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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Garen von Gargut, ein Gargerät, insbesondere
einen Backofen, ein Gargeschirr und eine Messelektrode zur Einführung in
Gargut.
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Es
sind mit einer Programmautomatik ausgerüstete Gargeräte bekannt,
bei denen ein Garablauf nach einer Eingabe vorbestimmter Parameter, wie
einer zu behandelnden Art eines Garguts (z. B. ”Geflügel”), einem Ausgangsgewicht des
Garguts und einem gewünschten
Endzustand (z. B. ”kross”), automatisch
durchgeführt
wird. Dabei ist nachteilig, dass der Garablauf keine Information über einen
tatsächlichen
Garzustand des Garguts verwendet und ein Benutzer deshalb den tatsächlichen
Garzustand häufig überprüfen muss,
insbesondere um das passende Garende zu bestimmen.
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Bei
einer Verwendung einer Programmautomatik kann es ferner nachteilig
sein, dass die vorbestimmten Parameter das aktuell zu garende Gargut nicht
aufführen,
so dass dieses Gargut nicht mit Hilfe der Programmautomatik gegart
werden kann. Andererseits bewirkt eine hohe Zahl von vorbestimmten Parametern,
dass eine Auswahl des zu garenden Garguts unübersichtlich wird.
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Es
sind ferner Temperaturfühler
zum Einstecken in das zu behandelnde Gargut bekannt, welche eine
abgefühlte
Temperatur des Garguts zur Steuerung des Garablaufs an eine Steuereinheit
des Gargeräts übermitteln
können.
Dadurch kann eine Gargutzubereitung bereits nutzerfreundlicher gestaltet werden,
da der Garablauf aufgrund einer Kenntnis der Temperatur angepasst
werden kann und so ein gewünschter
Garzustand des Garguts durch das Gargerät verlässlicher erreichbar ist. Jedoch
ist auch eine Korrelation zwischen der Temperatur in dem Gargut
und dem Garzustand des Garguts nicht sehr genau, da das Gargut eine
zum Teil sehr unterschiedliche Ausgangskonsistenz aufweisen kann
(z. B. fett/mager; saftig/trocken usw.).
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Bereits
bekannt ist zudem eine Messung einer Bioimpedanz an lebenden Menschen
und Tieren, um Körperfett-
und Körperwasser-Anteil
zu bestimmen. Mit diesen Werten wird auf den Ernährungs-, Gesundheits- und Fitness-Zustand
dieser Lebewesen geschlossen. Bei einer Bioimpedanz-Messung wird über Elektroden
eine Wechselspannung an das Lebewesen angelegt. Der Betrag des Stromes
sowie eine Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung
werden gemessen. Daraus werden nach Eingabe von weiteren Parametern
wie Alter, Geschlecht und Körpergröße die Körperfett-
und Körperwasser-Anteile berechnet.
Bekannt sind Bioimpedanzwaagen, die diese Werte ermitteln. Im Folgenden
kann der Begriff Bioimpedanz-Messung insbesondere für eine Messung
und Auswertung eines komplexen Widerstandes verwendet werden.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Speisenzubereitung
mit einfachen Mitteln noch nutzerfreundlicher zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der
unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind insbesondere den abhängigen
Ansprüchen
entnehmbar.
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Die
Aufgabe wird gelöst
mittels eines Verfahrens zum Garen von Gargut, wobei eine Art des
Garguts und/oder ein Garzustand des Garguts mittels mindestens einer
Bioimpedanz-Messung bestimmt wird.
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Die
Verwendung der Bioimpedanz-Messung weist den Vorteil auf, dass eine
Art des Garguts mit vergleichsweise einfachen Mitteln automatisch
bestimmbar ist (”Garguterkennung”), wodurch
eine Nutzerführung
einfacher gestaltbar ist. Auch braucht ein Nutzer bei einer Kontaktierung
des Garguts mit Elektroden zur Bioimpedanz-Messung keine aufwändige Sorgfalt
walten zu lassen, wodurch eine Vorbereitung des Garguts zur Bioimpedanz-Messung keines oder eines
nur geringen Zusatzaufwands bedarf.
