-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Zustands eines
in einem Garraum eines Gargeräts befindlichen Garguts,
welches die Schritte umfasst:
- (I) Anlegen einer
Spannung zwischen zwei Elektroden eines Sensors, in deren elektrischem
Feld sich zumindest bereichsweise Garraumatmosphäre befindet;
- (II) Bestimmen einer Eigenschaft der Garraumatmosphäre
aus der Abhängigkeit des Stroms und/oder eines Gasentladungsspektrums und/oder
eines Glimmentladungsspektrums von dem elektrischen Feld der geladenen
Elektroden; und ein Gargerät zum durchführen eines
solchen Verfahrens.
-
Garvorgänge
in kommerziellen Gargeräten werden häufig gesteuert,
indem die Kerntemperatur eines Garguts mit Hilfe einer Temperatursonde,
die ins Innere des Garguts eingeführt wird, geniessen wird
und die gemessenen Daten zur Steuerung des Garvorgangs ausgewertet
werden. Je nach Höhe der erreichten Temperatur im Inneren
des Garguts werden Garparameter, wie z. B. die Garraumtemperatur, die
Feuchte im Garraum, die Umluftgeschwindigkeit und/oder die Mikrowellenleistung,
eingestellt. In neueren Entwicklungen wird versucht, zusätzlich
zu den durch die Kerntemperatursonde gewonnenen Daten, weitere Informationen über
den Zustand des Garguts zu erhalten oder sogar gänzlich
auf die Kerntemperatursonde verzichten zu können. Ein Ansatz
hierfür ist eine Analyse des chemischen Zustands der Garraumatmosphäre,
bei der die in der Garraumatmosphäre enthaltenen Moleküle
auf der Oberfläche eines Gassensorarrays oxidiert oder
reduziert werden und so ein Signalmuster erzeugt wird, das für
die Zusammensetzung der Garraumatmosphäre charakteristisch
ist, wie z. B. in der
WO
2006/069563 A1 vorgeschlagen. Das dort beschriebene Verfahren
ist jedoch sehr aufwendig und die Auswertung der so gewonnenen Daten
kompliziert.
-
Aus
der
EP 1 290 947 A2 ist
ein gattungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung des
Zustands der Garraumatmosphäre in einem Ofen bekannt, bei dem
die Garraumtemperatur und die elektrische Leitfähigkeit
der Garraumatmosphäre gemessen werden. Zu diesem Zweck
sind zwei Elektroden in einem Garraum angeordnet, über
die die Leitfähigkeit bzw. der Widerstand, die von der
Feuchtigkeit im Garraum abhängen, gemessen wird. Die Messergebnisse
dienen dazu, die Feuchtigkeitskonditionen in dem Ofen zu steuern
bzw. beizubehalten, in dem die Feuchtigkeit aus der Leitfähigkeit
bzw. dem Widerstand der Garraumatmosphäre bestimmt wird.
Nachteilig ist hieran, dass ein solches Verfahren keine Informationen über
den Zustand des Garguts liefert.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, das gattungsgemäße
Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass eine Aussage über
den Zustand des Garguts im Garraum ermöglicht wird.
-
Die
Aufgabe wird gelöst, durch in Beziehung setzen von in Schritt
(II) erhaltenen Ergebnissen mit dem Zustand des Garguts.
-
Dabei
kann vorgesehen sein, dass die Eigenschaft der Garraumatmosphäre
aus der Abhängigkeit des Stroms und/oder des Gasentladungsspektrums
und/oder des Glimmentladungsspektrums von der elektrischen Feldstärke
des elektrischen Felds in dem Bereich, in dem sich die Garraumatmosphäre
befindet, in Schritt (II) bestimmt wird.
-
Ferner
kann vorgesehen sein, dass das elektrische Feld der geladenen Elektroden
bzw. die elektrische Feldstärke durch eine Veränderung
der an den Elektroden anliegenden Spannung und/oder durch eine Veränderung
des Abstands der Elektroden zueinander und/oder eine Veränderung
der Form der Elektroden variiert wird.
-
Dabei
kann vorgesehen sein, dass die Spannung und/oder der Abstand der
Elektroden kontinuierlich, periodisch und/oder bis zum Erreichen
eines Schwellenwerts des Stroms und/oder der Intensität des
Gasentladungs- und/oder Glimmentladungsspektrums bei zumindest einer
Wellenlänge und/oder in zumindest einem Wellenlängenbereich
verändert wird bzw. werden.
-
Auch
kann vorgesehen sein, dass der Druck und/oder die Temperatur des
Gases zwischen den Elektroden des Sensors verändert wird
bzw. werden und eine Bestimmung der Eigenschaft der Garraumatmosphäre
aus der Abhängigkeit des Stroms und/oder des Gasentladungsspektrums
und/oder des Glimmentladungsspektrums von dem Druck und/oder die
Temperatur des Gases zwischen den Elektroden erfolgt.
-
Erfindungsgemäß wird
auch vorgeschlagen, dass während eines Messzyklus zur Bestimmung des
Zustands des Garguts die elektrische Feldstärke durch eine
Veränderung des Abstands der Elektroden und/oder durch
eine Veränderung der Form der Elektroden und/oder durch
eine Änderung der an den Elektroden anliegenden Spannung
erhöht bzw. erniedrigt wird.
-
Mit
der Erfindung wird auch vorgeschlagen, dass der Strom mit einem
Amperemeter und/oder das Gasentladungs- und/oder Glimmentladungsspektrum
mit zumindest einem Fotosensor oder einem Spektrometer gemessen
wird und das elektrische Feld und/oder zumindest ein Wert für
die elektrische Feldstärke aus der an den Elektroden anliegenden
Spannung und/oder dem Abstand der Elektroden voneinander und/oder
der Form der Elektroden berechnet und/oder mit Hilfe eines Feldstärke-Sensors
gemessen wird.
