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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/816,861, angemeldet am 29. April 2013, deren Gegenstand hierin vollumfänglich durch Bezugnahme einbezogen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Öfen zur Zubereitung von Speisen und insbesondere einen „Kombinationsofen” in dem Speisen mittels Dampf und Konvektionsluftströmung gegart werden können und der darüber hinaus die Einstellung der Spitzen-Heizleistung des Ofens ermöglicht.
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Hochwertige handelsübliche Öfen können verschiedene Garformen ermöglichen, wie Heizen mit erzwungener Luftströmung (Konvektion) und Heizen mit Dampf. Im Allgemeinen wird beim Garen mit Konvektion ein Lüfter verwendet, um den isolierenden Effekt stagnierender Luft um die Speisen herum zu durchbrechen und den Wärmefluss zur Speise hin zu erhöhen. Dieser gesteigerte Spitzenfluss kann beispielsweise zum schnelleren Bräunen der Speisenoberfläche genutzt werden. Dagegen kann der Einsatz von Dampf (üblicherweise auch unter Nutzung des Konvektionslüfters) ein schnelleres Garen ermöglichen, während gleichzeitig Feuchtigkeit, Geschmack und Nährstoffe der Lebensmittel erhalten bleiben. Das Dampfgaren verhindert im Allgemeinen ein Bräunen der Oberfläche. Die verschiedenen Methoden können während eines Garvorgangs in Kombination nacheinander eingesetzt werden, um beispielsweise Fleisch schnell zu garen und anschließend seine Oberfläche zu bräunen.
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Generell werden verschiedene Wärmequellen für Öfen verwendet, wie beispielsweise elektrische Heizelemente, durch die gegen einen Widerstand Strom fließt und die in Verbindung mit dem Garraum stehen, und Gasheizelemente, bei welchen Gas verbrannt wird und die Abgase durch einen Wärmetauscher geführt werden, der mit dem Garraum in Verbindung steht. Die Temperaturregelung des Ofens erfolgt üblicherweise durch Ein- und Abschalten des elektrischen Stroms bzw. des Gases entsprechend einer gemessenen Temperatur im Garraum. Dieses Umschalten zwischen einem eingeschalteten und einem ausgeschalteten Zustand vereinfacht die Steuerung der Strom- und Gaselemente beträchtlich.
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Öfen dieser Art sind im Handel bei Alto-Shaam Inc. in Menomonee Falls, Wisconsin erhältlich und sind allgemein in der
US-Patentschrift Nr. 6,188,045 mit dem Titel „Combination Oven with Three Stage Water Atomizer” beschrieben, die hierin durch Bezugnahme einbezogen ist.
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Die Geschwindigkeit, mit der ein Ofen, der mit Speisen gefüllt ist, eine bestimmte Temperatur erreichen kann, wird normalerweise durch die Spitzenleistung vorgegeben, die dem Heizelement zugeführt wird, wenn das Heizelement durchgehend in Betrieb ist. In der Regel wird diese Spitzenleistung des Heizelements so gewählt, dass ein erwünschter Kompromiss zwischen dem Energieverbrauch und der Ofenleistung erzielt wird.
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Die Notwendigkeit des Kompromisses zwischen Energieverbrauch und Ofenleistung kann durch den Einsatz eines sogenannten „Turbo-Modus” entschärft werden, bei dem die Spitzenleistung des Heizelements eingestellt ist. Der Turbo-Modus kann dann wünschenswert sein, wenn ein schnelles Garen besonders wichtig ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung sieht eine verbesserte Integration der „Turbo-Modus”-Einstellung der Heizelement-Spitzenleistung in einen Kombinationsofen vor, der das Dampfgaren ermöglicht. Dabei haben die Erfinder festgestellt, dass sich das Ändern der Spitzenleistung des Backbetriebs negativ auf die Fähigkeit der Dampferkennung im Garraum auswirkt, die üblicherweise mittels einem Temperatursensor erfolgt. Wenn die Füllung des Garraums mit Dampf nicht akkurat erkannt wird, können die Speisen unbeabsichtigt oder zu früh in dem Dampfgarprozess austrocknen und braun werden. Durch Modifizieren des Dampferkennungs-Temperaturschwellenwerts entsprechend einer Spitzenleistungseinstellung kann eine akkurate Kontrolle des Dampfgarens erzielt werden, so dass ein Garen bei Spitzenleistung in Verbindung mit dem Dampfgaren möglich wird.
