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Die
Erfindung betrifft ein Dampfgargerät zur Wärmebehandlung von Speisen der
im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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Aus
der
DE 41 09 565 A1 ist
ein Dampfgargerät
bekannt, bei dem der Dampfgehalt in der Abluft des Dampfgargeräts bestimmt
wird. Das Dampfgargerät
weist eine Steuerung mit einer Auswerteeinheit und einem Speicher
auf. In dem Abluftkanal des Dampfgargeräts ist eine Absorberfläche zur
Kondensation von Dampf angeordnet, deren Temperatur mittels einer
ersten Temperaturmesseinrichtung messbar und an die Auswerteeinheit
der Steuerung übertragbar
ist. Die mit der ersten Temperaturmesseinrichtung gemessene Temperatur wird
in der Auswerteeinrichtung mit einer durch eine weitere Temperaturmesseinrichtung,
die frei im Abluftkanal angeordnet ist, gemessenen Ablufttemperatur
verglichen. Die auf diese Weise ermittelte Temperaturdifferenz wird
dann zur Regelung einer Kühlleistung
verwendet, die erforderlich ist, um die Temperatur an der Absorberfläche konstant
zu halten. Aus der hierfür
erforderlichen Kühlleistung
wird anschließend
ein zu dem Dampfgehalt der Abluft proportionales Signal abgeleitet,
das zur Steuerung eines in dem Garraum angeordneten Strahlungsheizkörpers verwendet
wird.
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Der
Erfindung stellt sich somit das Problem ein hierzu alternatives
Dampfgargerät
anzugeben, das einen einfacheren konstruktiven und schaltungstechnischen
Aufbau aufweist und auch als ein abgeschlossenes System betreibbar
ist.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch ein Dampfgargerät
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden
Unteransprüchen.
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Die
mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass das Dampfgargerät
einen einfacheren konstruktiven und schaltungstechnischen Aufbau
aufweist. Ferner ist das Dampfgargerät auch als ein abgeschlossenes
System einsetzbar, also bei dem kein kontinuierlicher Luftaustausch
zwischen dem Garraum und der Umgebung, beispielsweise mittels eines
Wrasenkanals, erfolgt. Besonders vorteilhaft ist, dass die Absorberfläche im Wesentlichen
bündig
mit der dem Garraum zugewandten Fläche der Garraumwand verläuft. Hierdurch
ist der Einfluss von Störgrößen vermindert,
d.h. der Wärmeeintrag
in die Absorberfläche über die
Garraumtemperatur und nicht über
die Kondensation des in dem Garraum befindlichen Dampfes.
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Alternativ
zu der vorgenannten Ausführungsform
wäre es
auch denkbar, dass die Absorberfläche auf der dem Garraum zugewandten
Fläche
der Garraumwand angeordnet und durch zumindest ein Strömungsleitelement
vor dem Kontakt mit einer während
des Garprozesses im Bereich der Garraumwand verlaufenden Luftströmung geschützt ist.
Hierdurch wäre
auch eine Absorberflächenanordnung
möglich,
die nicht bündig
mit der dem Garraum zugewandten Seite der Garraumwand abschließt, sondern
sich weiter in den Garraum hinein erstreckt.
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Darüber hinaus
wäre auch
eine Kombination aus den beiden vorgenannten Ausführungsformen
denkbar, nämlich
die im Wesentlichen bündig
mit der dem Garraum zugewandten Fläche der Garraumwand verlaufende
Absorberfläche
zusätzlich
durch zumindest ein Strömungsleitelement
vor dem Kontakt mit einer während
des Garprozesses entstehenden und im Bereich der Garraumwand verlaufenden
Luftströmung
zu schützen.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des Dampfgargeräts sieht vor, dass die Kühlfläche im Wirkbereich
einer durch ein Gebläse
des Dampfgargeräts
erzeugten Luftströmung
angeordnet ist. Auf diese Weise ist die für die Kondensation des in dem
Garraum befindlichen Dampfes an der Absorberfläche erforderliche Kühlung der Absorberfläche mittels
der Steuerung in weiten geeigneten Grenzen variabel einstellbar.
