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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der von einem Gargut
aufgenommenen Wärme
in einem Gargerät.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Gargerät mit wenigstens einer Vorrichtung zum
Bestimmen der von einem Gargut im Gargerät aufgenommenen Wärme gemäß dem obigen
Verfahren.
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Bei
Gargeräten
sind verschiedenen Verfahren bekannt, die einen automatischen oder
halbautomatischen Garvorgang ermöglichen.
Dazu werden unterschiedliche Arten von Sensoren verwendet, die zum
Erfassen der Temperaturen vorgesehen sind. Die gemessenen Temperaturen
stehen dabei direkt oder indirekt mit der Temperatur in einem Gargefäß oder Garraum
in Zusammenhang. Beispielsweise wird die Temperatur an der Unterseite
einer Glaskeramikscheibe eines Kochfeldes gemessen. Üblicherweise
werden Temperatursensoren aus Platin verwendet, die auf einem Substrat
aus Keramik angebracht sind.
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Aus
der Temperatur allein lassen sich jedoch keine Rückschlüsse über den Zustand des Garguts ziehen.
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In
der
DD 295 415 A5 ist
eine Vorrichtung zur Bestimmung von Wärmeströmen mit Halbleiter-Temperatursensoren
beschrieben. Dabei sind die Halbleiter-Temperatursensoren auf der
Oberseite und Unterseite einer Leiterplatte angeordnet.
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Diese
Vorrichtung ermöglicht
eine empfindliche und genaue Bestimmung von Wärmeströmen mit einer kompakten Vorrichtung,
ist aber nicht für
ein Gargerät
vorgesehen.
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Aus
der
DE 20 2005
011 147 U1 ist eine Messfühleranordnung zur Ermittlung
der Temperaturverhältnisse
im Bereich einer von einer Wärmequelle erwärmten Heizfläche bekannt.
Es sind zwei Messfühler
vorgesehen, von denen der eine der Heizfläche und der andere der Wärmequelle
zugewandt ist. Durch die Kenntnis dieser beiden Temperaturen kann die
Regelung der Wärmequelle
und der Heizfläche optimal
aufeinander abgestimmt werden.
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In
der
DE 43 39 267 C2 ist
ein Verfahren zur Steuerung der Heizleistung einer Kochstelle mit Glaskeramik
beschrieben. Dabei ist eine elektronische Steuerung mit kontinuierlicher
Leistungszufuhr vorgesehen. An wenigstens drei Stellen wird die Temperatur
erfasst und daraus der Wärmefluss
in den Topfboden ermittelt. Das Verfahren gemäß
DE 43 39 267 C2 ist zum
Kompensieren von Schwankungen der Netzspannung oder anderer Größen geeignet.
Außerdem
können
durch dieses Verfahren besondere Eigenschaften des Kochgeschirrs
kompensiert werden.
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In
der
DE 196 47 985
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen
der Güte
des Bodens von Kochgeschirr beschrieben. Dabei befindet sich das
Kochgeschirr auf einer Aufstellfläche einer beheizten Kochstelle.
An der Aufstellfläche
der Kochstelle wird eine erste Temperatur und beabstandet davon
eine zweite Temperatur gemessen. Aus der Differenz der beiden Temperaturen
wird die Güte des
Bodens bestimmt. Die Güte
des Bodens hängt von
seiner Krümmung
ab. Da in der Praxis der Boden des Kochgeschirrs nicht exakt eben,
sondern meist etwas gekrümmt
ist, wird dadurch der Energieverbrauch erhöht. Die so bestimmte Güte ist eine
Maßzahl
dafür,
wie eben der Boden ausgebildet ist.
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Diese
Vorrichtungen haben den Nachteil, dass aus den erfassten und bestimmten
Größen keine
unmittelbaren Rückschlüsse auf
den Zustand des Garguts oder das Fortschreiten des Garvorgangs gezogen
werden können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Bestimmen thermischer Größen in einem
Gargerät
bereit zu stellen, die Rückschlüsse auf
den Zustand des Garguts und auf das Fortschreiten des Garvorgangs
ermöglichen,
wobei der konstruktive Aufwand verhältnismäßig gering ist.