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In einem Ausführungsbeispiel sieht die vorliegende Erfindung einen Kombinationsofen mit einem isolierten Gehäuse vor, das eine Tür aufweist, die einen inneren Garraum definiert und eine Öffnung, die den Zugang zu dem Garraum ermöglicht. Ein Garraum-Heizgerät steht mit dem Garraum in Verbindung, um den Garraum zu beheizen, wobei das Garraum-Heizgerät mindestens zwei Leistungseinstellungen bietet, die einem Leistungssignal entsprechen. Ein Dampferzeuger erzeugt entsprechend einem Dampferzeugungssignal Dampf in dem Garraum. Ein erster Temperatursensor erfasst eine Temperatur des Garraums, um ein Temperatursignal bereitzustellen, und ein zweiter Temperatursensor in der Nähe eines Ausgangs des inneren Garraums erzeugt ein zweites Temperatursignal. Eine Steuerung steht mit dem Garraum-Heizgerät, dem Dampferzeuger sowie dem ersten und zweiten Temperatursensor in Verbindung und führt ein im Speicher gespeichertes Programm zu Folgendem aus: (i) Erzeugen eines Dampferkennungssignals als Funktion des zweiten Temperatursignals und des Leistungssignals und Anzeigen der Anwesenheit von Dampf in dem Garraum; und (ii) Steuern von zumindest einem aus Dampferzeugungssignal und Leistungssignal entsprechend einem gespeicherten Programm in Übereinstimmung mit dem Temperatursignal und dem Dampferkennungssignal.
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Somit ist es ein Merkmal von zumindest einem Ausführungsbeispiel, die Anwesenheit von Dampf in dem Garraum unabhängig von dem Leistungspegel der Heizelemente akkurat zu erfassen.
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Der zweite Temperatursensor kann an einem unteren Ende des Garraums angeordnet sein.
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Damit ist es ein Merkmal von zumindest einem Ausführungsbeispiel, zu erkennen, ob der Dampf den gesamten Garraum füllt, da der Fühler abseits des oberen Bereichs angeordnet ist, in dem sich der Dampf natürlicherweise ansammelt.
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Ein Wasserabscheider kann einen Behälter definieren, der Wasser enthält und einen Ablaufschlauch aufweisen, der den Garraum mit dem Behälter verbindet, wobei sich der zweite Temperatursensor in dem Behälter befindet. Überschüssiger Druck oder Dampf aus dem Garraum kann durch den Ablaufschlauch in den Behälter abgeführt werden und durch den Ausgang austreten.
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Somit ist es ein Merkmal von zumindest einem Ausführungsbeispiel, dass sich der Dampfsensor in einer Umgebung befindet, die sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Leistungspegeln einen signifikanten Temperaturunterschied erfährt. Abgeschiedenes Wasser, das den Dampf kühlt und verhindert, dass übermäßig viel Wärme aus dem Garraum austritt, kühlt den Fühler auch in Abwesenheit von Dampf. Der zweite Temperatursensor wird außerdem von Gasen überströmt, um eine kontinuierliche Messung des Luftstroms zu ermöglichen.
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Das Dampferkennungssignal kann durch Vergleichen des zweiten Temperatursignals mit einem Temperaturschwellenwert, der entsprechend einem gespeicherten Programm mit dem Leistungssignal verknüpft ist, erzeugt werden. Der Temperaturschwellenwert kann bei einem höheren Leistungspegel eine höhere Temperatur als bei einem niedrigeren Leistungspegel sein.