Ein großer
Messbereich, also die Möglichkeit
der Bestimmung von sowohl geringen wie auch großen Dampfmengen in einem Garraum,
ist dadurch ermöglicht.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform
sieht vor, dass die Luftströmung
in einem Luftkanal des Dampfgargeräts geführt ist, der durch eine thermische
Isolierung von dem Garraum und anderen Wärmequellen des Dampfgargeräts getrennt
ist. Hierdurch ist die Kühlung
der Kühlfläche und
damit der Absorberfläche
weiter verbessert und von Störeinflüssen weitestgehend
geschützt.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
die Wärmeleitvorrichtung,
bei entsprechender Dimensionierung der Kühlfläche, auch ohne die Verwendung
einer Zwangsluftströmung
zu kühlen.
Dies ist möglich,
wenn genug Platz zur Verfügung
steht, um die Kühlfläche entsprechend
groß ausbilden
zu können.
Die Methoden hierzu sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Um die erforderliche
Kühlfläche möglichst
gering halten zu können,
ist der Einsatz eines Gebläses
vorteilhaft. Zweckmäßigerweise
ist dabei die Drehzahl des Gebläses
mittels der Steuerung regelbar, um damit den möglichen Messbereich bei gleicher
Kühlfläche zu erweitern.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist es vorgesehen, dass an
oder in dem Garraum eine zweite Temperaturmesseinrichtung zur Messung
der Garraumtemperatur angeordnet ist, die mit der Auswerteeinheit
in Signalübertragungsverbindung
steht. Hierdurch ist die Qualität
der Dampfmengenbestimmung in der Auswerteeinheit der Steuerung verbesserbar.
Eine weitere Steigerung der Genauigkeit bei der Berechnung der Dampfmenge
ist dadurch ermöglicht,
dass an oder in dem Dampfgargerät
eine dritte Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Umgebungstemperatur
im Bereich der Kühlfläche oder
der Temperatur der Kühlfläche angeordnet
ist, die mit der Auswerteeinheit in Signalübertragungsverbindung steht.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung des Dampfgargeräts in der
vorgenannten Ausführungsform sieht
vor, dass die dritte Temperaturmesseinrichtung derart angeordnet
ist, dass die damit gemessene Temperatur zusätzlich zur frühzeitigen
automatischen Erkennung eines Brandfalls an oder in dem Dampfgargerät verwendbar
ist. Auf diese Weise ist die Zahl der Bauteile weiter reduziert.
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Grundsätzlich ist
es denkbar, dass die Garraumwand selbst aus einem Material mit einer
niedrigen thermischen Wärmeleitfähigkeit,
beispielsweise aus Glas oder Glaskeramik, hergestellt ist. Vorteilhafterweise ist
zwischen der Wärmeleitvorrichtung
oder der Absorberfläche
und der Garraumwand eine thermische Isolierung angeordnet. Hierdurch
ist auch die Verwendung von metallenen Garraumwänden ermöglicht.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Dampfgargeräts sieht
vor, dass die Kühlfläche ein
Teil eines stabartigen Kühlkörpers (20)
ist, der als Verlängerung
einer stabartigen Wärmeleitvorrichtung
(18) in axialer Richtung ausgebildet ist. Zum einen ist
dadurch der konstruktive Aufbau des Dampfgargeräts vereinfacht. Zum anderen
ist die Kühlfläche weniger
verschmutzungsanfällig.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Wärmeleitvorrichtung
innen hohl ausgebildet ist und der Hohlraum gegenüber der
Umgebung im Wesentlichen dicht abgeschlossen ist, wobei die Wärmeleitvorrichtung
im Bereich der Garraumwand eine thermische Isolierung aufweist und
der Temperatursensor der ersten Temperaturmesseinrichtung in dem
von der thermischen Isolierung umschlossenen Abschnitt der Wärmeleitvorrichtung
in dem Hohlraum angeordnet ist. Hierdurch ist der Einfluss von Störgrößen, wie
beispielsweise der Garraumtemperatur und den Strömungsbedingungen in der Nähe der Absorberfläche, weiter
reduziert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt
und wird nachfolgend näher
beschrieben. Es zeigt
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1 ein
