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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Kochvorgangs
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung zur Überwachung
eines Kochvorgangs nach dem Oberbegriff des Anspruches 9 sowie ein
Kochgeschirr zur Durchführung
des Verfahrens.
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Bei
Kochvorgängen
ist es häufig
wünschenswert,
das Kochgut auf dem Kochpunkt zu halten, um ein gleichmäßiges Kochen
von Speisen wie Teigwaren, Gemüse
o. dgl. zu erreichen. Dies ist oft schwierig und wird in der Regel
dadurch gehandhabt, daß der
Benutzer manuell die Wärmezufuhr
am Herd regelt, beispielsweise durch Hoch- oder Zurückschalten
am Leistungssteller oder durch Verschieben des Kochgefäßes auf
einen kalten Bereich, um beispielsweise schnell ein Überkochen
zu verhindern.
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Um
dafür Abhilfe
zu schaffen, sind Verfahren bekannt, bei denen versucht wird, während des Kochvorgangs
automatisch das Erreichen des Siede- oder Kochpunktes des Kochguts
zu ermitteln und an einen Leistungsregler des Herdes zu melden.
Der Leistungsregler reguliert daraufhin die Wärmezufuhr.
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In
der
DE 197 29 662
A1 wird beschrieben, bei einem Druckkochtopf den Siedepunkt
anhand des zeitlichen Verlaufs der Temperatur mindestens eines Temperaturfühlers zu
ermitteln. Dabei werden vorzugsweise vier Temperaturfühler eingesetzt,
die mit einem Auswertemittel zum Erkennen des zeitlichen Verlaufs
ihrer Temperaturen verbunden sind. Jedoch beeinflußt bei dieser
Kochpunktbestimmung der Luftdruck den Verlauf der Temperaturkurve,
insbesondere die Kochpunkttemperatur, so daß dieser stets mitbestimmt
werden muß.
Beispielsweise siedet das Kochgut bei erhöhtem Druck in einem Schnellkochtopf
bei einer höheren
Temperatur als bei Umgebungsdruck.
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Aus
der
DE 196 38 355
A1 ist ein anderes Verfahren zur Kochpunktbestimmung bekannt.
Dabei werden die durch das Entstehen und Zerplatzen von Dampfblasen
verursachten Geräusche
detektiert und anhand dieser charakteristischen Geräusche wird der
Kochpunkt bestimmt. Jedoch erscheinen akustische Verfahren jedenfalls
dann unzuverlässig,
wenn den charakteristischen Blasenplatzgeräuschen andere beim Kochen oft
vorhandene Nebengeräusche überlagert
sind. Diese können
beispielsweise durch Kochen auf Nachbar-Kochstellen entstehen.
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Aus
der
JP 04-048117 A1 ist
eine Infrarotmessung der Oberfläche
des Kochgutes zur Ermittlung der Temperatur bekannt. Damit wird
die Temperatur als Messgröße direkt
erfasst.
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Aus
der
DE 441 67 62 A1 ist
eine aufwendige und komplizierte Lichtleiteranordnung in einem Backofen
bekannt. Aus verschiedenen Signalen kann der Bräunungsgrad von Back- und Kochgut
in einem Backofen er fasst werden. Hierzu wird die Oberflächenfarbe
des Kochgutes bestimmt.
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Aus
der
DE 298 09 392
U1 ist ein Dampfsensor bekannt, welcher an einem Kochgefäßdeckel
angebracht ist. Hier erfolgt eine Messung der Temperatur des austretenden
Dampfes.
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Den
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Ermittlung des
Kochpunktes ist gemein, daß zwar
der Kochpunkt mehr oder weniger genau und aufwendig ermittelbar
ist, daß aber
sonstige beim Kochen auftretende Phänomene, wie beispielsweise
ein Überkochen
des Kochgutes, nicht erfaßbar
sind.