-
Dabei
kann es besonders vorteilhaft sein, dass die Werte für
den Strom und/oder das Gasentladungs- und/oder Glimmentladungsspektrum
in Abhängigkeit von dem elektrischen Feld bzw. von der elektrischen
Feldstärke von einer Recheneinheit ausgewertet werden,
wobei die Recheneinheit mit einem Speicher in Verbindung steht,
in dem Referenzwerte für den Strom und/oder das Gasentladungs- und/oder
Glimmentladungsspektrum in Abhängigkeit von dem elektrischen
Feld bzw. der elektrischen Feldstarke hinterlegt sind.
-
Dabei
kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Bestimmung der Werte
für den Strom und/oder das Gasentladungs- und/oder Glimmentladungsspektrum
in Abhängigkeit von der Feuchte im Garraum, der Temperatur
im Garraum und/oder der Zusammensetzung der Garraumatmosphäre
erfolgt.
-
Mit
der Erfindung wird auch vorgeschlagen, dass bei der Messung des
Gasentladungs- und/oder Glimmentladungsspektrums ein oder mehrere,
insbesondere auswechselbare Filter zur Filterung des Gasentladungs-
und/oder Glimmentladungsspektrums verwendet werden.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung kann
dadurch gekennzeichnet sein, dass die Auswertung des Gasentladungs-
und/oder Glimmentladungsspektrums in Abhängig keit der Veränderung
der Intensität und der Wellenlänge des durch die
Gasentladung und/oder die Glimmentladung entstehenden Lichts erfolgt.
-
Auch
kann vorgesehen sein, dass die Garraumatmosphäre zumindest
einem Messbereich zwischen den Elektroden, insbesondere steuerbar
durch die Recheneinheit, mit Hilfe von zumindest einer Pumpe und/oder
zumindest einem Ventilator und/oder zumindest einer Absperreinrichtung,
die sich insbesondere in einer Zuleitung und/oder einem Auslass
befinden, zugeführt wird.
-
Bei
solchen Verfahren kann auch vorgesehen sein, dass die in Schritt
(II) erhaltenen Ergebnisse mit einem, insbesondere durch einen Anwender voreingestellten
Sollwert verglichen werden und ein Garvorgang zum Erreichen des
Sollwerts angepasst wird.
-
Dabei
kann vorgesehen sein, dass die Steuerung des Garvorgangs die Steuerung
einer Heizung, eines Lüfterrads, eines Dampfgenerators,
einer Mikrowellenquelle des Gargeräts und/oder das Starten
und/oder Beenden des Garvorgangs umfasst.
-
Bei
erfindungsgemäßen Verfahren kann auch vorgesehen
sein, dass der Zustand des Garguts auf einer Anzeigeeinrichtung
des Gargeräts angezeigt wird.
-
Erfindungsgemäß wird
auch vorgeschlagen, dass die Gare, die Temperatur im Inneren, die
Bräunung, die Art, die Qualität, die Zusammensetzung und/oder
die Vorbehandlung des Garguts als Zustand des Garguts bestimmt wird
bzw. werden.
-
Mit
der Erfindung wird auch ein Gargerät zum Durchführen
eines solchen Verfahrens vorgeschlagen, bei dem ein Sensor in Wirkverbindung
mit einem Garraum des Gargeräts steht, der zumindest zwei
Elektroden umfasst, deren Abstand zueinander variierbar ist und/oder
deren Form veränderbar ist und/oder die mit einer variablen
Spannung beaufschlagbar sind und wobei der Strom und/oder das Gasentladungs-
und/oder Glimmentladungsspektrum zwischen den Elektroden zur Bestimmung
des Zustands eines Garguts im Garraum durch eine Recheneinheit,
insbesondere unter Verwendung eines Speichers auswertbar ist.
-
Dabei
kann vorgesehen sein, dass das Gargerät zumindest eine
Heizung, einen Dampfgenerator, ein Lüfterrad und/oder eine
Mikrowellenquelle umfasst.
-
Auch
kann vorgesehen sein, dass der Sensor ein Amperemeter zur Bestimmung
des Stroms und/oder zumindest einen Fotosensor oder ein Spektrometer
zur Bestimmung des Gasentladungs- und/oder Glimmentladungsspektrums
umfasst.
-
Schließlich
wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die Garraumatmosphäre
dem zumindest einen Messbereich des Sensors, insbesondere zumindest
einer Messkammer, über zumindest eine Zuleitung zuführbar
ist, wobei in wenigstens einer Zuleitung und/oder in einem Abluftsystem
des Sensors zumindest ein Ventilator, eine Pumpe und/oder eine Absperreinrichtung,
insbesondere durch die Recheneinheit steuerbar, vorgesehen ist bzw.
sind.
-
Der
Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde,
dass die Strom/Spannungs-Charakteristik, das Gasentladungsspektrum und
das Glimmentladungsspektrum der Garraumatmosphäre von der
Dichte der Moleküle in der Garraumatmosphäre abhängen,
die während des Garens aus dem Gargut austreten. Deshalb
ist es möglich, die Strom/Spannungs-Charakteristik und
das Gasentladungs- und das Glimmentladungsspektrum auszuwerten,
um eine Information über den Zustand, insbesondere über
die Gare, eines Garguts zu erhalten. Diese Information kann wiederum
genutzt werden, um einen Garvorgang zu steuern.
