[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln, insbesondere zum Erhitzen und/oder Warmhalten eines mit der Vorrichtung in thermischen Kontakt bringbaren Nahrungsmittels, wobei die Vorrichtung zumindest in Teilbereichen ein induktiv aufheizbares metallisches Material besitzt, über welches der thermische Kontakt mit dem Nahrungsmittel erfolgen kann.
[0002] Typische Nahrungsmittel sind Kartoffeln, Teigwaren, Reis, Gemüse, Fleisch, Fisch, Sössen, Suppen, etc. oder Kombinationen davon. Um diese geniessbar oder zumindest geniessbarer oder besser verdaulich zu machen, werden derartige Nahrungsmittel üblicherweise "gekocht", wobei man aber allgemein "Garen" im Sinne einer thermischen Behandlung der Nahrungsmittel meint, die üblicherweise in heisser Luft, in heissem Wasser oder in heissem Öl erfolgt, wobei im Falle von heisser Luft mit mehr oder weniger Wasserdampfanteil das Nahrungsmittel über Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung erhitzt wird, während im Falle von heissem Wasser oder heissem Öl die Erhitzung vorwiegend über Wärmeleitung erfolgt. Je nach Art der Erhitzung des Nahrungsmittels redet man dann z.B. von Backen mit oder ohne Umluft, von Dämpfen, von Grillieren, von Kochen oder Fritieren.
[0003] Im Rahmen dieser Beschreibung soll "Garen" die Bedeutung von "thermischer Behandlung" im Zusammenhang mit Lebensmitteln haben und als Oberbegriff für die verschiedenen, hier beispielhaft genannten Garverfahren dienen. Beim Garen können aus den erhitzten Lebensmitteln flüssige Substanzen austreten, die mit metallischen Heizflächen in Berührung kommen. Ausserdem können durch Zugabe von Wasser oder Öl zu Nahrungsmitteln beim Erhitzen chemisch aggressive Substanzen entstehen, die zumindest über längere Zeit die metallischen Heizflächen angreifen und beschädigen können. Besonders problematisch ist das Kochen von Teigwaren in Salzwasser.
Unter "Nahrungsmittel" sollen im Rahmen dieser Beschreibung essbare Gebilde, wie Kartoffeln, Teigwaren, Reis, Gemüse, Fleisch, Fisch, Sössen, Suppen, etc. oder Kombinationen davon verstanden werden, die Wasser oder Öl enthalten oder von Wasser und/oder Öl umgeben sind.
[0004] Wenn die Garvorrichtung bzw. die Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Nahrungsmitteln zumindest in Teilbereichen ein induktiv aufheizbares metallisches Matertal besitzt, über welches der thermische Kontakt mit den Nahrungsmittel beim Garen erfolgt, könnte man prinzipiell hochlegierten Edelstahl als metallisches Material verwenden, um einer Korrosion desselben vorzubeugen. Dies ist auch bekannt. Typischerweise verwendet man dafür austenitischen Stahl, der besonders korrosionsbeständig ist. Allerdings ist austenitischer Stahl nicht ferromagnetisch. Ein induktive Aufheizung durch elektromagnetische Wechselfelder erfolgt im austenitischen Stahl praktisch nur über induzierte Wirbelströme und somit letzendlich im Wesentlichen nur resistiv über ohmsche Verlustwärme.
In einem ferritischen Material kann hingegen viel mehr thermische Energie beim induktiven Aufheizen absorbiert werden, weil hier durch ständiges Umorientieren der Elementarmagnete bei jedem Umorientierungszyklus ein beachtlicher Hystereseverlust auftritt. Ferritische Materialen sind aber weniger korrosionsbeständig.
[0005] Es sind technische Lösungen induktiv aufheizbarer Garvorrichtungen bekannt, bei denen eine Schicht aus austenitischem Stahl auf der dem Nahrungsmittel zugewandten Seite angeordnet ist, wobei eine ferritische Schicht an die austenitische Schicht angrenzt und mit dieser in thermischem Kontakt ist. Die korrosionsbeständige austenitische Schicht hält dadurch das Nahrungsmittel und chemisch aggressive Substanzen von der weniger korrosionsbeständigen ferritischen Schicht fern. Die induktive Aufheizung erfolgt vorwiegend über das ferritische Material, das mit dem austenitischen Material in thermischem Kontakt ist. Diese Bauart, die auch mehrschichtig mit abwechselnden Materialien verwendet wird, ist aber teuer.