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Die
Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Überwachung
eines Kochvorgangs zu schaffen, mit dem bzw. mit der nicht nur der
Kochpunkt zuverlässig
ermittelt werden kann, sondern auch generell der Kochvorgang überwacht
und somit beispielsweise ein Überkochen
des Kochgutes verhindert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches
1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 9, sowie durch ein
Kochgeschirr mit den Merkmalen des Anspruches 15 gelöst.
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Die
Erfindung schlägt
vor, daß bei
einem Verfahren zur Überwachung
eines Kochvorganges in einem Kochgeschirr, bei dem Kochgut mittels
mindestens einer Heizeinrichtung erwärmt wird, mindestens ein Flächenanteil
der Kochgutoberfläche
durch mindestens einen optischen Sensor optisch erfaßt wird. Der
optische Sensor ist zur Abgabe eines Sensorsignals ausgebildet,
das repräsentativ
für den
beobachteten bzw. erfaßten
Teil der Kochgutoberfläche
ist. Anhand der Sensorsignale können
Rückschlüsse auf Form,
Lage und/oder Zeitverhalten o. dgl. der Kochgutoberfläche gezogen
werden.
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Der
optische Sensor kann eine Kamera o. dgl sein, mit der die Kochgutoberfläche beobachtet werden
kann. Vorzugsweise ist er jedoch ein optoelektronischer Empfänger, der
optische Signale in elektrische Signale umwandelt. Er kann beispielsweise
eine Fotodiode, eine PIN-Diode, ein Fotoelement oder ein Fototranistor
sein. Bevorzugt werden PIN-Dioden, da sie relativ billig sind und
im Infrarotbereich eine hohe Empfindlichkeit besitzen.
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Unter
Kochgeschirr im Sinne der Anmeldung werden alle zum Erwärmen von
Speisen und Getränken,
also zum Kochen, Braten o. dgl., einsetzbaren Behälter, wie
Töpfe,
Pfannen o. dgl. verstanden. Unter Kochgut im Sinne der Anmeldung
werden insbesondere Flüssigkeiten,
Gemenge aus Flüssigkeiten und
Feststoffen, wie beispielsweise beim Kochen von Kartoffeln, o. dgl.
verstanden. Die Kochgutoberfläche kann
demnach insbesondere eine Flüssigkeitsoberfläche sein
oder eine solche, die aus Bereichen flüssiger und fester Bestandteile
besteht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich unter anderem dadurch aus, daß es nicht von der Bestimmung
des Luftdrucks und der Siedepunktstemperatur abhängig ist. Es kann bei allen
Kochgefäßen, insbesondere
auch bei Schnellkochtöpfen
eingesetzt werden.
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Zur Überwachung
des Kochvorgangs kann die räumliche
Lichtverteilung auf der Kochgutoberfläche oder die Lichtbrechung
an der Kochgutoberfläche
untersucht werden. Bevorzugt wird jedoch die Veränderung der Lichtintensität des in
den optischen Sensor einfallenden Lichts detektiert.
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Zur
Beleuchtung der Kochgutoberfläche
ist eine Beleuchtung mit Fremdlicht möglich, also mit Licht einer
außerhalb
des Kochgeschirrs oder der Überwachungsvorrichtung
liegenden Lichtquelle, beispielsweise mittels Sonnenlicht durch
einen transparenten Deckel, z. B. einen Glasdeckel. Bevorzugt ist
zur Beleuchtung der Kochgutoberfläche jedoch mindestens eine
auf die Kochgutoberfläche
gerichtete Lichtquelle am Kochgeschirr vorgesehen. Als Lichtquelle
kommen alle geeignetes Licht in allen möglichen Wellenlängen aussendenden
Vorrichtungen in Frage. Bevorzugt ist die Lichtquelle jedoch eine
eine Infrarotdiode. Dieses langwellige Licht bietet den Vorteil,
daß es
bei Verschmutzung der Lichtquelle relativ wenig an Intensität verliert.
Die Lichtquelle, das Kochgut, insbesondere die Kochgutoberfläche und
der optische Sensor stehen dabei vorzugsweise in einer lichtleitenden
Verbindung.