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Hinsichtlich
des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung durch den Gegenstand
gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Bestimmen der von einem Gargut aufgenommenen Wärme in einem
Gargerät
weist die folgenden. Schritte auf:
- – Erfassen
einer ersten Temperatur zwischen einem Heizelement und einem Gargefäß oder Garraum
mit einem ersten Temperatursensor,
- – Erfassen
einer zweiten Temperatur zwischen dem Heizelement und dem Gargefäß oder Garraum
mit einem zweiten Temperatursensor, wobei die Temperatursensoren
entlang der Richtung des Wärmestroms
im Gargerät
angeordnet sind,
- – Bestimmen
der Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten
Temperatur,
- – Bestimmen
des Wärmestroms
von dem Heizelement zu dem Gargefäß oder Garraum aus der Temperaturdifferenz zwischen
der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur,
- – Bestimmen
der zeitlichen Änderung
des Wärmestroms
von dem Heizelement zu dem Gargefäß oder Garraum, und
- – Bestimmen
der von einem Gargut aufgenommenen Wärme
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Bei
dem Verfahren liegt der Kern der Erfindung darin, dass zwei Temperatursensoren
entlang der Richtung des Wärmestroms
im Gargerät
angeordnet sind und die Temperaturdifferenz zwischen den an den
Temperatursensoren auftretenden Temperaturen erfasst wird. Daraus
lassen sich der Wärmestrom
und die zeitlichen Änderung
des Wärmestroms
und somit die Wärmeaufnahme
des Garguts bestimmen. Da dies mit dem Stadium des Garvorgangs im
Zusammenhang steht, können
diese Informationen in vorteilhafter Weise für die Steuerung und Regelung
eines automatischen oder halbautomatischen Garvorgangs verwendet
werden.
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Beispielsweise
kann die zeitliche Änderung der
Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten
Temperatur durch wiederholtes oder kontinuierliches Erfassen der
ersten und zweiten Temperaturen bestimmt werden.
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Alternativ
wird eine Vielzahl Temperaturen entlang der Richtung des Wärmestroms
im Gargerät erfasst.
Daraus lässt
sich eine entsprechende Anzahl von Temperaturdifferenzen bestimmen,
was eine besonders genaue Bestimmung des Wärmestroms ermöglicht.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird hinsichtlich des Gargerätes durch
den Gegenstand gemäß Patentanspruch
4 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Gargerät mit wenigstens
einer Vorrichtung zum Bestimmen der von einem Gargut im Gargerät aufgenommenen
Wärme gemäß dem obigen
Verfahren weist Folgendes auf:
- – wenigstens
ein Substrat, das innerhalb eines Wärmestroms im Gargerät angeordnet
oder anbringbar ist,
- – wenigstens
zwei Temperatursensoren, die auf dem Substrat angebracht und entlang
der Richtung des Wärmestroms
im Gargerät
ausgerichtet oder ausrichtbar sind, und
- – eine
Erfassungseinrichtung, die mit den Temperatursensoren elektrisch
gekoppelt und zum Erfassen der Temperaturdifferenz zwischen den
an den Temperatursensoren auftretenden Temperaturen vorgesehen ist,
wobei
- – die
Erfassungseinrichtung oder eine der Erfassungseinrichtung nachgeschaltete
Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen des Wärmestroms und der zeitlichen Änderung
des Wärmestroms
im Gargerät
vorgesehen ist, so dass die Wärmeaufnahme
eines Garguts bestimmbar ist.
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Der
Kern der Erfindung liegt darin, dass zwei Temperatursensoren entlang
der Richtung des Wärmestroms
im Gargerät
angeordnet sind und die Temperaturdifferenz zwischen den an den
Temperatursensoren auftretenden Temperaturen erfasst wird. Daraus
lassen sich der Wärmestrom
und die zeitlichen Änderung
des Wärmestroms
und somit die Wärmeaufnahme
des Garguts bestimmen. Da diese Wärmeaufnahme wiederum mit dem
Fortschreiten des Garvorgangs in Zusammenhang steht, kann diese
Information in vorteilhafter Weise für die Steuerung oder Regelung
eines automatischen oder halbautomatischen Garvorgangs verwendet
werden.
