichtet, die Garraumeigenschaft des Garraums 14 anhand der erfassten Hochfrequenzeigenschaft zu bestimmen.
Optional kann die die Steuer- und/oder Auswertereinheit 30 eine Erkennungseinrichtung 32 umfassen, die eingerichtet ist, eine Mustererkennung für die Garraumeigenschaft durchzuführen. Hierdurch kann ein in das Garraum 14 eingebrachte Gargut 18 beispielsweise aufgrund der ermittelten Garraumeigenschaft des Garraums 14 erkannt werden.
Die in 1 dargestellte Steuer- und/oder Auswertereinheit 30 ist dazu ausgebildet, ein Verfahren zum Bestimmen einer vom Gargut 18 absorbierten Leistung P_GG durchzuführen bzw. das Gargerät 10 zu einer solchen Durchführung zu veranlassen.
Zu diesem Zweck führt die Steuer- und/oder Auswertereinheit 30 ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln aus, insbesondere auf einer Recheneinheit der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30, um die Garraumeigenschaft des leeren Garraums Q_leer und die Garraumeigenschaft Q_beladen des beladenen Garraums 14 zu ermitteln, welche genutzt werden, um eine vom Gargut 18 absorbierte Leistung P_GG zu bestimmen. Zusätzlich wird noch eine in den Garraum 14 eingespeiste Leistung P_wirk herangezogen, um die vom Gargut 18 tatsächlich absorbierte Leistung P_GG zu ermitteln, wie nachfolgend detailliert erläutert wird.
Um die vom Gargut 18 tatsächlich absorbierte Leistung P_GG zu ermitteln, wird in einem ersten Schritt S1 zunächst elektromagnetische Strahlung mittels des Mikrowellengenerators 22 und der Antennen 24 in einen leeren Garraum 14 über einen definierten Frequenzbereich eingespeist.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird eine frequenzabhängige Hochfrequenzeigenschaft des leeren Garraums 14 über den Frequenzbereich ermittelt. Bei der frequenzabhängigen Hochfrequenzeigenschaft kann es sich insbesondere um zumindest einen Streuparameter S handeln, der an den Antennen 24 erfasst wird, also den Einspeisepunkten. Zur Bestimmung des zumindest einen Streuparameters S können die vorlaufenden elektromagnetischen Wellen und die rücklaufenden elektromagnetischen Wellen mittels der zugeordneten Richtkoppler 26 entsprechend ausgekoppelt werden, sodass diese zur Bestimmung des wenigstens einen Streuparameters S genutzt werden können.
In einem dritten Schritt des Verfahrens S3 wird eine Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums 14 anhand der in Schritt S2 erfassten Hochfrequenzeigenschaft bestimmt. Beispielsweise geschieht dies durch Ableiten der Hochfrequenzeigenschaft nach der Frequenz über den gesamten erfassten Frequenzbereich und ein anschließendes nummerisches Integrieren der erhaltenen Funktion, also des Ableitungsergebnisses.
Das Ableiten ermöglicht hierbei insbesondere eine Auswertung des Änderungsverhaltens der Hochfrequenzeigenschaft nach der Frequenz, oder bildlich ausgedrückt, von Steigungen in einer Auftragung der Hochfrequenzeigenschaft (im Ausführungsbeispiel S) über der Frequenz.
Durch das anschließende numerische Integrieren kann das Änderungsverhalten der Hochfrequenzeigenschaft nach der Frequenz in einem oder mehreren charakteristischen Werten zusammengefasst werden, insbesondere in Form reeller Zahlen. Hierdurch ergibt sich ein deterministisches Maß für die Garraumeigenschaft des leeren Garraums 14.
Im Ausführungsbeispiel sind die ermittelten Zahlenwerte und/oder daraus abgeleitete Werte charakteristisch für die dielektrischen Eigenschaften des (leeren) Garraums 14. Sie geben also eine Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums 14 wieder. Im Ausführungsbeispiel ist Q_leer insbesondere charakteristisch für Absorptionsverluste im Garraum 14, beispielsweise in Garraumwänden oder einem Lüfterrad.
Nachdem der Wert Q_leer bestimmt ist, wird der Garraum 14 beladen.