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Die
Veränderung
der Lichtintensität
kann auf verschiedene Weise erfaßt werden. Bevorzugt wird von
der Kochgutoberfläche
reflektiertes Licht detektiert. Das in den Sensor einfallende Licht
kann kontinuierlich, also ununterbrochen während des gesamten Kochvorgangs,
oder in bestimmten Zeitintervallen getaktet detektiert werden. Die
Taktung bietet den Vorteil, daß dadurch
Energie gespart wird. Die Beleuchtungs-Zeitintervalle können einige
Millisekunden bis einige Sekunden, beispielsweise fünf Millisekunden
bis eine Sekunde lang sein.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es vorgesehen, mittels des Sensorsignals das zeitliche Verhalten
der Struktur und/oder der Position der Oberfläche zu ermitteln und somit
den Kochvorgang zu überwachen.
Die Struktur, das Relief oder die Kontur der Kochgutoberfläche wird
hauptsächlich durch
die Beschaffenheit des Kochgutes selber, das wie erwähnt aus
festen und flüssigen
Bestandteilen bestehen kann, bestimmt. Aus dem zeitlichen Verhalten
der Struktur der Kochgutoberfläche
wird insbesondere der Siedepunkt von flüssigen Bestandteilen des Kochgutes
ermittelt. Unterhalb des Siedepunktes zeigen die Bereiche der Kochgutoberfläche, die durch
die flüssigen
Bestandteile des Kochguts gebildet werden, ein glattes, weitgehend
eben ausgebildetes Relief. Da die Struktur der Kochgutoberfläche unterhalb
des Siedepunktes also nahezu konstant glatt ist, bleibt das durch
das erfaßte
reflektierte Licht generierte Sensorsignal am optischen Sensor während dieser
Phase des Nicht-Kochens auf etwa demselben Niveau, weist also praktisch
keine Schwankungen auf.
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Oberhalb
des Koch- bzw. Siedepunktes kann das ganz anders aussehen. Dort
verhält
sich die von den flüssigen
Bestandteilen des Kochguts gebildete Kochgutoberfläche chaotisch.
Die Struktur der Kochgutoberfläche
kann von Blasen, Wellenbergen und -tälern o. dgl. gekennzeichnet
sein. Licht, das auf diese Oberfläche trifft, wird daher in schnellem
zeitlichen Wechsel in alle Richtungen gestreut und gebündelt. Dies
hat zur Folge, daß während des
Siedens Licht mit stark schwankender Intensität vom optischen Sensor erfaßt werden
kann, je nachdem in welche Richtung das reflektierte Licht durch
das "sprudelnde" Kochgut gerade abgelenkt
wird. Licht, das an dieser Kochgutoberfläche reflektiert wird, generiert
am optischen Sensor demnach vorzugsweise ein chaotisches Sensorsignal,
das von schnellen zeitlichen Wechseln gekennzeichnet ist, beispielsweise
nach Art eines Wechselspannungssignals.
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Es
wird vorzugsweise eine charakteristische Frequenz der jeweiligen,
für eine
kochende oder eine nicht-kochende Kochgutoberfläche repräsentativen, Sensorsignale ausgewertet.
Mit einer nicht kochenden Kochgutoberfläche in Kontakt gekommenes Licht
kann im optischen Sensor als über
ein Zeitintervall relativ glattes Signal, nach Art eines Gleichspannungssignals,
detektiert werden. Der zeitliche Verlauf des Signals ist relativ
glatt, also "statisch", außer ggf. einer
niederfrequenten Fluktuation, die beispielsweise von Erschütterungen,
beispielsweise einem Anstoßen
an das Kochgeschirr, stammen kann.