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Dabei
ist die Erfassungseinrichtung zum Bestimmen der zeitlichen Änderung
der Temperaturdifferenz zwischen den an den Temperatursensoren auftretenden
Temperaturen vorgesehen. Das zeitliche Verhalten dieser Temperaturdifferenz
erlaubt weiter Rückschlüsse auf
den Garvorgang.
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Da
die Temperaturdifferenz und der Wärmestrom proportional zueinander
sind, lässt
sich der Wärmestrom
auf einfache Weise aus der Temperaturdifferenz bestimmen.
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Weiterhin
kann die Erfassungseinrichtung zum Bestimmen der zeitlichen Änderung
des Wärmestroms
im Gargerät
vorgesehen sein. Durch das zeitliche Verhalten des Wärmestroms
im Gargerät können weitere
Informationen über
den Garvorgang gewonnen werden.
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Auch
für die
zeitliche Änderung
des Wärmestroms
im Gargerät
kann als Alternative der Erfassungseinrichtung eine Bestimmungseinrichtung nachgeschaltet
sein, die zum Bestimmen der zeitlichen Änderung des Wärmestroms
im Gargerät
vorgesehen ist.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist das Substrat als ein Flächenstück ausgebildet.
Dadurch ist der Platzbedarf im Gargerät für die Vorrichtung relativ gering.
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Vorzugsweise
sind die Temperatursensoren auf den beiden großflächigen Seiten des Substrats angeordnet.
Dabei sind die Temperatursensoren insbesondere als Flächenstücke ausgebildet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
sind die Temperatursensoren aus Platin hergestellt. Dies trägt zu einer hohen
Messgenauigkeit bei.
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Die
Anschlussklemmen sind beispielsweise auf den beiden großflächigen Seiten
des Substrats angeordnet. Dies ermöglicht eine stabile und kompakte
Bauweise.
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Insbesondere
ist das Substrat aus Keramik hergestellt und hat eine Dicke von
etwa 1 mm bis 2 mm.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Vielzahl
Substrate und Temperatursensoren aufweist, wobei die Substrate und
die Temperatursensoren abwechselnd angeordnet sind. Damit lässt sich eine
Vielzahl von Temperaturdifferenzen entlang der Richtung des Wärmestroms
bestimmen, so dass besonders genaue Informationen über die
Wärmeaufnahme
des Garguts vorliegen.
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Vorzugsweise
ist die Vielzahl der Substrate schichtweise angeordnet. Damit lässt sich
die Vorrichtung kompakt ausgestalten.
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Beispielsweise
ist die Vorrichtung für
ein Gargerät
mit Glaskeramik-Kochfeld geeignet. Dabei kann bei dem Gargerät die Vorrichtung
zum Bestimmen thermischer Größen insbesondere
an der Unterseite einer Glaskeramikscheibe angeordnet sein. Damit
befindet sich die Vorrichtung direkt im Wärmestrom zwischen einem Heizelement
und einem Gargefäß.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und besondere Ausführungsformen der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Vorrichtung zum Bestimmen thermischer Größen gemäß der Erfindung wird nachstehend
am Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung
zum Bestimmen des Wärmestroms
gemäß der Erfindung,
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2 eine
schematische Vorderansicht der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung
zum Bestimmen des Wärmestroms
gemäß der Erfindung,
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3 eine
schematische Vorderansicht einer bevorzugten Anwendung der Vorrichtung
zum Bestimmen des Wärmestroms
gemäß der Erfindung, und
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4 ein
Diagramm, das einen zeitlichen Verlauf einer Temperatur und eines
Wärmestroms darstellt.