-
Die
bei Erreichen der Gare freigesetzten Moleküle, z. B. Aromate,
meist Produkte der Maillard-Reaktion, also Reaktionsprodukte aus
Zucker und einer Aminosäure, dissoziieren im elektrischen Feld
einfacher als die Gase der Luft oder Wasser. Das elektrische Feld,
das die Gesamtheit des Feldes bezeichnet, das sich zwischen den
Ladungen, wie sie zum Beispiel durch Anlegen einer Spannung zwischen
zwei Elektroden auftreten kann, wird beschrieben durch ein Vektorfeld,
das als elektrische Feldstärke bezeichnet wird. Das elektrische
Feld ordnet jedem Raumpunkt die richtungsabhängige Größe
der elektrischen Feldstärke zu. Ist die elektrische Feldstärke,
die durch die angelegte Spannung sowie den Abstand und die Form
der Elektroden, an denen die Spannung anliegt, gegeben ist, oberhalb
der kritischen Feldstärke der Ionisation dieser Moleküle, kann
dies als Stromfluss zwischen den Elektroden detektiert werden.
-
Durch
eine rampenförmige Erhöhung der elektrischen Feldstärke
bei gleichzeitiger Messung der Stromstärke wird die Strom/Spannungs-Kennlinie
der Dämpfe im Garraum aufgenommen. Zum einen wird damit
der Einfluss der Ionisation bestimmter Moleküle gemessen,
zum anderen gibt die kritische Spannung für die Stoßionisation
Aufschluss über das Vorhandensein leicht ionisierbarer
Substanzen.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht,
einen Garvorgang ohne Einführen einer Temperatursonde in
das Innere des Garguts zu fuhren. Ebenso ist es jedoch möglich,
zwei Messverfahren zu kombinieren und die Strom/Spannungs-Charakteristik
parallel zur Kerntemperatur des Garguts auszuwerten. Ebenso ist
es mit diesem relativ einfachen Verfahren auch möglich,
Informationen, die zusätzlich zu den Informationen gewonnen
werden, die mit anderen Sensoren zur Bestimmung des Zustands Garraumatmosphäre
gewonnen wurden, zu erhalten. Dies ist insbesondere dann der Fall,
wenn neben der Strom/Spannungs-Charakteristik auch das Spektrum der
Gasentladung und/oder der Glimmentladung, die bei einem solchen
Verfahren auftritt, aufgenommen und ausgewertet wird. Dieses Gasentladungs- und/oder
Glimmentladungsspektrum ist nämlich nicht nur davon abhängig,
wie hoch die Dichte der Moleküle in der Garraumatmosphäre
ist, sondern ist auch zur Bestimmung der Art der Moleküle
geeignet, die während des Garens aus dem Gargut austreten.
-
Bei
den aus dem Gargut austretenden Molekülen handelt es sich
z. B. um Aromate, die auch für den charakteristischen Geruch
eines garenden Garguts verantwortlich sein können. Insbesondere
diese Aromate und die organischen Moleküle, aber auch andere
Moleküle, beeinflus sen das Spektrum einer Gasentladung
oder einer Glimmentladung, so dass aus der Intensität des
Lichts bei diesen Wellenlängen auf die Anzahl der jeweiligen
Moleküle in einem bestimmten Volumen der Garraumatmosphäre
geschlossen werden kann. Die Art und die Anzahl der aus dem Gargut
austretenden Moleküle kann dabei sowohl für den
bislang ereichten Garegrad im Inneren des Garguts als auch für
die Bräunung der Oberfläche des Garguts, die Vorbehandlung
des Garguts, die Qualität (z. B. das Alter) des Garguts
oder sogar für die Art des Garguts charakteristisch sein.
Demzufolge ist es möglich, einen Garvorgang, d. h. den
Verlauf der Garraumtemperatur, der Feuchte, der Lüftergeschwindigkeit
und/oder der Mikrowellenleistung basierend auf diesen Informationen
zu steuern und so zu einem verbesserten Garergebnis zu gelangen.
-
Ein
solcher Sensor, mit dem die Strom/Spannungs-Charakteristik und/oder
das Gasentladungs- und/oder Glimmentladungsspektrum aufgenommen werden
kann, kann zumindest teilweise innerhalb des Garraums des Gargeräts
angebracht sein. Insbesondere die Elektroden, an denen die Spannung angelegt
wird, können ohne weiteres innerhalb des Garraums platziert
sein. Zweckmäßiger ist es jedoch, die Garraumatmosphäre
gezielt aus dem Garraum zu entnehmen und solch einem Sensor, der
dann außerhalb des Garraums angebracht ist, zuzuführen.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft erläutert sind.
Dabei zeigt:
-
1 ein
erfindungsgemäßes Gargerät mit einem
Sensor für ein erfindungsgemäßes Verfahren; und
-
2 den
Sensor von 1 im Detail, der an ein Gargerät
angeschlossen ist.
-
1 zeigt
ein Gargerät 1 mit einem Sensor 2 zum
Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Gargerät 1 umfasst einen Garraum 4,
in dem ein Gargut 6 auf einem Gargutträger 8 platzierbar
ist. Im Garraum 4, über ein Luftleitblech 10 vom Gargut 6 getrennt,
befindet sich ein Lüfterrad 12, das von einer
Heizung 14 umgeben ist. So ist es möglich, den
Garraum 4 mit Hilfe der Heizung 14 zu beheizen. An
den Garraum 4 angeschlossen ist ein Dampfgenerator 16,
mit dem Dampf in den Garraum 4 eingespeist werden kann.
-
Zur
Bestimmung des Zustands der Garraumatmosphäre sind ein
Temperatursensor 18, ein Feuchtesensor 20 und
ein Gassensor 22 am Garraum 4 angebracht. Diese
Sensoren 18, 20, 22 sind mit einer Recheneinheit 24 verbunden,
mit der deren Signale ausgewertet werden. Zudem kann mit der Recheneinheit 24 der
Garvorgang bzw. die Heizung 14, der Dampfgenerator 16 und
das Lüfterrad 12 gesteuert werden. Der Sensor 2 ist über
eine Zuleitung 26 mit dem Garraum 4 verbunden.