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Zudem
kann der Garzustand auf eine einfache Weise überwacht werden, wobei für einen
aktuellen Garzustand aussagekräftige
Parameter bestimmbar sind. Diese Parameter stellen ein Maß für eine Veränderung
des Garguts als solchem dar (z. B. eines Wasseranteils und/oder
eines Fettanteils), was eine zuverlässigere Steuerung ermöglicht als
eine Steuerung über
eine globale physikalische Variable wie die Temperatur. Dadurch
wiederum braucht das Gargut während
des Garvorgangs noch weniger oder überhaupt nicht mehr überwacht
zu werden.
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Es
kann eine Ausgestaltung sein, dass die Art des Garguts anhand mindestens
eines aus der mindestens einen Bioimpedanz-Messung ermittelten Phasenwinkels
bestimmt wird.
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Es
kann auch eine Ausgestaltung sein, dass mittels der bestimmten Art
des Garguts eine Nutzerführung
eines Gargeräts
an diese Art des Garguts angepasst wird. Dadurch kann die Nutzerführung von Information
befreit werden, welche nicht auf die bestimmte Gargutart zutrifft,
was sie übersichtlicher macht.
So können
beispielsweise eine oder mehrere Ebenen einer Menüsteuerung
zur Auswahl einer Gargutart entfallen.
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Es
kann zudem eine Ausgestaltung sein, dass der Garzustand des Garguts
aus der mindestens einen Bioimpedanz-Messung anhand eines Vergleichs
zwischen einem aktuellen Widerstandswert des Garguts und einem Anfangswiderstandswert
des Garguts bestimmt wird. Eine solche Bestimmung ist technisch
einfach durchführbar
und ergibt zuverlässige
Ergebnisse.
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Es
kann ferner eine Ausgestaltung sein, dass ein Garende anhand eines
Vergleichs des aktuellen Widerstandswerts mit einem Produkt des
Anfangswiderstandswerts und einem Multiplikationsfaktor bestimmt
wird, wobei der Multiplikationsfaktor ein empirisch für die Art
des Garguts ermittelter Wert ist. Eine solche Bestimmung ist technisch
besonders einfach und preiswert durchführbar.
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Es
kann außerdem
eine Ausgestaltung sein, dass ein Widerstandswert Rx gemäß Rx = u1/u2·Ri bestimmt
wird, wobei u1 ein Maß für eine an
das Gargut angelegte Spannung darstellt, u2 ein Maß für eine über einen
Messwiderstand bestimmte Spannung darstellt und Ri einen Widerstandswert
des Messwiderstands darstellt.
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Es
kann eine Weiterbildung sein, dass ein Widerstandswert Ri des Messwiderstands
mindestens einen Wert besitzt, der mindestens um den Faktor 4 kleiner
ist als die Bioimpedanz bzw. der aus einer Bioimpedanz ermittelte
Widerstand der betrachteten Lebensmittel. Dadurch kann eine hohe
Messgenauigkeit erreicht werden. Beispielsweise kann der Widerstandswert
Ri in einem Bereich zwischen 5 Ohm und 10 Ohm liegen. Dadurch wird
in der Praxis die Bedingung Ri >> Rx erfüllt, so
dass Rx = u1/u2·Ri in
sehr guter Näherung
erfüllt
ist.
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Es
kann auch eine Weiterbildung sein, dass ein Garende anhand eines
Vergleichs von zu unterschiedlichen Zeiten gemessenen Phasenwinkeln
bestimmt wird. Diese Bestimmung des Garendes kann alternativ oder
zusätzlich
zu der Bestimmung des Garendes anhand eines Widerstandsvergleichs
durchgeführt
werden.
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Es
kann ferner eine Weiterbildung sein, dass eine Mindestgarzeit vorgesehen
ist. Dadurch können möglicherweise
zu Beginn des Garvorgangs auftretende Messwertschwankungen berücksichtigt
werden, welche sonst zu einer zu frühen Beendigung des Garvorgangs
führen
könnten.
