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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Zustands eines in einem Garraum eines Gargeräts befindlichen Garguts während eines Garens des Garguts nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, und ein Gargerät zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
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Garvorgänge in kommerziellen Gargeräten werden häufig gesteuert, indem die Kerntemperatur eines Garguts mit Hilfe einer Temperatursonde, die ins Innere des Garguts eingeführt wird, gemessen 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.
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Die
US 5,736,717 A offenbart ein Mikrowellengerät, bei dem aus der Menge des im Garraum entstehenden Dampfes, der mit einem Feuchtesensor bestimmt wird, ohne dass weitere Details zu dem Feuchtesensor angegeben sind, ein Garfortschritt eines Garguts berechnet wird.
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Aus der
US 2002/0171432 A1 ist ein Siliziumoxidsensor bekannt, der zur Überwachung von Gasen bei Verbrennungen in einem Gasbrenner eingesetzt wird.
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Ferner offenbart die
DE 19706119 A1 ein elektrisches Haushaltsgerät, insbesondere Brotröster, bei dem ein Sensor dazu verwendet wird, ein Bearbeitungsergebnis eines Nahrungsmittels zu erfassen, und das Bearbeitungsergebnis an eine Steuervorrichtung weiterzuleiten und auf einer Anzeigevorrichtung fortlaufend anzuzeigen.
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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.
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Ferner offenbart die
JP 2006/138586 A einen Gaskocher, bei dem eine nadelförmige Elektrode und eine geerdeter Brennstofföffnung als Gegenelektrode in einem Verbrennungsbereich verwendet wird, um eine Glimmentladung zwischen den Elektroden hervorzurufen. Dabei werden Verbrennungsgeräusche, Vibrationen oder andere ungewollte Nebeneffekte reduziert.
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Schließlich ist aus der
US 5,382,939 A eine Vorrichtung zur Anzeige eines Garzustands bekannt, bei dem eine Anzeige eines Garzustands in Abhängigkeit von einer Erkennung einer Person in der Nähe der Vorrichtung durch einen Personenerfassungssensor gesteuert wird. Der Garzustand wird durch verschiedene Sensoren, zum Beispiel einen Gassensor, einen Feuchtesensor und einen Temperatursensor, bestimmt und durch Text, Figuren und/oder Zeichnungen auf der Anzeige dargestellt, wobei auch ein Geräusch zum Signalisieren des Garendes möglich ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, das gattungsgemäße Verfahren derart weiterdass eine Aussage über den Zustand des Garguts im Garraum ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 11 beschrieben.
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Mit der Erfindung wird auch ein Gargerät, eingerichtet zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit Anspruch 12 vorgeschlagen.
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Bevorzugte Gargeräte nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 13 bis 16 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, einen Garvorgang ohne Einführen einer Temperatursonde in das Innere des Garguts zu führen. 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.
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Bei den aus dem Gargut austretenden Molekülen handelt es sich z. B. um Aromate, die auch für den charakteristischen Geruch eines garenden Garguls verantwortlich sein können. Insbesondere diese Aromate und die organischen Moleküle, aber auch andere Moleküle, beeinflussen 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 erreichten 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das Licht in der Messkammer 34 entsteht ab einer kritischen Spannung durch eine Gasentladung oder Glimmentladung der Gardämpfc. 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.
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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.
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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.
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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.
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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,
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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.
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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.
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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 MO) 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Substanzen. Somit liefert auch die Strom/Spannungs-Charakteristik Informationen über den Zustand des Garguts 6, die zur Steuerung des Garprozesses verwendet werden können.
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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 hoch-ohmig 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 verbessern. 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.
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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.
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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 Unterdrück (z. B. 20 bis 40 mbar) betrieben und so eine gesteuerte Gasentladung und/oder Glimmentladung induziert werden. Ein Unterdrück 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 radiometrische 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 kann 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, delektiert werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Alle diese Ausführungsformen sind daher prinzipiell dazu geeignet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzufuhren. 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.
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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.
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Die in der voranstehenden Beschreibung, der Zeichnung 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.