Der Sensor 2 verfügt über zwei Elektroden 28, 30,
an denen über Leitungen 32, kontrolliert von der
Recheneinheit 24, eine insbesondere variable Spannung angelegt
wird. Ebenso wäre es aber auch möglich mehr als
zwei Elektroden einzusetzen, die durch Anlegen von Spannung zwischen
den Elektroden auf verschiedene Potentiale gebracht werden. So ist
beispielsweise eine Anordnung von drei Elektroden, aber auch ein Quadrupol,
Hexupol oder eine beliebige andere Ausformung und Anzahl von Elektroden.
-
Während
des Betriebs des Gargeräts 1 nehmen die Gare im
Inneren des Garguts 6 und die Bräunung auf der
Oberfläche des Garguts 6 mit der Zeit zu. Dabei
treten aus dem Gargut 6 verschiedene Moleküle,
insbesondere Aromate, aus, die sich in der Garraumatmosphäre
anreichern. Durch die Zuleitung 26 gelangt Garraumatmosphäre
in die Messkammer 34 des Sensors 2. Während
des gesamten Garprozesses wird über die Elektroden 28, 30 eine
variable Spannung angelegt. Der zeitliche Verlauf der Spannung kann
als Sägezahnfunktion beschrieben werden. Alternativ kann
aber auch eine periodische Sinusspannung oder eine andere periodische
Spannung angelegt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, eine
nicht periodische Spannung anzulegen und die Spannung nur jeweils
soweit zu erhöhen, bis ein Signal gemessen wird, das zur
Charakterisierung der Garraumatmosphäre geeignet ist.
-
Als
geeignete Messgröße kommen neben der Bestimmung
der Spannung mit einem Voltmeter und der Bestimmung des Stroms mit
einem Amperemeter auch die Signale eines Fotosensors 36 oder
eines Spektrometers in Frage, die das aus der Messkammer 34 des
Sensors 2 austretende Licht, d. h. das Gasentladungs- und/oder
Glimmentladungsspektrum messen.
-
Das
Licht in der Messkammer 34 entsteht ab einer kritischen
Spannung durch eine Gasentladung oder Glimmentladung der Gardämpfe.
Das dabei ausgesandte Spektrum ist für die in den Garraumdämpfen
enthaltenen Moleküle, insbesondere Aromate, charakteristisch.
So kann anhand des Verlaufs der Intensität in Abhängigkeit
von der Wellenlänge das Gasentladungs- und Glimmentladungsspektrum aufgenommen
werden. Der Fotosensor 36 oder das Spektrometer ist mit
der Recheneinheit 24 verbunden. Mit der Recheneinheit 24 kann
das aufgenommene Spektrum ausgewertet werden und der Verlauf der
Intensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge des
Lichts mit in einem Speicher 38 hinterlegten Werten verglichen
werden. Daraus kann die Recheneinheit 24 den Zustand des
Garguts 6 im Garraum 4 berechnen. Damit ist das
Gasentladungs- und das Glimmentladungsspektrum dazu geeignet, den
Garvorgang zu steuern.
-
Zweckmäßigerweise
wird das Licht aus der Messkammer 34 über eine
Linse 40 durch verschiedene, automatisch auswechselbare
Filter 42 auf den Fotosensor 36 fokussiert, wobei
die Verwendung und das Auswechseln des oder der Filter 42 insbesondere
durch die Recheneinheit 24 gesteuert werden kann. Ebenso
kann die Messkammer 34 an den Seiten, die der Sammellinse 40 nicht
zugewandt sind, verspiegelt sein, um eine möglichst hohe
Intensität des aus der Messkammer 34 austretenden
und zum Fotosensor 36 gelangenden Lichts zu erreichen.
Dabei kann sich ein zusätzlicher Vorteil ergeben, wenn die
dem Fotosensor 36 gegenüberliegende Wand der Messkammer 34 selbst
als Konkavspiegel geformt ist, so dass das Licht der Gasentladung
und/oder Glimmentladung die Messkammer 34 als paralleles oder
nahezu paralleles Lichtbündel verlässt oder der Fotosensor 36 im
Brennpunkt oder im Bereich des Brennpunkts der als Konkavspiegel
ausgebildeten Wand der Messkammer 34 angebracht ist.
-
Die
Gardämpfe in der Messkammer 34 werden kontinuierlich
oder periodisch ausgetauscht, indem die in der Messkammer 34 vorhandenen
Dämpfe über einen Abzug 44 abgeleitet
und durch frische Gardämpfe aus dem Garraum 4 durch
die Zuleitung 26 ersetzt werden. Dazu kann am Abzug 44 eine Pumpe
angeschlossen sein. Ebenso ist es möglich die Öffnung
der Zuleitung 26 zum Garraum 4 an einer Stelle
zu positionieren, in der ein durch das Lüfterrad 12 erzeugter Überdruck
herrscht. Dies ist z. B. in unmittelbarer Umgebung des Lüfterrads 12 hinter
dem Luftleitblech 10 der Fall, wenn das Lüfterrad 12 als Radiallüfter
ausgebildet ist. Geeignete Positionen für eine solche Öffnung
wären also z. B. die, in der die zusätzlichen
Sensoren 18, 20, 22 in 1 eingezeichnet
sind, sofern der Gasstrom durch den Sensor 2 überhaupt
mit Hilfe des Lüfterrads 12 geregelt werden soll.
Um ein gezieltes Einleiten von Gardämpfen in die Messkammer 34 mit
Hilfe des Lüfterrads 12 zu ermöglichen,
ist es sinnvoll, eine Absperreinrichtung in der Zuleitung 26 und/oder
im Abzug 44 vorzusehen.