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Es
kann außerdem
eine Weiterbildung sein, dass die mindestens eine Bioimpedanz-Messung zumindest
teilweise in einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 100 kHz durchgeführt wird,
d. h. in einem Bereich einer Frequenz einer zur Bioimpedanzmessung
auf das Gargut aufgegebenen Wechselspannung zwischen 10 kHz und
100 kHz.
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Es
kann weiterhin eine Weiterbildung sein, dass mehrere Bioimpedanz-Messungen
mit unterschiedlichen Frequenzen durchgeführt werden. Dadurch kann eine
Bestimmung eines Phasenwinkels, z. B. für eine Garguterkennung und/oder
eine Bestimmung eines Garendes, mit einer weiter verbesserten Zuverlässigkeit
durchgeführt
werden.
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Die
Aufgabe wird auch gelöst
mittels eines Gargeräts,
insbesondere mit einem Backofen, wobei das Gargerät zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist. Ein solches
Gargerät
kann beispielsweise ein Einbaubackofen, ein Herd, ein Mikrowellenofen,
ein Dampfgarer, eine Kochmulde usw. sein.
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Die
Aufgabe wird ferner gelöst
mittels eines Gargeschirrs mit einer Auflagefläche für Gargut, wobei das Gargeschirr
an der Auflagefläche
mindestens zwei Elektroden zur Durchführung einer Bioimpedanz-Messung
aufweist. Das Gargeschirr kann auch mehr als zwei Elektroden aufweisen,
welche über
die Auflagefläche
verteilt sind (insbesondere eng verteilt sind), so dass das Gargut
lediglich auf zweien davon liegen muss, um eine Bioimpedanz-Messung
durchführen
zu können.
Dadurch kann ein Nutzer ein solches Gargeschirr ohne Zusatzaufwand
in der überwiegenden
Zahl der Fälle
wie ein herkömmliches Gargeschirr
nutzen.
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Die
Aufgabe wird ferner gelöst
mittels einer Messelektrode zur Einführung in das Gargut, dadurch
gekennzeichnet, dass die Messelektrode zur Durchführung einer
Bioimpedanz-Messung
vorgesehen ist. Eine Verwendung der Messelektroden kann beispielsweise
vorteilhaft sein, wenn ein Gargut einen festen Anteil (z. B. einen
Braten) und einen flüssigen
Anteil (z. B. eine Bratensauce) aufweist, wobei dann die Bioimpedanz-Messung
beispielsweise zuverlässig
auf den festen Anteil beschränkbar
ist. Jedoch kann die Bioimpedanz-Messung allgemein auch für flüssiges Gargut
verwendet werden.
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In
den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
schematisch beschrieben. Dabei können
zur Übersichtlichkeit
gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen sein.
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1 zeigt
eine Schaltskizze einer möglichen
Auswerteschaltung nach dem Stand der Technik zur Bestimmung einer
Phasenverschiebung aus einer Bioimpedanz-Messung;
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2 zeigt
verschiedene zeitliche Verläufe von
Signalen der Auswerteschaltung nach dem Stand der Technik aus 1;
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3 zeigt
eine Kontaktierungsmöglichkeit eines
Garguts zur Durchführung
einer Bioimpedanz-Messung;
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4 zeigt
eine weitere Kontaktierungsmöglichkeit
eines Garguts zur Durchführung
einer Bioimpedanz-Messung;
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5 zeigt
eine Schaltskizze einer Messschaltung zur Bioimpedanz-Messung;
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6 zeigt
eine Auftragung eines bestimmten Phasenwinkels ausgewählter Lebensmittel
in Abhängigkeit
von einer Frequenz einer Bioimpedanz-Messung;
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7 zeigt
ein Ablaufdiagramm zur Auswahl eines Garprogramms auf der Grundlage
einer Bioimpedanz-Messung;
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8 zeigt
ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung eines Garendes auf der Grundlage
einer Bioimpedanz-Messung;
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9 zeigt
eine Auftragung eines aus einer Bioimpedanz-Messung bestimmten Gleichstromwiderstands
ausgewählter
Lebensmittel in Abhängigkeit
von einer Garzeit.