Der Wert Q_leer kann auch zuvor bestimmt worden sein, insbesondere einmalig und in einem Speicher des Gargeräts 10 hinterlegt sein. Folglich kann Wert Q_leer auch bei einem anderen Gargerät bestimmt worden sein als demjenigen, welches mit dem Gargut 18 beladen wird.
In jedem Fall werden die Verfahrensschritts S1 bis S3 ausgeführt, um die Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums 14 zu bestimmen.
In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird mittels Antennen 24 elektromagnetische Strahlung in einen mit Gargut 18 beladenen Garraum 14 über einen definierten Frequenzbereich eingespeist.
Hierbei kann es sich um den Garraum 14 desselben Gargeräts 10 handeln, für das zuvor die Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums 14 bestimmt wurde. Demnach wird über dieselben Antennen 24 erneut elektromagnetische Strahlung in den nun mit Gargut 18 beladenen Garraum 14 über einen definierten Frequenzbereich eingespeist.
Es kann sich aber auch um einen anderen Garraum 14 handeln, insbesondere den Garraum 14 eines anderen Gargeräts 10, was zumindest hinsichtlich des Garraums 14 baugleich mit demjenigen Gargerät 10 ist, für dessen Garraum 14 zuvor die Garraumeigenschaft Q_leer bestimmt worden ist.
In einem fünften Schritt S5 wird dann eine frequenzabhängige Hochfrequenzeigenschaft des beladenen Garraums 14 über den Frequenzbereich ermittelt.
In Analogie zu Verfahrensschritt S2 kann es sich hierbei insbesondere um zumindest einen Streuparameter S handeln.
Vorzugsweise ist der in Schritt S5 erfasste Frequenzbereich identisch zu dem aus Schritt S2. Hierdurch ergibt sich eine bessere Vergleichbarkeit.
Anschließend wird in einem sechsten Verfahrensschritt S6 eine Garraumeigenschaft Q_beladen des mit Gargut 18 beladenen Garraums 14 anhand der in Schritt S5 erfassten Hochfrequenzeigenschaft bestimmt.
Analog zu Schritt S3 geschieht dies im Ausführungsbeispiel beispielsweise durch Ableiten der Hochfrequenzeigenschaft nach der Frequenz über den gesamten erfassten Frequenzbereich und anschließendem numerischen Integrieren der so erhaltenen Funktion, also des Ableitungsergebnisses.
Als Ergebnis wird aus Schritt S6 eine für die dielektrische Beladung des gefüllten Garraums 14 charakteristische Garraumeigenschaft Q_beladen erhalten.
Sowohl Q_leer als auch Q_beladen können insbesondere als reelle Zahlen darstellbare deterministische Größen sein, die vorzugsweise direkt miteinander vergleichbar sind.
Insofern handelt es sich bei den ermittelten Garraumeigenschaften um deterministische Maße, die daher einfach miteinander verglichen werden können.
In einem abschließenden siebten Schritt S7 wird anhand der Garraumeigenschaften Q_leer, Q_beladen und der in den Garraum 14 eingespeisten Leistung P_wirk die vom Gargut 18 absorbierte Leistung P_GG bestimmt.
Die in den Garraum 14 eingespeisten Leistung P_wirk kann über die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 30 vorgegeben bzw. eingestellt sein, die den Mikrowellengenerator 22 entsprechend ansteuert.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestimmung unter Quotientenbildung von Q_leer und Q_beladen anhand der Formel P_GG = (1- Q_beladen/Q_leer)*P_wirk.
Der im Ausführungsbeispiel eingesetzten Berechnungsvorschrift liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die im Gargut 18 tatsächlich absorbierte Leistung P_GG mit der eingespeisten Leistung P_wirk direkt proportional zusammenhängt, wobei die Proportionalitätskonstante durch ein Verhältnis der Garraumeigenschaften Qbeladen/Qleer bestimmt ist.
2 bestätigt diese Erkenntnis. Die Figur zeigt die grafische Auswertung einer Versuchsreihe, bei welcher Wasser als Gargutsurrogat in einem Gargerät 10 erwärmt wurde.
Auf der Abszisse 34 sind gemäß obenstehender Formel berechnete Werte einer zu erwartenden absorbierten Leistung des Wassers in Watt aufgetragen. Die Berechnung erfolgte dabei anhand vorab ermittelter Streuparameter.