-
Zweckmäßiger
kann es sein, in der Zuleitung 26 einen eigenen Ventilator 46 anzuordnen,
der über die Recheneinheit 24 ansteuerbar ist
und so die Messkammer 34 gezielt mit Gardämpfen
aus dem Garraum 4 versorgen kann. Um ein Kondensieren der
Gardämpfe und der darin enthaltenen Moleküle an
den Wänden der Zuleitung 26 und der Messkammer 34 zu
verhindern, können die Wände der Zuleitung 26 und
der Messkammer 34 beheizt werden. Zur Vermeidung von Kondensationen
ist eine Beheizung aller Bauteile des Sensors 2 zwischen
dem Auslass aus dem Garraum und einem Auslass 47, durch
den die Gase aus der Messkammer 34 abgeleitet werden, oder
einer Pumpe (nicht gezeigt), die an den Auslass 47 angeschlossen
ist, sinnvoll. Durch die Beheizung wird verhindert, dass Druck-,
Feuchte- oder Temperaturänderungen durch die Kondensation
verursacht werden und dass es zu Kurzschlüssen zwischen
den Elektroden durch leitfähige kondensierte Bestandteile
an den Wänden des Sensors 2 kommt.
-
Über
eine Anzeigeeinrichtung 48 kann die von der Recheneinheit 24 ausgewertete
Gare im Inneren des Garguts 6 und/oder Bräunung
des Garguts 6 angezeigt werden. Ziel-Werte für
die Gare und die Bräunung des Garguts 6 sowie
weitere Wunschparameter für den Garvorgang können
von einem Anwender zuvor über eine Eingabeeinrichtung 50 eingeben werden.
-
2 zeigt
einen Sensor 2' zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens im Detail. Der Sensor 2' ist dabei wieder an
ein Gargerät 1 umfassend einen Garraum 4,
eine Anzeigeeinrichtung 48' und eine Eingabeeinrichtung 50' angeschlossen. Eine
Messkammer 34' des Sensors 2' ist hierbei an ein
Abluftsystem 52 des Gargeräts 1 angeschlossen, das
mit Hilfe einer automatisch zu öffnenden und zu schließenden
Klappe 54 oder einem Ventil geöffnet oder verschlossen
werden kann. Die Zuleitung 26' kann mit Hilfe einer Absperreinrichtung 56 automatisch
geöffnet und abgesperrt werden. Die Absperreinrichtung 56 kann
z. B. durch ein automatisch ansteuerbares Nadelventil realisiert
werden. Wenn die Absperreinrichtung 56 geöffnet
ist, kann ein Gasstrom durch die Messkammer 34' des Sensors 2' mit Hilfe
einer Pumpe 58 erzwungen werden. Die Pumpe 58 kann
z. B. als Wasserstrahlpumpe ausgeführt sein, bei der ein
Umlaufwasserstrom von einer Wasserpumpe (nicht gezeigt), die in
einem mit Wasser gefüllten Behälter (nicht gezeigt)
angeordnet ist, durch Wasserleitungen realisiert wird. Die Abluft
aus der Pumpe 58 wird über einen Auslass 68 abgeführt. Geeigneter
ist es jedoch, eine solche Wasserstrahlpumpe mit Hilfe von bereits
im Gargerät vorhandenen Wasserleitungen (Zuleitung zum
Dampfgenerator oder Zuleitung zu einer Beschwadungsdüse)
auszuführen.
-
Alternativ
zu einer Wasserstrahlpumpe kann die Pumpe 58 auch als Membranpumpe
ausgeführt sein. Selbstverständlich sind auch
weitere Pumpen, mit denen die Gase aus dem Garraum gepumpt werden
können, für eine solche Vorrichtung verwendbar. Alternativ
oder zusätzlich dazu kann im Bereich der Absperreinrichtung 56 in
der Zuleitung 26' auch ein Ventilator oder eine andere
Pumpeinrichtung vorgesehen sein, mit der die Garraumdämpfe
der Messkammer 34' zugeführt werden können.
Bei allen mit der Garraumatmosphäre in Berührung
kommenden Bauteilen ist darauf zu achten, dass diese nicht durch die
hohen Temperaturen und die chemischen Zusammensetzung der Garraumatmosphäre
beschädigt werden können.
-
Die
Pumpe 58 ist über eine Verbindung 70 mit
der Messkammer 34' verbunden. Die Messkammer 34' kann
z. B. durch eine Quarzküvette realisiert sein. An den Elektroden 28', 30' kann
eine Spannungsrampe bis zu 30 kV über einen hohen Widerstand
(z. B. 100 MΩ) angelegt werden. Bei gleichzeitiger Messung
des Stroms mit einem Amperemeter 72, das an die Elektrode 28' und
an eine elektronische Masse 74 angeschlossen ist, und der
Spannung mit einem Voltmeter 76 wird die Strom/Spannungs-Charakteristik
der Gardämpfe bestimmt.
-
Zudem
kann die bei hohen Feldstärken auftretende Gasentladungs-
und/oder Glimmentladung mit Hilfe eines Fotosensors 36',
dem das Licht aus der Messkammer 34' über eine
Sammellinse 40' und über austauschbare Filter 42' zugeführt
wird, spektroskopisch ausgewertet werden. Durch einen automatischen
Wechsel der Filter 42' kann mit dem Fotosensor 36' die
Intensität des Lichts der Gasentladung und/oder Glimmentladung
bei unterschiedlichen Wellenlängen aufgenommen werden.
