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Die Erfindung betrifft ein Gargerät mit Einschuberkennung, mit mehreren Einschüben, die jeweils ein Zubehörteil aufnehmen können. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Einschuberkennung bei einem Gargerät.
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Bei Gargeräten für den professionellen Gebrauch, beispielsweise in Restaurants oder Kantinen, sind üblicherweise im Inneren des Garraums mehrere Einschübe definiert, die mit Zubehörteilen belegt werden können. Die Zubehörteile tragen die zuzubereitenden Speisen. Die Einschübe sind dabei meist von Schienen gebildet, die an vertikalen Holmen angebracht sind. Die Schienen zusammen mit den Holmen bilden das im Garraum angeordnete Gestell, auch bezeichnet als Einhängegestell.
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Die hier relevanten Gargeräte sind in der Lage, unterschiedliche Garprogramme automatisiert ablaufen zu lassen. Auf diese Weise wird ein Bediener maximal entlastet, und es kann gewährleistet werden, dass die Nahrungsmittel reproduzierbar in der gewünschten Weise gegart werden. Für viele Garprogramme ist es hilfreich, wenn automatisch erfasst werden kann, welche der Einschübe bzw. Einschubebenen im Garraum belegt sind. Damit kann beispielsweise abgeschätzt werden, welche Menge an zu garenden Nahrungsmitteln sich im Garraum befindet, und das Garprogramm kann sich hieran automatisch anpassen. Auch bei einer rollierenden Beschickung ist es hilfreich, wenn die Steuerung des Gargeräts automatisch erkennt, wann neue Nahrungsmittel in welcher Einschubebene in den Garraum eingebracht werden. Dies ermöglicht es, individuell die notwendige Garzeit zu bestimmen und einem Bediener nach Ablauf der Garzeit anzuzeigen, in welcher Einschubebene sich die Nahrungsmittel befinden, die aktuell fertig gegart sind und daher entnommen werden sollten.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, um die Belegung einer Einschubebene zu erkennen. Diese reichen von mechanischen Schaltern, die von einem eingeschobenen Zubehörteil betätigt werden, bis hin zu RFID-Chips, mit denen die Zubehörteile versehen sind und die von einer Abfrageeinheit ausgelesen werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einschuberkennung zu schaffen, die einerseits zuverlässig und verschmutzungsunempfindlich ist und andererseits keinen hohen technischen Aufwand erfordert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Gargerät mit Einschuberkennung vorgesehen, mit mehreren Einschüben, die jeweils ein Zubehörteil aufnehmen können, einem Sender, der eine elektromagnetische Welle aussenden kann, einem Empfänger, der die reflektierte elektromagnetische Welle empfangen kann, und einer Auswerteeinheit, die auf der Basis der empfangenen Welle bestimmt, welcher Einschub belegt ist. Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zur Einschuberkennung bei einem Gargerät vorgesehen, bei dem mehrere Einschübe mittels einer elektromagnetischen Welle abgetastet werden, um zu bestimmen, welcher der Einschübe belegt ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mit einer elektromagnetischen Welle, die in den Garraum eingestrahlt wird, mit überraschend geringem Aufwand sehr zuverlässig bestimmt werden kann, welcher der Einschübe im Inneren des Gargeräts belegt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Lasertriangulationsverfahren verwendet wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Sender einen Laser enthält, dessen Strahl so auf die Einschübe gerichtet ist, dass alle Einschübe erfasst werden. Auf diese Weise kann eine Art Höhenprofil entlang der Einschübe erstellt werden, beispielsweise entlang dem vorderen Rand oder einem Seitenrand des Volumens, das von der Gesamtheit der Einschübe definiert ist. Wenn sich in einem bestimmten Einschub ein Zubehörteil befindet, wird dieses als „Vorsprung” gegenüber einem Zustand ohne Zubehörteil erkannt.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird als elektromagnetische Welle Mikrowellenstrahlung verwendet. Dementsprechend ist der Sender ein Mikrowellengenerator. Es konnte anmelderseitig nachgewiesen werden, dass sich anhand der reflektierten Mikrowellenstrahlung „auslesen” kann, welcher der Einschübe belegt ist.