Auf der Ordinate 36 sind real absorbierte Leistungswerte des Wassers in Watt aufgetragen, welche anhand einer Temperaturmessung des Wassers und den bekannten Eigenschaften (Wärmekapazität) von Wasser ermittelt wurden.
Die einzelnen Punkte in 2 stehen für einzelne Versuche, bei denen Parameter, wie beispielsweise die Wassermenge, variiert wurden.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens erfolgen die Verfahrensschritte S4, S5 und S6 kontinuierlich während eines ablaufenden Garverfahrens oder werden in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt, also periodisch durchgeführt. Dadurch kann die Garraumeigenschaft Q_beladen des mit Gargut 18 beladenen Garraums 14 und somit auch die vom Gargut 18 absorbierte Leistung P_GG während eines Garvorganges überwacht werden, insbesondere in Echtzeit. Dies wird auch als (Echtzeit-)Monitoring bezeichnet.
Aufgrund der (Echtzeit-)Überwachung kann eine Regelung der Leistungseinspeisung, sei es Mikrowelleneinspeisung oder konventionelle Heizleistung, während des Garverfahrens entsprechend geregelt werden, wobei die Regelung basierend auf der tatsächlich vom Gargut 18 absorbierten Mikrowellenleistung P_GG während des Garverfahrens erfolgt.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn während des Garprozesses Veränderungen der Garraumeigenschaft Q_beladen zu erwarten sind.
3 zeigt einen solchen Fall, nämlich einen mit Spiegeleiern als Gargut 18 beladenen Garraum 14 eines erfindungsgemäßen Gargerätes 10.
In dem gezeigten Beispiel werden im Gargerät 10 vorhandene Mikrowellenmodule 20 lediglich zum Sensieren von Streuparametern genutzt und die Spiegeleier ausschließlich durch Heißluft gegart.
Aus der 3 ist auch ersichtlich, dass sich das exakte Bestimmen von Feldverteilungen im Garraum 14 aufgrund komplexer Geometrien von Gargütern 18 und/oder Gargutträgern 38 äußerst schwierig gestalten kann. Vorteilhafterweise kann im erfindungsgemäßen Verfahren auf einen solchen Schritt verzichtet werden.
4 zeigt während des Garprozesses von Spiegeleiern absorbierte Leistungen P_GG auf der Ordinate 36 über der Zeit in Minuten auf der Abszisse 34.
In dem Diagramm sind mehrere Versuchsreihen gezeigt, die mit dem Gargerät 10 und dem entsprechenden Aufbau aus 3 gemacht wurden und bei denen jeweils eine Leistung P_wirk von 1000 W angenommen wurde.
Die in 4 aufgetragenen Werte für P_GG sind anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt worden.
Aus den einzelnen in dem Diagramm der 4 gezeigten Graphen geht hervor, dass die von den Spiegeleiern während des Garprozesses absorbierte Leistung P_GG mit der Zeit ansteigt. Eine solche Änderung kann beispielsweise dadurch bedingt sein, dass sich Garguteigenschaften und damit die dielektrische Last des beladenen Garraums 14 während des Garprozesses verändern, beispielsweise aufgrund von Eiweißgerinnung oder Verdunstung.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnene Kenntnis der während des Garprozesses vom Gargut 18 tatsächlich absorbierten Leistung P_GG kann insbesondere dazu verwendet werden, Rezepte zu optimieren und Garergebnisse zu verbessern.
Zur Durchführung des Verfahrens ist es dabei nicht notwendig, dass alle Verfahrensschritte in einem bzw. durch ein einzelnes Gargerät 10 durchgeführt werden, wie zuvor schon erläutert wurde.
Insbesondere sind Ausführungsbeispiele denkbar, bei denen die Garraumeigenschaft(en) Q_leer und/oder Q_beladen anhand von einem Testgerät, beispielsweise einem Referenzgerät, ermittelt werden bzw. wird.
Es kann hierbei vorgesehen sein, einzelne Schritte, insbesondere die Schritte S1 bis S3, auf einem oder mehreren Testgerät(en) durchzuführen, um Garraumeigenschaft(en) Q_leer und/oder Q_beladen zu bestimmen und in einer Datenbank zu speichern.
Die Werte können anschließend auf ein Gargerät 10 wie in 3 gezeigt übertragen werden, welches dann die Schritte S4 bis S7 durchführt, um eine vom Gargut 18, beispielsweise den gezeigten Spiegeleiern, absorbierte Leistung P_GG zu bestimmen.