[0006] Weitere bekannte technische Lösungen verwenden ein korrosionsbeständiges Material auf der dem zu garenden Nahrungsmittel zugewandten Seite und eine ferritische Beschichtung auf der vom zu garenden Nahrungsmittel abgewandten Seite. Eine solche ferritische Beschichtung wird z.B. durch Aufsprühen auf das korrosionsbeständige Material gewonnen. Diese ferritischen Schichten neigen aber dazu, sich nach einer gewissen Betriebsdauer von dem korrosionsbeständigen Material abzulösen.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln bzw. zum Garen von Nahrungsmitteln bereitzustellen, die einerseits eine hohe Absorption induktiv eingetragener Energie ermöglicht und langlebig ist und andererseits kostengünstig ist.
[0008] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln bzw. Garen sowie Erhitzen und/oder Warmhalten eines mit der Vorrichtung in thermischen Kontakt bringbaren Nahrungsmittels, wobei die Vorrichtung zumindest in Teilbereichen ein induktiv aufheizbares metallisches Material aufweist, über welches der thermische Kontakt erfolgen kann, wobei erfindungs-gemäss das induktiv aufheizbare metallische Material ein mikroskopisches Gefüge aus ferritischem Stahl und austenitischem Stahl aufweist. Das mikroskopische Gefüge besitzt ferritische Bereiche und austenitische Bereiche, deren Abmessungen kleiner als 5 mm und vorzugsweise kleiner als 1 mm sind. Besonders bevorzugt sind Gefügebereich-Abmessungen, die kleiner als 0.1 mm sind.
[0009] Das mikroskopische Gefüge gewährleistet eine über das gesamte metallische Material gleichmässig verteilte starke Absorption induktiv eingetragener Energie aufgrund starker Hystereseverluste in den ferritischen Bereichen. Die so in den ferritischen Bereichen erzeugte Wärme wird über die austenitischen Bereiche weitergeleitet. Ausserdem wird die Korrosionsneigung der ferritischen Bereiche durch die anwesenden austenitischen Bereiche verringert. Ein solches Gefüge kann kostengünstig hergestellt werden.
[0010] Zweckmässigerweise liegen in dem Gefüge Bereiche aus ferritischem Stahl und Bereiche aus austenitischem Stahl miteinander vermischt und aneinander angrenzend vor.
[0011] Das Gefüge kann ein Sintermaterial sein, das eine erste partikuläre Komponente aus ferritischem Stahl und eine zweite partikuläre Komponente aus austenitischem Stahl aufweist. Hier ist unter "Gefüge" ein Partikel zu verstehen, das entweder ferritisch oder austenitisch ist. In einem solchen Material ist ein Risswachstum, wie es z.B. bei Spannungskorrosion auftritt, kaum möglich, wodurch die Korrosionstendenz herabgesetzt wird.
[0012] Bei einer besonders vorteilhaften und bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Gefüge ein Duplexstahl, der eine erste Komponente aus ferritischem Stahl und eine zweite Komponente aus austenitischem Stahl aufweist. Hier ist unter "Gefüge" ein Bereich oder eine sog. Phase eines Material-Kontinuums zu verstehen, wobei die beiden verschiedenartigen Bereiche entweder ferritisch oder austenitisch sind und an Phasengrenzen aneinanderstossen. Auch in diesem Material ist ein Risswachstum, wie es z.B. bei Spannungskorrosion auftritt, kaum möglich, wodurch auch hier die Korrosionstendenz herabgesetzt wird.
[0013] Vorzugsweise ist das Gefüge ein Duplexstahl, der eine erste Komponente aus ferritischem Stahl als kontinuierliche Phase und eine zweite Komponente aus austenitischem Stahl als diskrete Phase aufweist.
[0014] Der Duplexstahl kann einen Nickeigehalt von 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% haben. Vorzugsweise hat er einen Nickelgehalt von weniger als 7 Gew.-%, wodurch er relativ kostengünstig ist.
[0015] Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann als Behälter, als Platte, als Spiess oder als Kanal ausgebildet sein. Insbesondere kann sie als Pfanne, Grillplatte, Griddelplatte, Grillspiess, Wok, Nudelkocher, Friteuse, Wasserbad oder Warmhaltefläche ausgebildet sein. In dem Behälter kann gekocht oder fritiert werden. Die Platte kann zur Warmhaltung dienen. Der Spiess kann zum Grillieren verwendet werden. Der Kanal kann als Durchlauferhitzer zum kontinuierlichen Garen z.B. unter Verwendung von Heissdampf verwendet werden.
[0016] Erfindungsgemäss wir auch eine Herdanlage bereitgestellt mit einer elektromagnetischen Quelle zur Erzeugung elektromagnetischer Wechselfelder und mit einem der elektromagnetischen Quelle zugeordneten Aufnahmebereich für die weiter oben beschriebene erfindungsgemässe Vorrichtung, wobei dieser Aufnahmebereich im Wirkungsbereich der erzeugbaren elektromagnetischen Wechselfelder angeordnet ist.