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Besonders zuverlässig kann dies erfolgen, wenn jedem Einschub eine Antenne zugeordnet ist, die von einem vorhandenen Zubehörteil verstimmt werden kann. Eine solche Antenne sorgt für ein sehr eindeutig auslesbares Signal, das sich bei der Anwesenheit eines Zubehörteils sehr charakteristisch ändert. Falls für unterschiedliche Einschubebenen Antennen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen verwendet werden, lassen sich die unterschiedlichen Einschübe sehr zuverlässig voneinander unterscheiden.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird eine geführte Radarstrahlung verwendet. Hierbei ist vorgesehen, dass der Sender eine Radarstrahlung erzeugt und einen Wellenleiter aufweist, der sich quer zu den von den Einschüben definierten Ebenen erstreckt. Ein in einen Einschub eingeschobenes Zubehörteil führt dabei zu einer solchen Änderung in der Impedanz entlang dem Wellenleiter im Vergleich zu einem Zustand ohne Zubehörteil, dass in der Nähe des Zubehörteils die elektromagnetische Welle reflektiert wird. Mittels einer Laufzeitmessung kann dann bestimmt werden, auf welchem Niveau die Reflexion erfolgte, also welcher Einschub hierfür ursächlich war.
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Um eine stärkere Reflexion zu erhalten, kann vorgesehen sein, dass am Wellenleiter auf der Höhe jedes Einschubs ein Aufsatz angeordnet ist. Dieser koppelt einen Teil der elektromagnetischen Welle hin zum Einschub aus, sodass dort eine Reflexion erzeugt wird.
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Um die Auswirkung eines eingeschobenen Zubehörteils auf die Reflexion zu erhöhen, kann auf Höhe jedes Einschubs ein verstellbares Resonanzelement vorgesehen sein, das von einem Zubehörteil in eine Resonanzposition verstellt wird. Es kann auch eine jedem Einschub zugeordnete Antenne vorgesehen sein, die von einem eingeschobenen Zubehörteil verstimmt wird. Entscheidend ist, dass ein eingeschobenes Zubehörteil ein möglichst eindeutig erkennbares Signal in der eingestrahlten elektromagnetischen Welle erzeugt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
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1 in einer schematischen Ansicht einen Innenkasten eines Gargeräts, das mit einer erfindungsgemäßen Einschuberkennung ausgeführt ist;
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2 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein Gargerät gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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3 schematisch ein „Höhenprofil”, das bei dem Gargerät gemäß der ersten Ausführungsform zur Einschuberkennung aufgenommen wird;
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4 in einer schematischen Ansicht einen Einschub und eine Einschuberkennung für ein Gargerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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5 eine Ausführungsvariante zur zweiten Ausführungsform;
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6 eine zweite Ausführungsvariante zur zweiten Ausführungsform;
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7 schematisch ein Gargerät gemäß einer dritten Ausführungsform;
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8 einen Einschub für das Gargerät von 7;
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9 einen Versuchsaufbau für die Darstellung der Änderung eines empfangenen Signals, das sich bei der Einschuberkennung gemäß 8 ergibt; und
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10 ein Diagramm des S11-Parameters beim Versuchsaufbau von 9.
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In 1 ist schematisch ein Gargerät gezeigt, wobei hier die für die Erfindung nicht notwendigen Bauteile der besseren Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden. Gut sichtbar ist in 1 der sogenannte Innenkasten (mit Ausnahme der Decke), also drei Seitenwände 10, 12, 14 und ein Boden 16. Die Seitenwände 10, 12, 14 umschließen einen Garraum, wobei die der Seitenwand 12 gegenüberliegende Seite (bei fertig montiertem Gargerät) von einer Tür verschlossen ist. Die Seitenwand 10 stellt hier die Abtrennung zu einem sogenannten Technikraum dar.