erfindungsgemäßes Dampfgargerät in einer
stark vereinfachten perspektivischen Darstellung,
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2 die
auf einer Platine angeordnete Steuerung des Dampfgargeräts aus 1,
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3 eine
Detailansicht des Dampfgargeräts
aus 1 im Bereich der Absorberfläche in teilweise geschnittener
Darstellung,
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4 ein
Diagramm mit der Temperatur der Absorberfläche, der Garraumtemperatur,
der Umgebungstemperatur und der im Garraum befindlichen Dampfmenge
zu voneinander verschiedenen Messungen,
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5 ein
Diagramm der Temperatur der Absorberfläche in Abhängigkeit der im Garraum befindlichen Dampfmenge,
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6 ein
Diagramm der mittels der Temperatur der Absorberfläche berechneten
Dampfmenge in Abhängigkeit
der Dampfmenge einer Referenzmessung und
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7 ein
Diagramm der mittels der Temperatur der Absorberfläche und
der Garraumtemperatur berechneten Dampfmenge in Abhängigkeit
der Dampfmenge einer Referenzmessung.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Dampfgargerät teilweise
dargestellt. Der Garraum 2 des Dampfgargeräts ist durch
eine Garraumwand 4 von der Umgebung abgetrennt, wobei der
Garraum 2 vorne eine Beschickungsöffnung 6 aufweist,
die durch eine nicht dargestellte Tür verschließbar ist. An der Garraumwand 4 ist
eine in 3 näher erläuterte Baugruppe 8 angeordnet,
die teilweise in den Garraum 2 hineinragt.
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2 zeigt
eine an sich bekannte Platine, auf der eine Steuerung 10 zur
Steuerung und/oder Regelung des Dampfgargeräts aus 1 angeordnet
ist. Die Steuerung 10 ist auf an sich bekannte Weise in
dem Dampfgargerät
integriert und weist eine Auswerteeinheit 12 und einen
Speicher 14 auf. Die Steuerung 10 ist auf dem
Fachmann bekannte Weise mit einem nicht dargestellten Dampferzeuger
und einem ebenfalls nicht dargestellten Strahlungsheizkörper signalübertragend
verbunden. Ferner ist die Auswerteeinheit 12 mit den in 3 näher dargestellten
Temperaturmesseinrichtungen signalübertragend verbunden.
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3 zeigt
die Baugruppe 8 im Detail. Die Baugruppe 8 umfasst
einen Absorberkörper 16,
der eine Absorberfläche 16.1 aufweist,
eine Wärmeleitvorrichtung 18 sowie
einen Kühlkörper 20,
der eine Kühlfläche 20.1 aufweist.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
sind diese Bauteile zusammen in einen einzigen Hohlstab 22 integriert.
In dem Inneren des Hohlstabs 22 ist der Temperatursensor 24 einer
ersten Temperaturmesseinrichtung angeordnet, der über eine
elektrische Leitung 26 mit der Auswerteeinrichtung 12 in
Signalübertragungsverbindung
steht. Grundsätzlich
ist jedoch auch eine drahtlose Signalübertragungsverbindung denkbar.
Das Innere des Hohlstabs 22 ist auf dem Fachmann bekannte
Weise, hier durch einen Harzpfropfen 28, von der Umgebung
im Wesentlichen dicht abgeschlossen. Die Garraumwand 4 ist
hier aus Edelstahl ausgebildet. Um eine unkontrollierte Wärmeleitung
zwischen der Garraumwand 4 und der Absorberfläche 16.1 zu verhindern,
ist zwischen dem Hohlstab 22 und der Garraumwand 4 eine
zweiteilige thermische Isolierung 30 aus Kunststoff angeordnet.
Beide Teile der thermischen Isolierung 30 sind hülsenartig
ausgebildet und auf ein Außengewinde 22.1 des
Hohlstabs 22 aufgeschraubt. Der Hohlstab 22 ragt,
wie aus 3 deutlich hervorgeht, durch
eine Öffnung
in der Garraumwand 4 in den Garraum 2 hinein.
Der Hohlstab 22 ist dabei mittels der beiden Teile der
thermischen Isolierung 30 an der Garraumwand 4 gehalten.
Um einen Endanschlag für
die beiden Teile der thermischen Isolierung 30 zu bilden,
weist der Hohlstab 22 im Bereich der Absorberfläche 16.1 einen Absatz
auf.