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Einer
kochenden Kochgutoberfläche
hingegen ist ein "dynamisches" Signal nach Art
einer Wechselspannung zugeordnet. Dieses Signal ist also durch eine
sehr große
Wechselfrequenz gekennzeichnet. Vorzugsweise wird der Übergang
zwischen einem "glatten" bzw. "statischem" Sensorsignal und einem "dynamisches" Sensorsignal als
Siedepunkt detektiert.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es, wie schon erwähnt,
möglich,
nicht nur den Siede- oder Kochpunkt zu ermitteln, sondern auch sonstige "Kochphänomene", wie beispielsweise
das Überkochen
von Kochgut zu erfassen. Als Überkochen
wird insbesondere das Ansteigen der Kochgutoberfläche aufgrund
der zunehmenden Verdampfung der Flüssigkeit des Kochguts und der
damit verbundenen vermehrten Bildung von Gasblasen an der Kochgutoberfläche verstanden.
Das Überkochen
kann ebenfalls durch die Veränderung
der Lichtintensität
und dem daraus resultierenden charakteristischen Verlauf des Sensorsignals
erkannt werden. Beim Überkochen, das
insbesondere beim Warmmachen von Milch eine unliebsame Begleiterscheinung
ist, verändert
sich in erster Linie die Lage der Kochgutoberfläche in Bezug auf die Position
des optischen Sensors. Der Abstand zwischen Kochgutoberfläche und
einem darüber
angeordneten optischen Sensor verkürzt sich also. Das in den optischen
Sensor einfallende, vom überkochenden
Kochgut reflektierte Licht nimmt mit kleiner werdendem Abstand zwischen
Kochgutoberfläche und
optischem Sensor in seiner Intensität zu. Dadurch kann wiederum
ein ganz typisches, für
das Überkochen
charakteristisches Sensorsignal generiert werden, wie anhand eines
Ausführungsbeispiels noch
beschrieben werden wird.
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Es
ist möglich,
daß die
Heizeinrichtung einer Kochmulde o. dgl. in Abhängigkeit vom Sensorsignal des
optischen Sensors gesteuert oder geregelt wird. Wird das Sensorsignal
beispielsweise als solches für nichtkochendes
Kochgut erkannt, kann die Wärmezufuhr
beibehalten oder erhöht
werden. Wird das Sensorsignal hingegen als solches für siedendes Kochgut
erkannt, kann die Wärmezufuhr
gedrosselt werden. Die Sensorsignale werden vorzugsweise zunächst durch
eine Auswerteeinrichtung, beispielsweise mit einem Frequenzanalysator, empfangen,
ausgewertet und an einen Heizregler übermittelt. Die Sensorsignale
können
dabei per elektrischer Verbindung oder optisch, beispielsweise mittels
eines Glasfaserkabels, vom optischen Sensor an die Auswerteeinrichtung übermittelt
werden. Vorzugsweise werden sie jedoch drahtlos, insbesondere per
Funk oder durch Infrarot-Übertragung übermittelt.
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Wie
beschrieben, umfaßt
die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Überwachung eines Kochvorganges
in einem Kochgeschirr. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich
dadurch aus, daß mindestens
ein optischer Sensor zur optischen Erfassung mindestens eines Teils
der Kochgutoberfläche und
zur Abgabe eines für
die Kochgutoberfläche
charakteristischen Sensorsignals vorgesehen ist.
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Der
optische Sensor umfaßt
vorzugsweise mindestens einen optoelektronischen Wandler, der optische
Energie in elektrische Energie umwandelt. Er ist vorzugsweise so
ausgebildet, daß er
eine so große
Kochgutoberfläche
erfaßt,
daß auch
Flüssigkeitsbereiche
der Kochgutoberfläche
erfaßt
werden. Er kann dabei einen einzigen Flächenbereich oder mehrere getrennt
voneinander liegende oder sich gegenseitig überlappende Flächenbereiche
der Kochgutoberfläche
erfassen.
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Der
optische Sensor ist im Bezug auf die Kochgutoberfläche derart
angeordnet, daß von
der Kochgutoberfläche
reflektiertes Licht erfaßbar
ist. Er kann beispielsweise außerhalb
des Kochgeschirrs angeordnet und auf die Kochgutoberfläche gerichtet sein,
vorzugsweise ist er jedoch am Kochgeschirr, beispielsweise am Deckel
oder am Mantel des Kochgeschirrs angeordnet.