Alternativ zu dem als Halbleiterbauteil ausgebildeten Mikrowellengenerator 22 kann auch ein Magnetron vorgesehen sein, welches als Mikrowellenquelle dient.
Grundsätzlich weist das Gargerät 10 somit eine Mikrowellenquelle auf, die zum Einspeisen von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019127620 A1 [0021]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer von einem in einem Garraum (14) befindlichen Gargut (18) absorbierten Leistung P_GG, mit den folgenden Schritten: S1. Einspeisen von elektromagnetischer Strahlung in einen leeren Garraum (14) über einen definierten Frequenzbereich; S2. Erfassen einer frequenzabhängigen Hochfrequenzeigenschaft des leeren Garraums (14) über den Frequenzbereich; S3. Bestimmen einer Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums (14) anhand der erfassten Hochfrequenzeigenschaft; S4. Einspeisen von elektromagnetischer Strahlung in einen mit Gargut (18) beladenen Garraum (14) über einen definierten Frequenzbereich; S5. Erfassen einer frequenzabhängigen Hochfrequenzeigenschaft des mit Gargut (18) beladenen Garraums (14) über den Frequenzbereich; S6. Bestimmen einer Garraumeigenschaft Q_beladen des mit Gargut (18) beladenen Garraums (14) anhand der erfassten Hochfrequenzeigenschaft; und S7. Bestimmen einer vom Gargut (18) absorbierten Leistung P_GG anhand der Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums (14), der Garraumeigenschaft Q_beladen des mit Gargut (18) beladenen Garraums (14) und einer in den Garraum (14) eingespeisten Leistung P_wirk.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Schritten S2 und S5 jeweils bestimmte Hochfrequenzeigenschaft ein Streuparameter S ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Garraumeigenschaften Q_leer und Q_beladen deterministische Maße sind und/oder in den Schritten S3 und S6 durch Ableiten der in den Schritten S2 und S5 erfassten Hochfrequenzeigenschaften nach der Frequenz und Integrieren der Ableitungsergebnisse berechnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Garraumeigenschaften Q_leer und Q_beladen dielektrische Beladungen des Garraums (14), insbesondere anhand von reellen Zahlen, charakterisieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Gargut (18) absorbierte Leistung P_GG in Schritt S7 aus der Garraumeigenschaft Q_beladen, insbesondere aus einem Quotienten der Garraumeigenschaften Q_leer und Q_beladen, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Garraumeigenschaften Q_beladen für einen mit Gargut (18) beladenen Garraum (14) in Schritt S6 während eines Garvorganges kontinuierlich und/oder in regelmäßigen Zeitabständen bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt S1 in den Garraum (14) eingespeiste elektromagnetische Strahlung ausschließlich zum Bestimmen der vom Gargut (18) absorbierten Leistung P_GG eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Garraumeigenschaft(en) Q_leer und/oder Q_beladen in einer Datenbank gespeichert werden, insbesondere wobei die Schritte S1 bis S6 in einem Testgerät ausgeführt werden und die daraus bestimmte(n) und in der Datenbank gespeicherte(n) Garraumeigenschaft(en) Q_leer und/oder Q_beladen dazu verwendet wird bzw. werden, um im Schritt S7 die von einem im Garraum (14) des Gargeräts (10) befindlichen Garguts (18) absorbierte Leistung P_GG zu bestimmen, wobei das Gargerät (10) vom Testgerät verschieden ist.
Gargerät mit einem Garraum (14), wenigstens einem Mikrowellenmodul (20), das ausgebildet und eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung in den Garraum (14) einzuspeisen, und einer Steuer- und/oder Auswertereinheit (30), die ausgebildet und eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen oder zu veranlassen.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um zumindest das Bestimmen der Garraumeigenschaft Q_leer des leeren Garraums (14) in Schritt S3, das Bestimmen der Garraumeigenschaft Q_beladen des beladenen Garraums (14) in Schritt S6 und/oder das Bestimmen einer vom Gargut (18) absorbierten Leistung P_GG in Schritt S7 eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn das Computerprogramm mittels einer Recheneinheit, insbesondere einer Steuer- und/oder Auswertereinheit (30) des Gargerätes (10), ausgeführt wird.