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Im Inneren des von den Seitenwänden umschlossenen Garraums sind mehrere Einschübe bzw. Einschubebenen E definiert, und zwar von paarweise angeordneten Schienen 18, die jeweils an zwei vertikal angeordneten Holmen 20 angebracht sind. Die einander gegenüberliegenden Schienen 18 zusammen mit den Holmen 20 bilden ein Gestell, das bei der gezeigten Ausführungsform als Einhängegestell ausgeführt ist, da es abnehmbar in Bolzen 22 eingehängt ist, die am Boden 16 und an der (nicht gezeigten) Decke des Innenkastens angebracht sind. In jeden Einschub bzw. in jede Einschubebene E können Zubehörteile eingeschoben werden, die zur Aufnahme von zu garenden Nahrungsmitteln dienen.
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Um erkennen zu können, welche der Einschubebenen E des Gargeräts mit einem Zubehörteil belegt ist, wird eine Einschuberkennung verwendet, die in einer ersten Ausführungsform ein Lasertriangulationsverfahren verwendet. Dies ist schematisch in den 2 und 3 dargestellt. Allgemein ausgedrückt wird beim Lasertriangulationsverfahren ein Bereich, der sich über sämtliche Einschübe erstreckt, mit einem Lasertriangulationssystem gescannt, wodurch ein „Höhenprofil” erstellt wird. Der gescannte Bereich, der sich beispielsweise in einer vertikalen Linie entlang aller Einschubebenen erstreckt, ist so angeordnet, dass ein in einem Einschub befindliches Zubehörteil, bezogen auf das „Höhenprofil”, eine Erhebung darstellt. Bezogen auf das vertikale Abtasten entlang einer Linie, die sich über sämtliche Einschubebenen erstreckt, wird ein eingeschobenes Zubehörteil tatsächlich als Element erkannt, das in den gescannten Bereich hineinragt.
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In 2 ist stark vereinfacht ein Lasertriangulationssystem gezeigt, das zur Einschuberkennung verwendet werden kann. Als Sender wird hier ein Laser 30 verwendet, der beispielsweise oberhalb der Türöffnung des Gargeräts angeordnet ist und dessen Laserstrahl mittels einer Zylinderlinse so aufgefächert wird, dass eine gefächerte Laserlinie erzeugt wird, mit der eine vertikale Linie über alle Einschübe hinweg angestrahlt wird. Seitlich versetzt hierzu ist ein Empfänger 32 beispielsweise in der Form einer Matrixkamera angeordnet. Mittels einer (hier nicht dargestellten) Auswerteeinheit wird das von der Kamera aufgenommene Bild der Laserlinie über alle Einschübe ausgewertet, wobei vorhandene Zubehörteile 34 als „Vorsprünge” 34 im erzeugten „Höhenprofil” (siehe 3) zu sehen sind. Auf diese Weise kann bestimmt werden, welcher Einschub mit einem Zubehörteil belegt ist.
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Bei der in 2 gezeigten Ausgestaltung scannt das Lasertriangulationssystem die verschiedenen Einschubebenen auf der vorderen Seite des Garraums, also auf der Seite, die der Tür des Gargeräts zugewandt ist. Dies ermöglicht, den Sender und den Empfänger außerhalb des Garraums anzuordnen, beispielsweise oberhalb der Tür, sodass bei offener Tür gescannt wird. Alternativ ist möglich, die Bauteile des Lasertriangulationssystems so anzuordnen, dass sie die Rückseite des von den Einschüben definierten Raumes scannen, also auf der von der Tür abgewandten Seite. Auch in diesem Fall ist es möglich, die Bauteile des Lasertriangulationssystems außerhalb des Garraums anzuordnen. Beispielsweise können sie durch ein Fenster in der Rückwand oder der hinteren Seitenwand des Garraums scannen.