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Zur
Beheizung des Kochgutes kann eine Kochplatte mit einem Strahlheizkörper, eine
Induktionsheizung o. dgl. eingesetzt werden. Zur Auswertung der
Sensorsignale kann eine Auswerteeinheit, beispielsweise ein Frequenzanalysator
direkt am optischen Sensor bzw. am Kochgefäß oder an der Heizeinrichtung
angeordnet sein. Der Frequenzanalysator prüft im einfachsten Fall, ob
eine Frequenz vorhanden ist (Kochen) oder nicht.
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Es
ist zur Beleuchtung der Kochgutoberfläche mindestens eine Lichtquelle
vorgesehen. Als Lichtquelle wird vorzugsweise eine Infrarotlichtquelle verwendet.
Die Lichtquelle kann eine Gleich-Lichtquelle sein, die also während des
gesamten Kochvorganges die Kochgutoberfläche ununterbrochen beleuchtet.
Die Lichtquelle kann z. B. periodisch an- und ausgeschaltet werden
und beleuchtet die Kochgutoberfläche
so nur in bestimmten Zeitintervallen. Die Lichtquelle kann auch
als Wechsellichtquelle ausgebildet sein, um z. B. bei Verwendung
von lichtdurchlässigem
Kochgeschirr, mittels Anwendung geeigneter Algorithmen, eine Fremdlichtunabhängigkeit zu
erreichen. Dadurch kann der Stromverbrauch der Lichtquelle gesenkt
werden. Die elektrische Leistungsversorgung der Lichtquelle und/oder
des optischen Sensors kann per Netz oder netzunabhängig vorgenommen
werden. Zur netzunabhängigen
Leistungsversorgung kann eine Batterie oder ein Akkumulator vorgesehen
sein, der ebenfalls am Kochgeschirr, beispielsweise am Deckel unmittelbar
in der Nähe
des optischen Sensors und/oder der Lichtquelle angeordnet ist.
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Die
Erfindung umfaßt
auch ein Kochgeschirr zum Kochen von Kochgut, an dem mindestens
ein optischer Sensor zur optischen Erfassung mindestens eines Teils
der Kochgutoberfläche
und zur Abgabe eines Sensorsignals vorgesehen ist. Hier wird ausdrücklich auf
die bisherige Beschreibung verwiesen und Bezug genommen.
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Die
Vorteile der beschriebenen Teile der Erfindung liegen insbesondere
darin, daß im
Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren zur Ermittlung des Siede-
oder Kochpunkts von Kochgut zum einen eine schnelle und zuverlässige Erkennung
des Koch- und Siedepunktes und zum anderen die Erkennung weiterer "Kochphänomene", wie beispielsweise
dem Überkochen
möglich
ist. Die Ermittlung des Kochpunktes und die Erkennung des Überkochens
erfolgt vorzugsweise anhand geometrischer Merkmale der Kochgutoberfläche, beispielsweise
anhand derer Struktur. Bei bevorzugten Weiterbildungen sind diese Bestimmungen
lediglich an eine einfach auswertbare Meßgröße, nämlich vorzugsweise an die Lichtintensität des in
den optischen Sensor einfallenden Lichts, gebunden. Zudem kann durch
die Kopplung von Lichtquelle, Sensor und Heizeinrichtung ein geschlossener
Regelkreis geschaffen werden, der sehr schnell auf eine Veränderung
der Struktur der Kochgutoberfläche,
beispielsweise beim Einsetzen des Kochens reagiert. Diese und weitere
Merkmale gehen außer
aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen
Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kochgeschirrs mit nicht-kochendem
Kochgut, sowie ein dazu gehörendes
repräsentativem
Sensorsignal,
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2 eine
schematische Darstellung eines Kochgeschirrs mit kochendem Kochgut,
sowie ein dazu gehörendes
repräsentativem
Sensorsignal und
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3 eine
schematische Darstellung eines Kochgeschirrs mit überkochendem
Kochgut, sowie ein dazu gehörendes
repräsentativem
Sensorsignal.