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1 zeigt
eine Schaltskizze einer Auswerteschaltung 1 zur Bestimmung
einer Phasenverschiebung aus einer Bioimpedanz-Messung zwischen
zwei Wechselspannungen u1 und u2 gleicher und bekannter Frequenz
fq. 2 zeigt verschiedene zeitliche Verläufe von
Signalen der Auswerteschaltung 1.
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Bezug
nehmend auf 1 und 2 wird bei
der Bioimpedanz-Messung eines Garguts die Wechselspannung u1 mittels
Elektroden an das Gargut angelegt und die Wechselspannung u2 über einen
Messwiderstand als eine zu einem durch die Wechselspannung u1 erzeugten
elektrischen Strom proportionale Spannung gemessen. Die Wechselspannung
u1 und die Wechselspannung u2 sind zueinander phasenverschoben,
und zwar abhängig
von der Natur (Art, Zustand usw.) des Garguts.
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Über zwei
als Komparatoren geschaltete Operationsverstärker K1 und K2 der Auswerteschaltung 1 werden
die Wechselspannungen u1 und u2 in Rechtecksignale umgeformt. Ein
UND-Gatter G1 verknüpft
das Rechtecksignal von K2 und das invertierte Rechtecksignal K1.
Die UND-Bedingung ist jeweils für
diejenigen Zeitintervalle tx erfüllt,
die durch die ansteigenden Nulldurchgänge der beiden Spannungen u1
und u2 gebildet werden.
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Die
Auswerteschaltung 1 umfasst ferner einen Taktgeber T, der
z. B. als ein Schwing-Quarz oder
als ein RC-Glied ausgeführt
werden kann, und der Impulse einer bekannten Frequenz ft liefert.
Weiter enthält
die Auswerteschaltung 1 einen Digitalzähler Z, der Impulse dieser
Frequenz ft zählen
kann.
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Ein
Flipflop T1 bereitet ein Tor eines UND-Gatters G2 für eine Periode
zum Öffnen
vor und gewährleistet,
dass die Impulse des Taktgebers T nur während eines einzigen Intervalls
tx zum Zähler
gelangen. Mit ft als der Frequenz des Taktgebers und Nx als einem Zählerstand
des Digitalzählers
Z ergibt sich der zu messende Phasenwinkel zu Δφ = 2·π·fq·Nx/ft.
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3 zeigt
eine Kontaktierungsmöglichkeit eines
Garguts 2 zur Durchführung
einer Bioimpedanz-Messung. Bei der Bioimpedanz-Messung wird das
Gargut 2 auf eine Auflagefläche A eines Gargeschirrs B
gelegt. An der Auflagefläche
A sind flächige Elektroden 3 angeordnet, über welche
an das Gargut 2 die Wechselspannung u1 angelegt werden
kann. Das Gargeschirr B kann jegliches Behältnis zur Behandlung des Garguts 2 sein,
z. B. ein Kochgeschirr (Topf, Pfanne, Bräter usw.), ein Gargeschirr
zur Verwendung in einem Backofen oder auch ein Backblech, eine Kuchenform
usw.
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4 zeigt
eine weitere Kontaktierungsmöglichkeit
des Garguts 2 zur Durchführung einer Bioimpedanz-Messung.
Dazu werden hier Messelektroden 4, welche in Form von Stiften
vorliegen, in das Gargut 2 eingesteckt.
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Eine Übertragung
der Messwerte von den Elektroden 3 oder 4 zu einer
Steuereinheit eines zugehörigen
Gargeräts
kann auf jede bekannte Art erfolgen, z. B. durch eine drahtlose
Fernabfrage. Dazu können
die Elektroden 3 oder 4 mit einer geeigneten Elektronik
verbunden sein, z. B. in Form eines Transponders.
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5 zeigt
eine Schaltskizze einer Messschaltung 5 zur Bioimpedanz-Messung.