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Es ist auch möglich, den von den Einschüben definierten Raum seitlich zu scannen, also hier im Bereich der beiden Einhängegestelle. Dazu kann vorgesehen sein, dass alle Einschubschienen in dem zu scannenden Bereich ausgespart sind, um ein in die entsprechende Einschubschiene eingeschobenes Zubehörteil eindeutig erkennen zu können. Es ist auch möglich, seitlich vor oder hinter den Einschubschienen zu scannen, sodass keine Aussparungen in den Einschubschienen vorgesehen werden müssen. Die Komponenten des Lasertriangulationssystems können dabei vor der Türöffnung sitzen oder auch durch ein Fenster in der Garraumwand scannen. Es ist auch möglich, den Sender und den Empfänger unterschiedlich und räumlich weit getrennt voneinander anzuordnen, sodass einer der beiden beispielsweise vor der Türöffnung angeordnet ist und der andere durch ein Fenster in der Garraumwand scannt.
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Wird das Lasertriangulationssystem so angeordnet, dass seitlich im Bereich der Einschubschienen gescannt wird, insbesondere am vorderen Ende der Einschubschienen, hat dies den Vorteil, dass ein unvollständig eingeschobenes Zubehörteil nicht ein darunterliegendes verdecken kann. Allerdings sind in einem solchen Fall größere Vorkehrungen zu treffen, um zu gewährleisten, dass Kondensat und Ablagerungen nicht die im Garraum angeordneten Bauteile des Lasertriangulationssystems oder das Fenster, durch das hindurch gescannt wird, verschmutzen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Fenster (oder eventuell auch die Linse des verwendeten Systems) beheizt wird, um Niederschläge zu minimieren. Ein Lasertriangulationssystem, das die Vorderseite der Einschübe scannt, also im Bereich der Tür, hat dagegen den Vorteil, dass es außerhalb des Garraums angeordnet werden kann und bei geöffneter Tür ohne Verschmutzungsrisiko arbeiten kann.
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In 4 ist eine zweite Ausführungsform einer Einschuberkennung dargestellt. Diese benutzt das Prinzip der geführten Radarstrahlung. Dabei wird von einer kombinierten Sender-, Empfänger- und Auswerteeinheit 30, 32, 40 eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge von einigen Zentimetern entlang eines metallischen Leiters 42 geführt. Der metallische Leiter 42 ist im Innenkasten des Gargeräts so angeordnet, dass er sich über alle Einschubebenen E erstreckt. Beispielsweise kann der metallische Leiter 42 in vertikaler Richtung in der Nähe der Einschubschienen 18 angeordnet sein. Diese Art der Einschuberkennung beruht darauf, dass eine entlang des metallischen Leiters 42 geführte elektromagnetische Welle aufgrund des Impedanzunterschiedes zwischen Luft und Metall in der Nähe jedes Einschubs reflektiert wird. Dieser Effekt ist ausgeprägter, wenn sich in der entsprechenden Einschubebene ein Zubehörteil befindet.
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Allgemein ausgedrückt ist die Laufzeit jedes reflektierten Signals spezifisch für einen bestimmten Einschub. Dies kann genutzt werden, um die Anwesenheit eines Zubehörteils im entsprechenden Einschub zu erkennen.
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Zur Einschuberkennung wird zum Zeitpunkt t0 eine elektromagnetische Welle ausgesendet. Aufgrund der geometrischen Verhältnisse, insbesondere aufgrund der Abstände der einzelnen Einschubebenen zueinander, ist bekannt, zu welchem Zeitpunkt der Empfänger 32 ein reflektiertes Signal empfangen muss. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel wird zu dem Zeitpunkt t1, zu dem ein reflektiertes Signal für den ersten Einschub empfangen werden müsste, kein reflektiertes Signal empfangen, da der entsprechende Einschub nicht belegt ist. Allerdings wird zum Zeitpunkt t2 und zum Zeitpunkt t3 ein reflektiertes Signal empfangen, da sich im zweiten und im dritten Einschub jeweils ein Zubehörteil 34 befindet. Die Auswerteeinheit 40 kann hieraus ableiten, dass sowohl der zweite als auch der dritte Einschub belegt sind.