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In
den 1 bis 3 ist ein Kochgeschirr in Form
eines Kochtopfes 11 dargestellt. Im Kochtopf 11 befindet
sich Kochgut 12 in Form eines Gemenges aus festen und flüssigen Bestandteilen 13, 14,
beispielsweise eine Mischung aus Wasser 13 und Kartoffeln 14 (1 und 2)
bzw. eine Flüssigkeit, wie
Milch 13 (3). Der Kochtopf 11 besitzt
einen Deckel 15, an dem ein optischer Sensor 16 und
eine Lichtquelle 17 angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind der optische Sensor 16 und die Lichtquelle 17 in
den Knauf 18 des Deckels 15 integriert. Optischer
Sensor 16 und Lichtquelle 17 sind zur Kochgutoberfläche 19 des
Kochgutes 12 hin ausgerichtet. Der optische Sensor 16 ist
flüssigkeitsdicht am
Knauf 18 angebracht, beispielsweise schützt eine transparente Abdeckung
(nicht dargestellt) ihn vor Spritzwasser beim Kochen oder beim Spülen. Der optische
Sensor 16 ist eine PIN-Diode, die das einfallende Licht
in ein Spannungssignal umwandelt. Die Lichtquelle 17 ist
eine Infrarotleuchte, beispielsweise eine Infrarotleuchtdiode. Der
optische Sensor 16 ist mit einer Heizeinrichtung 21 insbesondere
drahtlos signalleitend gekoppelt. Die Heizeinrichtung 21 ist ein
Heizregler 22 mit integrierter Auswerteeinrichtung 25,
beispielsweise einem Frequenzanalysator, zur Auswertung der Sensorsignale.
Die Heizeinrichtung 21 ist mit einer Heizplatte 23,
beispielsweise einer Strahlheizkörper-Kochplatte,
gekoppelt. Die Heizplatte 23 erwärmt den Kochtopf 11 und
das darin befindliche Kochgut 12.
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1 zeigt
Kochgut unterhalb des Siedepunktes. Die Kochgutoberfläche 19 wird
teilweise durch Wasser 13 und teilweise durch die Kartoffeln 14 gebildet.
Der Wasserbereich der Kochgutoberfläche ist ruhig und glatt. Die
Lichtquelle 17 ist so angeordnet, daß im wesentlichen die gesamte
Kochgutoberfläche 19 bzw.
ein großer
Flächenbereich,
der auch Wasserbereiche beinhaltet, beleuchtet wird. Der optische
Sensor 16 ist so ausgebildet und angeordnet, daß im wesentlichen
die gesamte Kochgutoberfläche 19,
insbesondere auch der überwiegende Teil
der Wasseroberfläche,
erfaßt
wird. Die Lichtquelle 17 kann, braucht aber nicht, in einem
bestimmten Abstand und Winkel zum optischen Sensor 16 angebracht
sein. In einem geschlossenen, metallisch glänzenden Raum, beispielsweise
in einem Metallkochtopf, wird Licht in der Regel so viel und so
oft reflektiert, daß auf
die Position zueinander nur wenig Rücksicht genommen werden muß. An dieser
Kochgutoberfläche 19 reflektiertes
Licht, das in 1 stellvertretend durch mehrere
Lichtstrahlen 24 dargestellt ist, erzeugt ein charakteristisches
Sensorsignal. Dieses Sensorsignal ist im Diagramm 27 auf
der rechten Seite der 1 dargestellt. Das Diagramm 27 zeigt
den zeitlichen Verlauf 28 des Sensorsignals in Form einer
Spannungskurve über
ein Zeitintervall von beispielsweise 500 Millisekunden. Der zeitliche Verlauf 28 ist
im Zeitintervall relativ konstant. Die maximale Schwingungsamplitude
beträgt
dabei ca. 10 Millivolt. Das bedeutet, daß Licht mit über das
Zeitintervall nahezu konstanter Intensität in den optischen Sensor 16 einfällt. Eine
derartige Signalform wird hier auch als "Gleichspannungssignal" bezeichnet.