-
Ebenso
ist es mit Hilfe der Pumpe 58 und dem Ventil 56 möglich,
den Druck in der Messkammer 34' zu reduzieren z. B. bis
auf ein Vakuum. Durch ein kontrolliertes gesteuertes Öffnen
des Ventils 56 kann der Druck langsam erhöht werden
und das Gas mit moderater Geschwindigkeit einströmen. Während
dieser Zeit werden kontinuierlich Gasentladungs- und/oder Glimmentladungsspektren
gemessen. Wegen der mit dem Druck veränderten Durchschlagspannung,
die aber selbstverständlich immer noch von der Feldstärke
zwischen den Elektroden 28', 30' abhängt,
ergeben sich unterschiedliche Anregungen und damit unterschiedliche
Gasentladungs- bzw. Glimmentladungsspektren. Diese können
einen wesentlichen Informationsgewinn bezüglich der Eigenschaften
der Garraumatmosphäre darstellen. Treten chemische Veränderungen
durch die Gasentladung auf, kann ein solches Verfahren eine Defragmentierungsstrategie
liefern, in dem z. B. die stabilsten Moleküle zuletzt zerlegt
werden.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform kann statt dem Filter 42' auch
ein Prisma oder ein optisches Gitter oder ein anderes dispersives
Element verwendet werden, das das Licht aus der Messkammer 34' spektral
aufspaltet, während der Sensor 36' schwenkbar
gelagert ist, um das gesamte Spektrum durchfahren zu können
und so eine wellenlängendispersive Analyse des Gasentladungs-
und/oder Glimmentladungsspektrums ermöglicht. Dazu ist
es sinnvoll, statt der Sammellinse 40' einen Kolimator (nicht
gezeigt) einzusetzen, so dass das Licht als paralleles Bündel
auf das Prisma (nicht gezeigt) trifft. Als Fotosensoren zum Aufbau
einer wellenlängendispersiven Analyse kann als Alternative
zum schwenkbar gelagerten Sensor 36' auch ein Fotosensorarray
oder eine Zeilenkamera vorgesehen sein. Ein solcher Aufbau erlaubt
die simultane Erfassung der Intensitäten bei verschiedenen
Frequenzen und erhöht so die Geschwindigkeit der Messung.
-
Zum
Aufbau des optischen Teils des Sensors 2' kann auch ein
Strahlteiler mit einem Filter in jedem Strahlengang verwendet werden.
Dieser ist insbesondere dann von Vorteil, wenn nur eine geringe
Anzahl von Frequenzen, z. B. zwei Frequenzen, zur Analyse des Gasentladungs-
und/oder Glimmentladungsspektrums ausgewertet werden. Der Vorteil
eines solchen Aufbaus ergibt sich vor allem aus den geringen Kosten
und der leicht zu realisierenden Anordnung.
-
Befinden
sich Moleküle in den Gardämpfen innerhalb der
Messkammer 34', die aus dem Garraum 4 gewonnen
wurden, so kann dies zu einer Beeinflussung des Gasentladungs- und
Glimmentladungsspektrum fuhren. Die Intensität des Lichts
ist dabei ein Maß für die Anzahl der in der Messkammer 34' enthaltenen
Moleküle, die aus dem Gargut ausgetreten sind, insbesondere
der Aromate. Mit der spektroskopischen Auswertung des Gasentladungs- und/oder
Glimmentladungsspektrums kann also auf die Art und die Anzahl der
Moleküle in den Gardämpfen geschlossen werden
und so eine Aussage zum Zustand des Garguts 6 bezüglich
der Gare auch im Inneren des Garguts 6 und der Bräunung
der Oberfläche des Garguts 6 getroffen werden.
-
Des
Weiteren kann der Gasentladungs- und/oder Glimmentladungsstrom über
das Amperemeter 72 bei einer definierten Spannung bestimmt werden.
Der gemessene Strom liefert dabei einen Hinweis auf das Reduktionspotenzial
der in der Messkammer 34' enthaltenen Substan zen. Somit
liefert auch die Strom/Spannungs-Charakteristik Informationen über
den Zustand des Garguts 6, die zur Steuerung des Garprozesses
verwendet werden können.
-
Die
beiden Kugelelektroden 28', 30' werden in der
Messkammer 34' z. B. in einem Abstand von etwa 1 cm angebracht
und mit einem Hochspannungskondensator 78 verbunden. Die
gesamte Anordnung wird mit Hilfe eines Widerstands 80 und
einer Spannungsquelle 82 hochohmig ausgeführt.
Dabei ist es zweckmäßig, die Messanordnung zu
beheizen, um das Niederschlagen von Dämpfen auf den Kugelelektroden 28', 30' und
den Wänden der Messkammer 34' zu verhindern. Eine
Konstantstromquelle 82 lädt den Kondensator 78 auf.
Parallel wird die an dem Kondensator 78 anliegende Spannung
gemessen. Hierfür kann z. B. ein elektrooptischer Kristall (nicht
gezeigt) eingesetzt werden, dessen Polarisationseigenschaften mit
der elektrischen Feldstärke korreliert werden. Durch die
Ionisation der Dämpfe kommt es zunächst zu einem
verlangsamten Anstieg der Spannung, bis bei Auftreten der Stoßionisation eine
Plasmabildung zur sofortigen Entladung des Kondensators 78 führt.
Sowohl der aus der nicht linearen Strom/Spannungs-Kennlinie berechnete
Leitwertanstieg vor Erreichen der Stoßionisation als auch
die Durchbruchfeldstärke werden mit dem Verlauf des Garvorgangs
korreliert. Zur Vermeidung elektrolytischer Shunts ist die Messanordnung
generell oberhalb der Garraumtemperatur zu betreiben. Selbstverständlich
kann auch eine andere Form für die Elektroden 28, 28', 30, 30' als
die Kugelform verwendet werden.
-
Für
den Fall der Bestimmung einer elektrischen Durchbruchsspannung kann
zunächst das Elektrodensystem 28, 28', 30, 30' mit
einem konstanten Strom bis zum Erreichen des elektrischen Durchbruchs
durch Stoßionisation geladen werden. Der Leitwertanstieg
unterhalb der für den elektrischen Durchbruch notwendigen
Feldstärke und die für den elektrischen Durchbruch
notwendige Feldstärke sind ein Maß für
die Gare des Garguts 6.