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Der metallische Leiter 42 kann grundsätzlich beliebig entlang des von den Einschüben definierten Raumes angeordnet werden, mit Ausnahme der Vorderseite, von wo die Zubehörteile eingeschoben werden. Vorzugsweise wird der metallische Leiter hinten in der Mitte des Innenkastens angeordnet, wo es (abgesehen von eventuell eingeschobenen Zubehörteilen) keine weiteren Störsignale gibt.
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Der metallische Leiter 42 kann als Metallstange ausgeführt sein, die mit einem Kunststoff (beispielsweise Teflon oder PEEK) mit einer Dicke von einigen Millimetern beschichtet ist. Auf diese Weise kann die Ablagerung von Gargutrückständen und die Oxidation durch Luftfeuchtigkeit vermieden werden. Es ist nicht notwendig, einen zylindrischen Querschnitt zu verwenden. Im Hinblick auf eine bessere Signalauflösung kann es vorteilhaft sein, einen rechteckigen, sehr flachen Querschnitt zu verwenden.
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Es ist nicht notwendig, mit einem einzigen Signal alle Einschübe zu detektieren. Stattdessen können auch die Einschübe nacheinander abgefragt werden. Beispielsweise wird eine erste elektromagnetische Welle ausgesendet, und zum Zeitpunkt t1, der mit der Position der ersten Einschubebene korreliert, wird das empfangene Signal erfasst. Dann wird eine zweite elektromagnetische Welle ausgesendet, und zum Zeitpunkt t2 wird das empfangene Signal erfasst. Dies wird für alle vorhandenen Einschübe fortgesetzt. Bei dieser Vorgehensweise werden Störsignale reduziert. Ferner wird eine Abschwächung des reflektierten Signals vermieden.
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Abweichend von der in 4 gezeigten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass auf dem metallischen Leiter auf dem Niveau jedes Einschubs ein Aufsatz angebracht ist. Auf diese Weise wird die elektromagnetische Welle besser in Richtung der Einschübe geführt.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform wird eine elektromagnetische Welle mit einem Wellenvektor ki und einer Polarisation ε verwendet. Es ist allerdings auch möglich, eine elektromagnetische Welle mit unterschiedlichen Wellenvektoren k entlang des metallischen Leiters 42 auszusenden und einen Resonanzhohlraum zwischen einem Aufsatz 44, der auf der Höhe jedes Einschubs am metallischen Leiter 42 angeordnet ist, und der entsprechenden Einschubebene zu realisieren (siehe 5).
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Um den Resonanzhohlraum zu realisieren, kann ein Resonanzelement 46 verwendet werden, beispielsweise eine flache Platte, die so an einem federbelasteten Hebel angebracht ist, dass sie bei eingeschobenem Zubehörteil in eine Resonanzposition bewegt wird. Dabei hat jedes Resonanzelement 46 einer Einschubebene eine andere Länge als das Resonanzelement 46 einer anderen Einschubebene. Auf diese Weise werden unterschiedliche Resonanzfrequenzen fr für die unterschiedlichen Einschubebenen realisiert.
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Ist eine Einschubebene von einem Zubehörteil 34 belegt, wird das Resonanzelement 46 von diesem in die Resonanzposition verstellt, sodass die Resonanz auftritt und dadurch der Reflexions-Koeffizient unterdrückt wird. Die Auswerteeinheit 40 kann dann die Amplitude des reflektierten Signals für jede Frequenz messen und daraus ableiten, ob die der entsprechenden Frequenz zugeordnete Einschubebene belegt ist oder nicht. Anders als bei der in 4 gezeigten Ausführungsform, bei der die Belegung der Einschübe auf einer Laufzeitmessung basiert, wird bei der in 5 gezeigten Ausführungsform durch die Messung der reflektierten Amplituden erkannt, welcher Einschub belegt ist; jeder Einschub hat eine eigene Resonanzfrequenz.