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2 zeigt
das Kochgut 12 am Siedepunkt des Wassers 13. Die
flüssigen
Bestandteile 13 des Kochgutes 12 sind dabei sehr
unruhig und aufgewühlt.
An der Kochgutoberfläche 19 bilden
sich Blasen, Wellentäler
und -berge. Die Berge und Täler
wirken als gewölbte
Spiegel, die das reflektierte Licht zum Sensor bündeln oder streuen. Betrachtet
man zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten den Wasserbereich der
Kochgutoberfläche 19,
so ist an keiner Stelle die Kochgutoberfläche gleich ausgebildet. Wo
sich vorher Wellenberge befanden, befinden sich zum späteren Zeitpunkt
beispielsweise Wellentäler,
Blasen o. dgl. Licht, das an dieser chaotischen Kochgutoberfläche 19 reflektiert
wird, fällt
mit zeitlich stark schwankender Intensität in den optischen Sensor 16 ein.
Diesem Licht ist wiederum ein charakteristisches Sensorsignal zugeordnet,
dessen zeitlicher Verlauf 29 im Diagramm 30 im
rechten Teil der 2 dargestellt ist. Der zeitliche
Verlauf 29 ist über
einen Zeitraum von 500 Millisekunden dargestellt. Er zeigt in diesem
Zeitintervall einige Wechsel in der Lichtintensität des in
den optischen Sensor 16 einfallenden Lichts. Die Amplituden
betragen dabei beim vorliegenden Ausführungsbeispiel nach entsprechender Verstärkung ca.
10mV bis 150mV.
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In 3 ist
das Kochgut 12, beispielsweise Milch, beim Überkochen
dargestellt. Beim Überkochen
werden an der Kochgutoberfläche 19 zunehmend
kleine Gasbläschen
gebildet, die aufgrund der relativ zähen Konsistenz der Milch nicht
gleich wieder zerplatzen, sondern sich an der Kochgutoberfläche 19 anreichern,
was ein Ansteigen der Kochgutoberfläche 19 bewirkt. Im
Vergleich zur kochenden Kochgutoberfläche 19 ist die Kochgutoberfläche 19 beim Überkochen
nicht so sehr aufgewühlt.
Im Diagramm 32 auf der rechten Seite der 3 ist
dargestellt, daß der
zeitliche Verlauf 31 des Sensorsignals innerhalb der Zeitspanne
von beispielsweise 5 Sekunden stetig ansteigt, im Vergleich zum
Sensorsignal beim Kochen aufgrund der Konsistenz des Schaums ein
anderes, dem generellen Ansteigen überlagertes Signal liefert.
Die Änderung
des Absolutspannungswertes im betrachteten Zeitintervall beträgt hier
mehr als 500mV, vorzugsweise bis 1.000mV.
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Ermittlung des Siede- oder
Kochpunktes
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Zur
Ermittlung des Siede- oder Kochpunktes wird zunächst die Lichtquelle 17 am
Deckel 15 des Kochtopfes 11 aktiviert. Das von
der Lichtquelle 17 ausgestrahlte Licht trifft auf den Flächenbereich
der Kochgutoberfläche 19 mit
einer Flüssigkeitsoberfläche und
wird dort reflektiert. Auch eine Mehrfachreflexion an einer metallischen
Topfinnenwandung ist möglich.
Ein Teil des reflektierten Lichtes wird vom optischen Sensor 16,
der sich ebenfalls am Deckel 15 des Kochtopfes 11 befindet,
erfaßt.
Der optische Sensor 16 gibt ein Sensorsignal ab, das jeweils
repräsentativ
für den
gegenwärtigen
Zustand der Kochgutoberfläche 19 ist.
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Die
Flüssigkeitsbereiche
einer nicht kochende Kochgutoberfläche 19 sind ruhig
und glatt (1). Licht, das an dieser Kochgutoberfläche 19 reflektiert wird, ändert seine
räumliche
Verteilung pro Zeiteinheit nicht oder nur unerheblich. Vom optischen
Sensor 16 wird daher über
ein bestimmtes Zeitintervall Licht mit kleinen Schwankungen der
Lichtintensität, erfaßt. Dies
zeigt sich auch am zeitlichen Verlauf 28 des Spannungssignals über das
Zeitintervall.