-
Über
einen Schalter 84 kann eine zweite Spannungsquelle 86 zugeschaltet
werden. Die im Garraum oder in der Messkammer 34' angebrachten Kugelelektroden 28', 30' sind über
einen Elektromotor (nicht gezeigt) derart verschiebbar gelagert,
dass ihr Abstand variiert werden kann. Gemäß diesem
alternativen Verfahren werden die Kugelelektroden 28', 30' zunächst
im Abstand von etwa 5 cm mit der Spannungsquelle 86 auf
5 kV geladen. Anschließend wird ihr Abstand verringert,
wobei ständig der Strom gemessen wird. Da das Verfahren
der Elektroden 28', 30' vergleichsweise langsam
erfolgt, können Verschiebeströme vernachlässigt
werden. Die Messung des abstandsabhängigen Stroms liefert
die Basis für die Berechnung der Leitfähigkeit-Feldstärke-Charakteristik.
Der Garverlauf steht mit dieser in funktionellem Zusammenhang, so
dass nach einer entsprechenden Kalibrierung das Erreichen der Gare
detektiert werden kann. Zur Vermeidung von Verfälschungen
durch die elektrolytische Leitfähigkeit der niedergeschlagenen
Dämpfe ist auch bei dieser Ausführungsform der
Sensor 2' bzw. dessen Messanordnung zu beheizen.
-
Wenn
der Abstand der Kugelelektroden 28', 30' verringert
wird, ist es zweckmäßig, deren Abstand zu messen
und anhand der bekannten Elektrodengeometrie die Leitfähigkeit-Feldstärke-Beziehung
zu berechnen, um Informationen über den Zustand bzw. den
Garegrad des Garguts 6 zu erhalten. Sobald es zu einer
Stoßionisation zwischen den vorzugsweise gleichmäßig
aufeinander zufahrenden Elektroden 28', 30' kommt,
kann die Spannung abgeschaltet und die Elektroden 28', 30' in
ihre Ausgangsstellung zurückgefahren werden.
-
Alternativ
dazu ist es möglich, dass die elektrische Feldstärke
zwischen den Elektroden 28', 30' konstant gehalten
wird und nur der Strom als Parameter für den Garegrad gemessen
wird. Dazu ist es zweckmäßig, wenn die Feldstärke
unterhalb der kritischen Feldstärke für die Stoßionisation
liegt.
-
In
einer weiteren Ausführungsform können im Garraum 4 oder
in der Messkammer 34, 34' zwei zueinander parallele
Plattenelektroden (nicht gezeigt) angeordnet sein. Je nach Abstand
wird zwischen den Elektroden eine Spannung von einigen kV angelegt.
Dabei ist sicherzustellen, dass die Feldstärke unterhalb
der für eine Stoßionisation kritischen Feldstärke
liegt. Eine Sicherheitsschaltung kann dabei eine eventuelle Funkenentladung
zwischen den Platten sowie Ströme größer
als 1 mA verhindern, um die Sicherheit beim Betrieb der Anordnung
zu ver bessern. Der über die Platten fließende
Strom wird über den Garverlauf registriert. Die Gare ist
erreicht, wenn dieser Strom in charakteristischer Weise ansteigt.
Zur Vermeidung einer elektrolytischen Leitfähigkeit entlang
niedergeschlagener Feuchte am Sensor werden die Elektrodenflächen
sowie gegebenenfalls die Zuleitungen 26, 26' und
die Messkammer 34, 34' beheizt. Hierzu ist eine
gegenüber dem Garraum 4 leicht erhöhte
Temperatur ausreichend.
-
Eine
weitere nicht gezeigte alternative Ausführungsform kann
vorsehen, dass zwei zunächst plattenförmige ebene
Elektroden verformbar sind. Es kann zum Beispiel ein Zusammenklappen
der Elektroden in der Mitte der Elektroden vorgesehen sein oder
ein zurückziehen von äußeren Ringen der
Elektroden. Durch die Veränderung der Form der Elektroden
wird das elektrische Feld der geladenen Elektroden geändert.
Werden beispielsweise die äußeren Bereiche der
Elektroden zurückgezogen, wird sich die elektrische Ladung
auf den Elektrodenflächen auf die nun schmaleren Bereiche
konzentrieren. Dadurch wird die elektrische Feldstärke
zwischen den kleineren Flächen der Elektroden erhöht.
Eine Verformung der Elektroden kann also ebenfalls dazu ausgenutzt
werden, um durch die Veränderung des elektrischen Felds
und der elektrischen Feldstärke eine ein Signal beim Stromfluss,
dem Glimm- und/oder Gasentladungsspektrum zu bewirken.
-
Die
Messung des während einer Gasentladung auftretenden Emissionsspektrums
kann alternativ zu den in den 1 und 2 gezeigten
Anordnungen (Fotosensor 36, 36', Sammellinse 40, 40', auswechselbare
Filter 42, 42') auch über die folgende
Anordnung bestimmt werden. Über ein UV-Objektiv wird der
Lichtbogen zwischen zwei im Garraum 4 oder in der Messkammer 34, 34' befindlichen
Kugelelektroden 28, 28', 30, 30' in
einen Lichtwellenleiter gekoppelt. Alternativ kann die Messkammer 34, 34' auch
mit Unterdruck (z. B. 20 bis 40 mbar) betrieben und so eine gesteuerte
Gasentladung und/oder Glimmentladung induziert werden. Ein Unterdruck kann
nach dem Einspeisen der Gardämpfe dadurch erreicht werden,
dass die Absperreinrichtung 56 geschlossen wird, während
die Pumpe 58 in der Messkammer 34' einen Unterdruck
erzeugt. Das Spektrum kann mit Hilfe eines fasergekoppelten Spektrometers ausgewertet
werden. Alternativ dazu kann eine wellenlängendispersive
Analytik oder eine Reihe auswechselbarer Filter 42, 42' mit
einem Fotosensor 36, 36' eingesetzt werden. Durch
eine ratiometrische Messung zwischen einer von der Gare des Garguts 6 abhängigen
und einer von der Gare unabhängigen Wellenlänge
kann der Sensor 2, 2' kalibriert werden. Gleichzeitig
kam mit dieser Methode die Empfindlichkeit gegenüber der
Verschmutzung der optischen Oberflächen des Sensor 2, 2' verringert
werden. Die Gare kann dann anhand des Auftretens von spektralen
Linien, die durch die die Gare anzeigenden Moleküle verursacht
werden, detektiert werden.