Die Messschaltung 5 weist eine Wechselspannungsquelle 6 auf,
mittels der die Wechselspannung u1 an das Gargut 2 angelegt
wird, wodurch ein Strom I in oder an dem Gargut erzeugt wird. Die
Wechselspannungsquelle 6 kann die Wechselspannung u1 mit
variabler Frequenz zur Verfügung
stellen. Über
den Messwiderstand 7 können
die zu dem Strom I proportionale Wechselspannung u2 und/oder ein
Widerstand Rx des Garguts 2 gemessen werden. Die Messung
der Spannung u2 ist dem Fachmann geläufig und z. B. über einen
Analog-Digital-Wandler realisierbar. Ein besonders geeigneter Wert
für den
Messwiderstand Ri beträgt
10 Ohm. Beispielsweise mit Hilfe der Wechselspannung u2 kann wiederum,
wie bereits oben beschrieben, der Phasenwinkel Δφ bestimmt werden.
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6 zeigt
eine Auftragung eines bestimmten Phasenwinkels Δφ ausgewählter Gargutarten bzw. Lebensmittelgruppen
in Abhängigkeit
von einer Frequenz fq einer Bioimpedanz-Messung. Die am besten bestimmbaren
Unterschiede im Phasenwinkel Δφ zwi schen
den Gargutarten treten bei einer Frequenz zwischen 10 kHz und 100
kHz auf. So kann über
den Phasenwinkel Δφ bei z.
B. 80 kHz eine Gargutart in den meisten Fällen eindeutig einer bestimmten
Art, z. B. einer Gruppe von Lebensmitteln, zugeordnet werden. Bei
einigen Gargutarten bzw. Lebensmittelgruppen ist die Messung des
Phasenwinkels Δφ bei nur
einer Frequenz fq nicht ausreichend, um eine eindeutige Zuordnung
zu erlauben. Für
diese Fälle
kann es vorteilhaft sein, den Phasenwinkel Δφ bei mehreren Frequenzen fq1,
fq2, ... fqN zu messen (N > 1).
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Ein
Vorteil bei der Bestimmung des Phasenwinkels Δφ besteht darin, das der Phasenwinkel Δφ nahezu
unabhängig
von einem Abstand der Elektroden (z. B. aus 3 oder 4)
und weitgehend unabhängig
von einer Kontaktierung der Elektroden ist, d. h., dass es beispielsweise
praktisch kaum einen Einfluss hat, ob die flächigen Elektroden 3 aus 3 vollständig bedeckt
sind oder wie tief die Elektroden 4 aus 4 in
das Gargut 2 eingesteckt sind. Dadurch braucht ein Nutzer
keinen erhöhten
Aufwand zur Kontaktierung zu leisten, was eine Bedienfreundlichkeit
aufrechterhält.
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7 zeigt
ein Ablaufdiagramm zur Auswahl eines Garprogramms auf der Grundlage
einer Bioimpedanz-Messung.
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In
einem ersten Schritt S1 wird der Phasenwinkel Δφ eines Garguts bei mindestens
einer Frequenz fq1, ..., fqN gemessen, z. B. mittels der Messschaltung 5 aus 5 zusammen
mit der Auswerteschaltung 1 aus 1.
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In
einem folgenden Schritt S2 wird dem mindestens einen gemessenen
Phasenwinkel Δφ eine Art
eines Garguts bzw. eine Lebensmittelgruppe zugeordnet. Diese Zuordnung
kann beispielsweise in dem Gargerät über eine Nachschlagetabelle
geschehen, welche z. B. in einem EEPROM hinterlegt sein kann.
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In
einem Schritt S3 können
dann beruhend auf der erkannten Gargutart Steuerparameter des Gargeräts automatisch
voreingestellt werden. So kann beruhend auf der Art des erkannten
Garguts eine Nutzerführung
eines Gargeräts
angepasst werden, z. B. auf die Art des erkannten Garguts beschränkt. Dadurch
kann mittels einer übersichtlicheren
Nutzerführung
oder sogar automatisch ein passendes Garprogramm mit den zugehörigen Garparametern
(z. B. einer Gartemperatur) ausgewählt werden.
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8 zeigt
ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung eines Garendes (Ende eines Garvorgangs)
auf der Grundlage einer Bioimpedanz-Messung.
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Dazu
wird ein Betrag des Widerstandes des Lebensmittels gemessen, indem
der Wert der Spannung u2 gemessen wird, z. B. mit einer Messschaltung 5 aus 5.
Der Betrag eines Widerstands Rx des Garguts ergibt sich aus Rx =
u1/u2·Ri,
sofern Ri >> Rx ist, was bei Ri
= 10 Ohm in der Regel erfüllt
ist.