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Wird
der Siedepunkt der flüssigen
Bestandteile 13 des Kochgutes 12 erreicht, ändert sich
die Kontur der Kochgutoberfläche 19 völlig. Die
Flüssigkeitsbereiche
der Kochgutoberfläche 19 weisen
nun Blasen, Schaum, Wellentäler
und Wellenberge auf. Daran reflektiertes Licht wird in verschiedene
Richtungen gestreut und gebündelt.
Vom optischen Sensor 16 wird daher über ein bestimmtes Zeitintervall Licht
mit zeitlich schnell und stark schwankender Lichtintensität erfaßt. Dies
zeigt sich auch am zeitlichen Verhalten des Sensorsignals. Dieses
weist nämlich über das
Zeitintervall Schwankungen mit vielen Wechseln, also eine hohe Frequenz,
und mit unterschiedlich großen
Amplituden auf. Beispielsweise können
dies ca. 5 innerhalb 500 Millisekunden sein. Diese entsprechen den
Wellen auf der Kochgut-Oberfläche.
Die Amplituden können
beispielsweise zwischen 10mV und 150mV variieren.
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Zur
Ermittlung des Siede- oder Kochpunktes werden die vom optischen
Sensor 16 ausgesendeten Sensorsignale während des gesamten Kochvorganges
ausgewertet. Dabei werden die Sensorsignale per Funk an einen Frequenzanalysator 25 übermittelt,
der die Frequenz der jeweiligen Sensorsignale auswertet. Die Auswertung
kann derart erfolgen, daß der
Frequenzanalysator anhand des zeitlichen Verhaltens der Sensorsignale
feststellt, ob das Kochgut kocht oder nicht, beispielsweise wenn
ein voreingestellter Schwellenwert, insbesondere die Zahl der Wechsel
in der Lichtintensität
pro Zeiteinheit, überschritten
wird. Dabei wird der Übergang
zwischen dem relativ glatten Gleichspannungssignal einer nicht kochenden
Kochgutoberfläche 19 und
dem dynamischen Wechselspannungssignal einer kochenden Kochgutoberfläche 19 als
Siedepunkt erkannt. Der Frequenzanalysator sendet sodann ein dementsprechendes
Signal, beispielsweise ebenfalls per Funk, an den Heizregler 22,
der daraufhin die Wärmezufuhr
von der Heizplatte 23 an den Kochtopf 11 und das
Kochgut 12 reguliert.
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Überkochen
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Das
Erkennen des Überkochens
wird mit dem gleichen optischen Sensor 16 durchgeführt, der zur
Ermittlung des Siede- oder Kochpunktes eingesetzt wird. Beim Überkochen
wird der Abstand zwischen Kochgutoberfläche 19 und dem am
Deckel 15 angebrachten Sensor 16 geringer. Dies
bedeutet, daß die
Lichtintensität
des in den optischen Sensor 16 einfallenden Lichtes mit
abnehmendem Abstand zwischen Kochgutoberfläche 19 und optischem
Sensor 16 stetig zunimmt. Dies zeigt sich am zeitlichen Verlauf 31 des
Sensorsignals. Während
des gesamten Zeitintervalls von beispielsweise 5 Sekunden wird dabei
ein Ansteigen des Signals detektiert. Das charakteristische Überkoch-Signal
wird per Funk an den Frequenzanalysator übermittelt und ausgewertet.
Die Auswertung kann beispielsweise derart erfolgen, daß das Signal
als ein Überkoch-Signal
erkannt wird, wenn ein voreingestellter Schwellenwert in der Höhe der Lichtintensität überschritten
wird. Der Frequenzanalysator übermittelt
sodann ein Signal an den Heizregler 22, der daraufhin die
Wärmezufuhr
von der Heizplatte 23 an den Kochtopf 11 und das
Kochgut 12 drosselt.