[0017] Zweckmässigerweise hat die elektromagnetische Quelle der Herdanlage eine Spule und einen Kondensator, die beide Bestandteile eines elektromagnetischen Schwingkreises sind, der von einem Frequenzgenerator ansteuerbar ist, wobei das ferritischen Stahl und austenitischen Stahl aufweisende mikroskopische Gefüge der im Aufnahmebereich angeordneten Vorrichtung sich im Wirkungsbereich der erzeugbaren elektromagnetischen Wechselfelder befindet.
[0018] Die erfindungsgemässe Herdanlage kann mehrere, jeweils einer elektromagnetischen Quelle zugeordnete Aufnahmebereiche zur jeweiligen Aufnahme der weiter oben beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtung aufweisen. Zweckmässigerweise hat die Herdanlage unterschiedliche Aufnahmebereiche zur Aufnahme unterschiedlicher Ausführungen der erfindungsgemässen Vorrichtung.
[0019] Die Erfindung ermöglicht auch ein Verfahren zum thermischen Behandeln bzw. Garen (Erhitzen und/oder Warmhalten) eines Nahrungsmittels, wobei das Nahrungsmittel mit der weiter oben beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtung in der weiter oben beschriebenen Herdanlage in thermischen Kontakt gebracht wird, während mittels einer elektromagnetischen Quelle elektromagnetische Wechselfelder zur induktiven Aufheizung eines mikroskopischen Gefüges aus ferritischem Stahl und austenitischem Stahl in der erfindungsgemässen Vorrichtung erzeugt werden.
[0020] Die Nahrungsmittel können mit dem Gefüge aus ferritischem Stahl und austenitischem Stahl direkt in Kontakt gebracht werden. Alternativ können die Nahrungsmittel mit dem Gefüge aus ferritischem Stahl und austenitischem Stahl indirekt in Kontakt gebracht werden. Das Nahrungsmittel kann während des Garvorgangs eine wässrige Salzlösung aufweisen oder von einer solchen umgeben sein. Alternativ kann das Nahrungsmittel Öl aufweisen oder von einem solchen umgeben sein. Das Nahrungsmittel kann auch eine Öl-in-Wasser-Emulsion oder eine Wasser-in-ÖI-Emulsion aufweisen.
The invention relates to a device for thermal treatment, in particular for heating and / or keeping warm with the device brought into thermal contact food, wherein the device has at least in some areas an inductively heatable metallic material through which the thermal contact with the food can be done.
Typical foods are potatoes, pasta, rice, vegetables, meat, fish, soups, soups, etc., or combinations thereof. In order to make these edible or at least enjoyable or better digestible, such foods are usually "cooked", but commonly means "cooking" in terms of a thermal treatment of food, which usually takes place in hot air, in hot water or in hot oil , In the case of hot air with more or less water vapor content, the food is heated by heat conduction and / or thermal radiation, while in the case of hot water or hot oil, the heating takes place mainly via heat conduction. Depending on the nature of the heating of the food then one speaks, for example. baking with or without circulating air, steaming, grilling, cooking or frying.
In the context of this description, "cooking" should have the meaning of "thermal treatment" in connection with food and serve as a generic term for the various cooking methods mentioned here by way of example. During cooking, liquid substances can escape from the heated food, which come into contact with metallic heating surfaces. In addition, the addition of water or oil to food when heated chemically aggressive substances that can attack and damage the metallic heating surfaces at least for a long time. Particularly problematic is the cooking of pasta in salt water.
In the context of this description, "foods" are to be understood as meaning edible entities such as potatoes, pasta, rice, vegetables, meat, fish, sauces, soups, etc., or combinations thereof containing water or oil or surrounded by water and / or oil are.
If the cooking device or the device for the thermal treatment of food at least in some areas has an inductively heatable metallic Matertal over which the thermal contact with the food during cooking, you could in principle use high-alloy stainless steel as a metallic material to corrosion to prevent it. This is also known. Typically used for this austenitic steel, which is particularly resistant to corrosion. However, austenitic steel is not ferromagnetic. Induction heating by means of electromagnetic alternating fields takes place in austenitic steel virtually only via induced eddy currents and thus ultimately essentially only resistively via ohmic heat loss.
On the other hand, in a ferritic material, much more thermal energy can be absorbed during inductive heating because there is a significant hysteresis loss in each reorientation cycle due to constant reorientation of the elementary magnets. Ferritic materials are less resistant to corrosion.