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Zur
Verminderung der Störeinflüsse der
Garraumtemperatur und der Strömungsverhältnisse
in der Nähe
der Absorberfläche 16.1 während eines
Garvorgangs ist der Hohlstab 22 und dessen Halterung an
der Garraumwand 4 derart ausgebildet, dass die Absorberfläche 16.1 im
Wesentlichen bündig
mit der dem Garraum 2 zugewandten Oberfläche der
Garraumwand 4 verläuft.
Ferner ist der Temperatursensor 24 der ersten Temperaturmesseinrichtung 24, 26 in
dem von der thermischen Isolierung 30 umschlossenen Abschnitt
der Wärmeleitvorrichtung 18 in
dem Hohlraum angeordnet. Hierdurch ist der störende Einfluss der Konvektion
in dem Garraum 2 weiter reduziert.
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Eine
andere verbesserte Ausführungsform
sieht vor, dass die Kühlfläche 20.1 im
Wirkbereich einer durch ein Gebläse 32 des
Dampfgargeräts
erzeugten Kühlluftströmung 34 angeordnet
ist.
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Ferner
sieht eine weitere verbesserte Ausführungsform vor, dass das Dampfgargerät neben
der ersten Temperaturmesseinrichtung zusätzlich eine zweite Temperaturmesseinrichtung
mit einem in dem Garraum angeordneten Temperatursensor 36 zur
Messung der Garraumtemperatur und einer elektrischen Leitung 38 aufweist,
die den Temperatursensor 36 mit der Auswerteeinrichtung 12 signalübertragend
verbindet.
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Eine
hierzu nochmals verbesserte Ausführungsform
sieht vor, dass das Dampfgargerät
zusätzlich noch
eine dritte Temperaturmesseinrichtung mit einem Temperatursensor 40 zur
Messung der Umgebungstemperatur im Bereich der Kühlfläche 20.1 oder direkt
der Temperatur der Kühlfläche 20.1 und
eine elektrische Leitung 42 aufweist, die den Temperatursensor 40 mit
der Auswerteeinrichtung 12 signalübertragend verbindet.
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Nachfolgend
ist die Funktionsweise anhand der 4 bis 7 näher erläutert.
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Die
Temperatur der in dem Garraum
2 angeordneten Absorberfläche
16.1,
an der der in dem Garraum
2 befindliche Dampf kondensiert,
wird mittels der ersten Temperaturmesseinrichtung gemessen und an
die Auswerteeinheit
12 der Steuerung
10 des Dampfgargeräts übertragen.
Anschließend
wird in der Auswerteeinheit
12 mittels eines in dem Speicher
14 der
Steuerung
10 abgespeicherten Algorithmus aus der gemessenen Temperatur
der Absorberfläche
16.1 die
in dem Garraum
2 befindliche Dampfmenge ermittelt. Hierzu
wird hier ein Polynomansatz in der folgenden Form verwendet:
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Wobei
der Dampfgehalt gleich der in dem Garraum 2 befindlichen
Dampfmenge und TWärmefluss die Temperatur
der Absorberfläche
ist. x01 bis xN3 sind
dabei die Polynomparameter, die über
ein an sich bekanntes iteratives Verfahren zur Fehlerminimierung
berechnet werden.
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Gewöhnlich reicht
ein linearer oder quadratischer Polynomansatz.
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Die
Korrelation zwischen der Temperatur der Absorberfläche 16.1 und
der in dem Garraum 2 befindlichen Dampfmenge ist in der 4 dargestellt.
Die Kurve a zeigt dabei die Temperatur in dem Garraum 2,
die Kurve b zeigt die Temperatur der Absorberfläche 16.1, die Kurve
c zeigt die Temperatur in der Umgebung der Kühlfläche 20.1 und die Kurve
d zeigt die tatsächliche
Dampfmenge, die bei den durchgeführten
Versuchen durch eine Referenzmessung mit einem Sauerstoffsensor
ermittelt worden ist.
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Wie
aus 4 deutlich hervorgeht, korreliert die Temperatur
der Absorberfläche 16.1,
Kurve b, deutlich mit der in dem Garraum 2 befindlichen
Dampfmenge, Kurve d. Diese Korrelation ist darüber hinaus aus der 5 ersichtlich.