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In 1 ist
eine schematische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmestroms gemäß der Erfindung
dargestellt. Die Vorrichtung umfasst ein Substrat 10, das
als ein Flächenstück ausgebildet
ist. Das Substrat 10 ist aus Keramik hergestellt. Auf der
Oberseite des Substrats 10 befindet sich ein erster Temperatursensor 12 und
eine erste Anschlussklemme 16. Der erste Temperatursensor 12 ist
aus Platin hergestellt. Die erste Anschlussklemme 16 ist
als Leiterbahn ausgebildet und an einem Ende mit dem ersten Temperatursensor 12 elektrisch
gekoppelt. Die erste Anschlussklemme 16 ist weiterhin zur
elektrischen Kopplung mit einer nicht dargestellten Erfassungseinrichtung
vorgesehen. Der erste Temperatursensor 12 ist als ein Flächenstück ausgebildet
und bei dieser konkreten Ausführungsform
12 mm lang und 12 mm breit.
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2 zeigt
eine schematische Vorderansicht der bevorzugten Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß 1.
An der Unterseite des Substrats 10 befindet sich ein zweiter
Temperatursensor 14 und eine zweite Anschlussklemme 18.
Der zweite Temperatursensor 14 ist ebenfalls aus Platin
hergestellt. Die zweite Anschlussklemme 18 ist ebenfalls
als Leiterbahn ausgebildet und an einem Ende mit dem zweiten Temperatursensor 14 elektrisch
gekoppelt. Auch die zweite Anschlussklemme 16 ist zur elektrischen Kopplung
mit der Erfassungseinrichtung vorgesehen. Auch der zweite Temperatursensor 14 ist,
ebenso wie der erste Temperatursensor 12, als Flächenstück ausgebildet
und 12 mm lang und 12 mm breit.
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Der
zweite Temperatursensor 14 ist gegenüber dem ersten Temperatursensor 12 am
Substrat 10 angeordnet. Auch die zweite Anschlussklemme 18 ist gegenüber der
ersten Anschlussklemme 16 angeordnet. Die Temperatursensoren 12 und 14 sowie
die Anschlussklemmen 16 und 18 sind jeweils an
den beiden großflächigen Seiten
des Substrats 10 angeordnet. Das Substrat 10 hat
bei dieser konkreten Ausführungsform
eine Dicke von 1,25 mm.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß 1 und 2 ist
für eine
maximale Arbeitstemperatur von etwa 750°C geeignet. Der maximale Wärmestrom
beträgt
etwa 8 W/cm2. Die thermische Leitfähigkeit
des Substrats 10 liegt etwa bei 1,4 W/mK. Die maximale
Dicke des Substrats 10 sollte nicht mehr als 1,25 mm betragen.
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In 3 ist
eine schematische Vorderansicht einer bevorzugten Anwendung der
Vorrichtung dargestellt. Bei der bevorzugten Anwendung befindet sich
die Vorrichtung unterhalb eines Glaskeramikscheibe 20 eines
Kochfeldes. Das Kochfeld wird mittels eines Heizstrahlers beheizt.
Der Heizstrahler umfasst einen Heizdraht 22, der unterhalb
der Glaskeramik scheibe 20 angeordnet ist. Der Heizstrahler
ist von einer Trennwand 24 umgeben und begrenzt, die unterhalb
der Glaskeramikscheibe 20 angeordnet ist. Das Substrat 10 befindet
sich zwischen der Glaskeramikscheibe 20 und der Trennwand 24,
wobei die Temperatursensoren 12 und 14 innerhalb
des Heizstrahlers angeordnet sind. Die Anschlussklemmen 16 und 18 befinden
sich zum Teil direkt zwischen der Glaskeramikscheibe 20 und
der Oberseite der Trennwand 24 und zum Teil außerhalb
des Heizstrahlers.
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Der
Temperatursensor 12 erfasst die Temperatur an der Unterseite
der Glaskeramikscheibe 20 und an der Oberseite des Substrats 10.
Der Temperatursensor 14 erfasst die Temperatur an der Unterseite
des Substrats 10 innerhalb des Heizstrahlers.
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Da
der Wärmestrom
proportional zu dem Temperaturgefälle in Richtung des Wärmestroms
ist, kann die erfasste Temperaturdifferenz als Maß für den Wärmestrom
verwendet werden. Dadurch wird auch die vom Gargut aufgenommene
Wärme erfasst. Daraus
lassen sich Rückschlüsse auf
das Zubereitungsstadium des Garguts ziehen, so dass der Garvorgang
automatisch oder halbautomatisch gesteuert werden kann.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann die Vorrichtung eine Vielzahl Substrate 10 und Temperatursensoren 12 aufweisen.