There are known technical solutions of inductively heatable cooking devices in which a layer of austenitic steel is disposed on the food side facing, wherein a ferritic layer adjacent to the austenitic layer and is in thermal contact therewith. The corrosion resistant austenitic layer thereby keeps the food and chemically aggressive substances away from the less corrosion resistant ferritic layer. The inductive heating takes place predominantly via the ferritic material, which is in thermal contact with the austenitic material. This type of construction, which is also used in layers with alternating materials, is expensive.
Other known technical solutions use a corrosion-resistant material on the side facing the food to be cooked side and a ferritic coating on the side facing away from the food to be cooked side. Such a ferritic coating is e.g. obtained by spraying onto the corrosion-resistant material. However, these ferritic layers tend to come off the corrosion-resistant material after a certain period of operation.
The invention has for its object to provide an apparatus for thermal treatment or for cooking food, on the one hand allows high absorption inductively registered energy and is durable and on the other hand is inexpensive.
This object is achieved by a device for thermal treatment or cooking and heating and / or keeping warm with the device brought into thermal contact food, wherein the device has at least in some areas an inductively heatable metallic material through which the thermal contact can be carried out, according to the invention, the inductively heatable metallic material has a microscopic structure of ferritic steel and austenitic steel. The microstructure has ferritic regions and austenitic regions whose dimensions are smaller than 5 mm and preferably smaller than 1 mm. Particular preference is given to microstructure dimensions which are smaller than 0.1 mm.
The microscopic structure ensures a uniform over the entire metallic material distributed strong absorption inductively registered energy due to strong hysteresis losses in the ferritic regions. The heat thus generated in the ferritic regions is transmitted through the austenitic regions. In addition, the corrosion tendency of the ferritic areas is reduced by the presence of austenitic areas. Such a structure can be produced inexpensively.
Conveniently, areas of ferritic steel and areas of austenitic steel are mixed together and adjacent to each other in the structure.
The microstructure may be a sintered material comprising a first particulate ferritic steel component and a second austenitic steel particulate component. Here, "structure" means a particle that is either ferritic or austenitic. In such a material, crack growth, e.g. When stress corrosion occurs, hardly possible, whereby the corrosion tendency is reduced.
In a particularly advantageous and preferred embodiment of the invention, the microstructure is a duplex steel having a first component of ferritic steel and a second component of austenitic steel. Here, "structure" is to be understood as meaning an area or a so-called phase of a material continuum, wherein the two different areas are either ferritic or austenitic and collide at phase boundaries. Also in this material is a crack growth, as e.g. occurs under stress corrosion, hardly possible, whereby also here the corrosion tendency is reduced.
Preferably, the microstructure is a duplex steel having a first component of ferritic steel as a continuous phase and a second component of austenitic steel as a discrete phase.
The duplex steel may have a Nickeigehalt of 5 wt .-% to 10 wt .-%. Preferably, it has a nickel content of less than 7% by weight, which makes it relatively inexpensive.
The inventive device may be formed as a container, as a plate, as a spit or as a channel. In particular, it may be formed as a pan, grill plate, Griddelplatte, barbecue skewer, wok, pasta cooker, deep fryer, water bath or warming surface. In the container can be cooked or fried. The plate can serve for keeping warm. The skewer can be used for barbecuing. The channel can be used as a continuous flow heater for continuous cooking e.g. be used using hot steam.
According to the invention we also provide a cooker equipped with an electromagnetic source for generating electromagnetic alternating fields and with a the electromagnetic source associated receiving area for the above-described inventive device, said receiving area is arranged in the sphere of action of the generatable electromagnetic alternating fields.
Conveniently, the electromagnetic source of the cooker has a coil and a capacitor, which are both components of an electromagnetic resonant circuit, which is controlled by a frequency generator, wherein the ferritic steel and austenitic steel having microscopic structure of the arranged in the receiving area device is in the range of can be generated electromagnetic alternating fields.
The hearth system according to the invention can have a plurality of receiving areas, each associated with an electromagnetic source, for respectively receiving the device according to the invention described above. Conveniently, the cooker has different receiving areas for receiving different versions of the inventive device.
The invention also provides a process for the thermal treatment or cooking (heating and / or keeping warm) of a food, wherein the food is brought into thermal contact with the above-described inventive device in the above-described cooker, while by means of a Electromagnetic source alternating electromagnetic fields for inductive heating of a microscopic microstructure of ferritic steel and austenitic steel are produced in the inventive device.
The foodstuffs can be brought into direct contact with the structure of ferritic steel and austenitic steel. Alternatively, the foods may be indirectly contacted with the structure of ferritic steel and austenitic steel. The foodstuff may have or be surrounded by an aqueous salt solution during the cooking process. Alternatively, the food may include or be surrounded by oil. The food may also have an oil-in-water emulsion or a water-in-oil emulsion.