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In 6 ist
die mittels des oben erläuterten
Algorithmus berechnete Dampfmenge mit der tatsächlichen Dampfmenge gemäß der Referenzmessung
verglichen. Wie aus 6 hervorgeht, ist bereits eine
ausreichende Genauigkeit vorhanden.
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Zur
Steigerung der Qualität
des Verfahrens und damit der Genauigkeit der berechneten Dampfmenge ist
es gemäß einer
verbesserten Ausführungsform
vorgesehen, neben der Temperatur der Absorberfläche
16.1 auch die
Garraumtemperatur, also die mit der zweiten Temperaturmesseinrichtung
gemessene Temperatur, für die
Auswertung zu verwenden. Der hierfür verwendete Polynomansatz
lautet:
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Wobei
TGarraum gleich der Garraumtemperatur ist
und y1 bis yM die
weiteren Polynomparameter sind. Gewöhnlich reicht auch hier ein
linearer oder quadratischer Polynomansatz mit den Parametern x1 und x2 sowie y1 und y2 aus.
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Die
mittels dieses verbesserten Algorithmus berechnete Dampfmenge ist
in 7 mit der tatsächlichen
Dampfmenge der Referenzmessung verglichen. In Zusammenschau der 6 und 7 ist
die Verbesserung des Verfahrens und damit der Genauigkeit der Dampfmengenberechnung
deutlich ersichtlich.
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Eine
weitere Verbesserung des Verfahrens ist erreichbar, wenn zusätzlich noch
die Umgebungstemperatur im Bereich der Kühlfläche
20.1 oder die
Temperatur der Kühlfläche
20.1 für den Algorithmus
verwendet wird. Der entsprechende Polynomansatz lautet:
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Wobei
TReferenz gleich der Umgebungstemperatur
im Bereich der Kühlfläche 20.1 oder
die Temperatur der Kühlfläche 20.1 ist.
z1 bis zP stehen
für die
neu hinzugekommenen Polynomparameter. Gewöhnlich reicht auch hier ein
linearer oder quadratischer Polynomansatz mit den Parametern x1 und x2, y1 und y2 sowie z1 und z2 aus.
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Die
mit einem der oben erläuterten
Algorithmen berechnete Dampfmenge kann dann beispielsweise für die Steuerung
oder die Regelung der Dampferzeugung und/oder zur Steuerung oder
Regelung weiterer Heizquellen zur Beheizung des Garraums 2,
wie Strahlungsheizkörper
oder Mikrowellengeneratoren, verwendet werden. Ferner ist eine Anzeige der
in dem Garraum 2 befindlichen Dampfmenge, also des Dampfgehalts, auf
einer nicht angezeigten Anzeige des Dampfgargeräts denkbar.
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Grundsätzlich ist
es jedoch auch möglich,
anstelle der erläuterten
Algorithmen eine Wertetabelle abzuspeichern und für die Bestimmung
der in dem Garraum 2 befindlichen Dampfmenge zu verwenden.
In der Wertetabelle wären
voneinander verschiedenen Werten für die Temperatur der Absorberfläche 16.1 Werte
für dazu
korrelierende Dampfmengen abgespeichert. Diese Wertepaare wären durch
vorher durchgeführte
Versuche ermittelt worden. Mittels der aktuell während eines Garvorgangs gemessenen
und an die Auswerteeinheit 12 übermittelten Temperatur der
Absorberfläche 16.1 würde dann
in der Auswerteeinheit 12 auf dem Fachmann bekannte Weise
aus der abgespeicherten Wertetabelle die aktuelle Dampfmenge ausgewählt und
für die
Steuerung des Garvorgangs verwendet.
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Um
eine hohe Qualität
der Dampfmengenberechnung und damit eine hochqualitative Regelung
des erfindungsgemäßen Dampfgargeräts zu ermöglichen,
läuft der
oben näher
erläuterte
Mess- und Auswerteablauf
kontinuierlich während
des gesamten Garprozesses ab. In einer einfacheren Ausführungsform
wäre es
jedoch auch möglich,
die Messungen und die nachfolgenden Auswertungen und Berechnungen
zu diskreten, vorher festgelegten Zeitpunkten während des Garprozesses durchzuführen.