-
Zur
Erkennung von Artefakten bei den Messungen ist es möglich,
die Temperatur in der Messkammer 34, 34' zu verändern,
die zuvor mit Hilfe der Absperreinrichtung 56 in der Zuleitung 26, 26' und
einer Absperreinrichtung in der Verbindung 70 oder in einer
Ableitung verschlossen wurde. Durch eine Erhöhung der Temperatur
erhöht sich der Druck in der Messkammer 34, 34',
ohne dass sich die Teilchenzahldichte verändert. Wird dann
ein Signal messbar, das bei einem bestimmten Druck auftritt, also
mit einem bestimmten Druck korreliert ist, so ist davon auszugehen,
dass dieses Signal nicht durch die Moleküldichte in der
Messkammer 34, 34' verursacht wird. Signale, die
sich auch ohne eine Veränderung der Teilchenzahl bei bestimmten
Drucken ergeben, können so als Artefakte erkannt werden.
Die Messung durch Variation der Temperatur bei vollständig geschlossener
Messkammer 34, 34' dient also der Identifikation
unerwünschter Messsignale.
-
Vor
oder in der Zuleitung 26, 26' zur Messkammer 34, 34' des
Sensors 2, 2' kann eine Kammer (nicht gezeigt)
vorgesehen sein, in der mit Hilfe einer Prallplatte oder mit Hilfe
eines Zyklons eine Filterung der zu messenden Gase stattfindet.
Damit kann verhindert werden, dass eine die Messkammer 34, 34' zu
schnell verschmutzt. Selbstverständlich sind auch andere
Filtersysteme vorstellbar mit denen insbesondere Flüssig-
und Feststoffpartikel vom Gasstrom getrennt werden können.
Zur Reinigung der Filter und/oder des Sensors 2, 2' kann
bei geeignetem Aufbau eine Selbstreinigungsfunktion des Gargeräts 1 verwendet
werden.
-
Kommt
eine Pumpe 58 zum Einsatz, mit der die Gase aus der Garraum 4 der
Messkammer 34, 34' zugeführt werden,
kann es Sinnvoll sein, eine Druckausgleichskammer (nicht gezeigt)
zwischen der Pumpe 58 und der Messkammer 34, 34' vorzusehen.
Damit können Druckschwankungen in der Messkammer 34, 34',
die von der Pumpe 58 ausgehen, gedämpft werden.
Die Druckausgleichskammer sollte ebenfalls beheizbar sein, um eine
Kondensation von Bestandteilen, wie zum Beispiel Wasserdampf, der
Garraumatmosphäre und der zu messenden Gase an deren Wänden
zu vermeiden bzw. zu verhindern.
-
Die
Plattenelektroden, die Kugelelektroden oder andersförmigen
Elektroden 28, 28', 30, 30' können
aus Edelstahl oder Glaskohle oder aus in eine Polymermatrix eingepressten
Kohlefasern bestehen. Zur Verbesserung der Eigenschaften kann auch
ein Edelmetallüberzug vorgesehen sein.
-
Alle
diese Ausführungsformen sind daher prinzipiell dazu geeignet,
ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Ebenso ist es aber möglich, mehrere dieser Verfahren oder
alle diese Verfahren zu kombinieren und so zu einer exakteren Einschätzung
bezüglich der Gare des Garguts 6 zu gelangen.
Hierdurch wird dann selbstverständlich auch eine Verbesserung
der Steuerung der Garvorgänge erreicht.
-
Mit
der Erfindung kann ein Verfahren und eine berührungsfreie
Vorrichtung zur Bestimmung des Zustands und insbesondere des Garegrads
von Lebensmitteln, wie Fleisch, Teigwaren oder Gemüse, durchgeführt
bzw. aufgebaut werden.
-
Die
in der voranstehenden Beschreibung, den Zeichnungen, sowie den Ansprüchen
und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung
können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination
für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen
Ausführungsformen wesentlich sein.
-
- 1
- Gargerät
- 2,
2'
- Sensor
- 4
- Garraum
- 6
- Gargut
- 8
- Gargutträger
- 10
- Luftleitblech
- 12
- Lüfterrad
- 14
- Heizung
- 16
- Dampfgenerator
- 18
- Temperatursensor
- 20
- Feuchtesensor
- 22
- Gassensor
- 24
- Recheneinheit
- 26,
26'
- Zuleitung
- 28,
28', 30, 30'
- Elektroden
- 32
- Leitung
- 34,
34'
- Messkammer
- 36,
36'
- Fotosensor
- 38
- Speicher
- 40,
40'
- Linse
- 42,
42'
- Filter
- 44
- Abzug
- 46
- Ventilator
- 47
- Auslass
- 48,
48'
- Anzeigeeinrichtung
- 50,
50'
- Eingabeeinrichtung
- 52
- Abluftsystem
- 54
- Klappe
- 56
- Absperreinrichtung
- 58
- Pumpe
- 68
- Auslass
- 70
- Verbindung
- 72
- Amperemeter
- 74
- Masse
- 76
- Voltmeter
- 78
- Hochspannungskondensator
- 80
- Widerstand
- 82
- Spannungsquelle
- 84
- Schalter
- 86
- Spannungsquelle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2006/069563
A1 [0002]
- - EP 1290947 A2 [0003]