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Wie
in 8 gezeigt, wird in einem ersten Schritt S4 vor
Beginn eines Garvorgangs ein Anfangswiderstandswert Rx0 des Garguts
bei Beginn des Garvorgangs gemessen.
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Zudem
wird ein von der bestimmten Art des Garguts abhängiger Faktor V bereitgestellt,
aus dem sich ein Grenzwert V·Rx0
berechnen lässt.
Die Art des Garguts kann beispielsweise wie in Schritt S2 aus 5 beschrieben
bestimmt werden. Der Faktor V kann empirisch bestimmt sein und verknüpft mit
der Art des Garguts in einer Nachschlagetabelle abgelegt sein.
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Während des
Garvorgangs wird in Schritt S5 in bestimmten Zeitintervallen – zum Beispiel
alle 30 Sekunden – der
aktuelle Widerstandswert Rx(t) des Garguts gemessen und mit dem
Grenzwert V·Rx0 verglichen
(Schritt S6). Sobald der Grenzwert V·Rx0 überschritten ist, wird der
Garvorgang automatisch beendet (Schritt S7), ansonsten wird er fortgesetzt. Der
Faktor V stellt somit einen empirisch bestimmten Multiplikationsfaktor
bereit, welcher ausgehend von dem Anfangswiderstandswert Rx0 des
Garguts ein Garzeitende definiert.
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Es
kann eine gewisse Mindestgarzeit berücksichtigt werden, so dass
beispielsweise die Abfrage in Schritt S6 erst nach Ablauf der Mindestgarzeit,
z. B. nach 30 Minuten, erfolgt oder erst nach Ablauf der Mindestgarzeit
der Schritt S7 aktivierbar ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
können
eine Messung und ein Vergleich des Phasenwinkels erfolgen, um ein
Kriterium für
das Beenden des Garvorgangs zu definieren.
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9 zeigt
eine Auftragung eines aus einer Bioimpedanz-Messung bestimmten Werts
Rx(t) eines Gleichstromwiderstands von drei exemplarisch ausgewählten Lebensmitteln
in Abhängigkeit
von einer Garzeit tg. Es hat sich gezeigt, dass der Widerstandswert
Rx(t) vieler Lebensmittel während
des Garvorgangs ab einer Garzeit von ca. 30 min einen signifikanten
Zuwachs zeigt.
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Mittels
der gezeigten Methode ist es somit möglich, dass die Bioimpedanz-Messung
zur Identifikation von Gargutarten oder Lebensmitteln benutzt wird
und so ein Garprogramm einfacher oder sogar automatisch ausgewählt werden
kann. Des Weiteren kann der Garzustand der Lebensmittel erkannt
werden und so der Garvorgang automatisch beendet werden. Ein großer Vorteil
dieser Methode ist es, dass eine gute oder schlechte Kontaktierung
der Elektroden keinen oder einen nur geringen Einfluss auf die Identifikationssicherheit
besitzt.
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Die
obige Methode kann besonders gut in einem Backofen verwendet werden,
z. B. einem Einbaubackofen oder einem Backofen eines Herds. Jedoch
ist die Verwendung auch mit jeglichem anderen Gargerät möglich, wie
einem Kochfeld, einer Mikrowellle, einem Dampfgarer usw.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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- 1
- Auswerteschaltung
- 2
- Gargut
- 3
- Elektrode
- 4
- Elektrode
- 5
- Messschaltung
- 6
- Wechselspannungsquelle
- 7
- Messwiderstand
- A
- Auflagefläche
- B
- Gargeschirr
- K1
- Operationsverstärker, Rechtecksignal
- K2
- Operationsverstärker, Rechtecksignal
- u1
- Wechselspannung
- u2
- Wechselspannung
- T1
- Flipflop
- G1
- UND-Gatter
- G2
- UND-Gatter
- T
- Taktgeber
- Z
- Zähler
- ft
- Frequenz
- fq
- Frequenz
- Nx
- Zählerstand
- Δφ
- Phasenwinkel
- S1–S7
- Ablaufschritt