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In 6 ist eine Variante zur Ausführungsform von 5 gezeigt. Hierbei werden als resonante Struktur Antennen 50 verwendet, die jeweils in der Einschubschiene 18 ausgeführt sind und zu denen die Aufsätze 44 des magnetischen Leiters 42 führen. Alternativ zu einer solchen Antenne könnte auch ein λ/4-Schwinger verwendet werden.
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Entscheidend ist, dass die resonante Struktur so angeordnet ist, dass sie vom eingeschobenen Zubehörteil 34 verstimmt oder gedämpft wird. Wichtig ist auch, dass für jede Einschubebene eine andere Resonanzfrequenz gewählt wird. Dies ermöglicht, mit einem Frequenzsweep zu erkennen, welche Resonatoren unverändert vorhanden sind (was einer unbelegten Einschubebene entspricht) und welche Resonatoren verändert sind (was einem vorhandenen Zubehörteil entspricht).
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Der besondere Vorteil der Einschuberkennung, wie sie in den 5 und 6 dargestellt ist, gegenüber einer Einschuberkennung nach der Laufzeitmethode (4) besteht darin, dass keine Probleme bezüglich der Überlagerung und Identifizierung zahlreicher Mehrfachreflexionen entstehen. Auch gibt es keine Abnahme der Signalstärke, wenn viele Einschubebenen belegt sind. Schließlich ergeben sich Kostenvorteile, da keine Laufzeitmessung im Picosekundenbereich nötig ist.
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In den 7 bis 9 ist ein Gargerät gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt, bei dem Mikrowellenstrahlung zur Einschuberkennung verwendet wird. Der Sender 30 ist hier als Mikrowellengenerator ausgeführt (siehe 7), der eine Mikrowellenstrahlung in den Garraum einstrahlen kann.
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Um mittels geführten Mikrowellen die Belegung der unterschiedlichen Einschubebenen erkennen zu können, werden Antennen 50 verwendet, die verstimmt werden, wenn die Einschubebene, der die entsprechende Antenne zugeordnet ist, mit einem Zubehörteil belegt ist. Anders ausgedrückt wird, wenn die entsprechende Einschubebene belegt ist, die Abstrahlung der für die Antenne charakteristischen Frequenz unterdrückt oder wenigstens stark gedämpft.
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Wie in 8 gezeigt, kann als Antenne 50 eine invertierte F-Antenne verwendet werden. Diese ist vorzugsweise unmittelbar in die Einschubschiene 18 integriert, und zwar an einer solchen Stelle, dass sie von einem eingeschobenen Zubehörteil abgedeckt wird.
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Für jede Einschubebene E wird eine Antenne 50 mit einer anderen Resonanzfrequenz gewählt. Der Abstand der Frequenzen wird dabei so gewählt, dass eine Belegung der Einschubebene (also eine Verstimmung der Antenne) eindeutig zu sehen ist. Idealerweise wird die Antenne so optimiert, dass sie möglichst schmalbandig ist. Zur vollständigen Einschuberkennung wird mit dem Radar das relevante Frequenzband gescannt, wodurch sich die belegten Einschubebenen erkennen lassen.
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In 9 ist ein beispielhafter Versuchsaufbau gezeigt, der unterschiedliche Überdeckungen der Antenne 50 (links vollständige Überdeckung mit einem Zubehörteil 34; angenommen als ”+20 mm), rechts Abstand von 20 mm zum Zubehörteil; angenommen als ”–20 mm”) simuliert.
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In 10 ist der sich ergebende S11-Parameter (Reflexionsparameter) der Antenne für unterschiedliche Überdeckungen gezeigt, wobei hier eine Sendefrequenz von 2,45 GHz verwendet wird. Der Unterschied im S11-Parameter zwischen einem Zustand mit freier Antenne (Kurve 1) und einem Zustand, in dem die Antenne vom Zubehörteil abgedeckt wird (Kurve 6); ist deutlich erkennbar.