Dabei sind die Substrate 10 schichtweise angeordnet, wobei
sich zwischen zwei benachbarten Substraten 10 jeweils ein Temperatursensor 12 befindet.
Damit kann eine Vielzahl von Temperaturdifferenzen gleichzeitig
erfasst werden.
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4 zeigt
ein Diagramm, das einen zeitlichen Verlauf einer Temperatur 26 und
eines Wärmestroms 28 darstellt.
Bei dem zeitlichen Verlauf des Wärmestroms 28 handelt
es sich eigentlich um den Verlauf der Temperaturdifferenz 28 zwischen
den Temperatursensoren 12 und 14, die zum Wärmestrom 28 proportional
ist. Der Verlauf des Wärmestroms 28 ist
eine geglättete
Kurve. Der tatsächliche Verlauf
oszilliert üblicherweise
um den im Diagramm dargestellten Verlauf des Wärmestroms. Dies ist darauf
zurückzuführen, dass
der Heizdraht 22 von einer Schaltung gesteuert wird, durch
die die Stromzufuhr laufend aus- und eingeschaltet wird.
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Das
Diagramm betrifft einen Kochvorgang. Dabei wird Wasser in einem
Gargefäß, das sich
auf einer Glaskeramikscheibe 20 befindet, zum Kochen gebracht.
Der zeitliche Verlauf der Temperatur 26 betrifft die Temperatur
des Wassers im Gargefäß. Der zeitliche
Verlauf des Wärmestroms 28 betrifft
den Wärmestrom
von dem Heizdraht 22 zu der Glaskeramikscheibe 20.
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Die
Zahlenwerte der Skala auf der rechten Seite des Diagramms geben
die Temperatur 26 des Wassers im Gargefäß in °C an. Die Zahlenwerte der Skala
auf der linken Seite des Diagramms geben die Temperaturdifferenz 28 zwischen
den Temperatursensoren 12 und 14 in Kelvin an.
Die Zahlenwerte der unteren Skala geben die Zeit in Minuten an.
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4 verdeutlicht,
dass der zeitliche Verlauf der Temperatur 26 des Wassers
im Gargefäß im wesentlichen
kontinuierlich steigt, bis der Siedepunkt erreicht wird. Der Wärmestrom 28 steigt
dagegen zunächst
steil an, fällt
anschließend
ab und steigt danach wieder an. Dabei tritt das Minimum des Wärmestroms 28 zu
dem Zeitpunkt auf, wenn das Wasser im Gargefäß zu sieden beginnt. Zu diesem
Zeitpunkt beträgt
die Wassertemperatur etwa 86°C.
Der Siedevorgang beginnt am Boden der Gargefäßes. Es vergehen dann einige
Minuten, bis das Wasser vollständig
kocht.
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Die
Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung sind auch für andere
Garvorgänge
geeignet. Beispielsweise das Braten in einer Pfanne, die sich auf
der Glaskeramikscheibe 20 befindet, kann automatisch oder
halbautomatisch durchgeführt
werden. Auch das Braten in einer Bratvorrichtung auf der Glaskeramikscheibe 20 kann
automatisch oder halbautomatisch gesteuert werden. Durch das Erfassen
der Temperaturdifferenz und des Wärmestroms wird auch die vom
Gargut aufgenommene Wärme
berücksichtigt
und kann für
die Steuerung des Garvorgangs verwendet werden.
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Selbstverständlich kann
mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Erfindung auch die absolute
Temperatur an zwei oder mehreren Stellen gleichzeitig erfasst werden.
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- 10
- Substrat
- 12
- erster
Temperatursensor
- 14
- zweiter
Temperatursensor
- 16
- erste
Anschlussklemme
- 18
- zweite
Anschlussklemme
- 20
- Glaskeramikscheibe
- 22
- Heizdraht
- 24
- Trennwand
- 26
- zeitlicher
Verlauf der Temperatur
- 28
- zeitlicher
Verlauf des Wärmestroms