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Somit ist es ein Merkmal von zumindest einem Ausführungsbeispiel, eine einfache Funktion zum Erkennen von Dampf anhand der Lufttemperatur für verschiedene Leistungspegel zu bieten. Der Temperaturschwellenwert wird entsprechend den Änderungen angepasst, die beim Garen im „Turbo-Modus” auftreten.
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Die mindestens zwei Leistungssignale können mindestens zwei EIN-Leistungssignale beinhalten, welche den Garraum auf verschiedene Wärmestufen erhitzen.
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Somit ist es ein Merkmal von zumindest einem Ausführungsbeispiel, einen Kombinationsofen bereitzustellen, der auf mindestens zwei Leistungspegeln garen kann, wie beispielsweise im normalen Modus und im „Turbo-Modus”.
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Bei dem Dampferzeuger kann es sich um ein Kesselelement handeln, das einen Behälter für Wasser und ein Kesselheizelement aufweist. Der Dampferzeuger kann eine Wasserdüse sein, die Wasser in ein Heizelement leitet.
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Somit ist es ein Merkmal von zumindest einem Ausführungsbeispiel, ein System bereitzustellen, das mit verschiedenen Dampferzeugungstechniken arbeitet.
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Zwischen dem Garraum und dem Behälter kann eine Dampf-Umgehungsleitung angeordnet sein. Überschüssiger Druck oder Dampf aus dem Garraum kann durch die Dampf-Umgehungsleitung in den Behälter abgeführt werden und durch den Ausgang austreten.
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Somit ist es ein Merkmal von zumindest einem Ausführungsbeispiel, eine konstante Messung der Ofenatmosphäre zur Erkennung von Dampf zu bieten.
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Der erste Temperatursensor kann in dem inneren Garraum angeordnet sein.
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Somit ist es ein Merkmal von zumindest einem Ausführungsbeispiel, einen separaten Fühler zum Erfassen der Garraum-Temperatur bereitzustellen, um die Ein-Aus-Funktion des Heizelements zu bestimmen.
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Ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht einen Kombinationsofen mit einem isolierten Gehäuse vor, das eine Tür aufweist, die einen inneren Garraum definiert und eine Öffnung, die den Zugang zu dem Garraum ermöglicht. Ein Garraum-Heizgerät steht mit dem Garraum in Verbindung, um den Garraum zu beheizen, wobei das Garraum-Heizgerät mindestens zwei Leistungseinstellungen bietet, die einem Leistungssignal entsprechen. Ein Dampferzeuger erzeugt entsprechend einem Dampferzeugungssignal Dampf in dem Garraum. Ein erster Temperatursensor erfasst eine Temperatur des Garraums, um ein Temperatursignal bereitzustellen, und ein zweiter Temperatursensor in der Nähe eines Ausgangs des inneren Garraums erzeugt ein zweites Temperatursignal. Eine Steuerung steht mit dem Garraum-Heizgerät, dem Dampferzeuger sowie dem ersten und zweiten Temperatursensor in Verbindung und führt ein im Speicher gespeichertes Programm zu Folgendem aus: (i) Erzeugen eines Dampferkennungssignals als Funktion des zweiten Temperatursignals und des Leistungssignals und Anzeigen der Anwesenheit von Dampf in dem Garraum, wenn das zweite Temperatursignal über einem mit dem Leistungssignal verknüpften Temperaturschwellenwert liegt; und (ii) Steuern von zumindest einem aus Dampferzeugungssignal und Leistungssignal entsprechend einem gespeicherten Programm in Übereinstimmung mit dem Temperatursignal und dem Dampferkennungssignal.
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Eine erste Leistungseinstellung ist höher als eine zweite Leistungseinstellung und ein mit der ersten Leistungseinstellung korrelierender Temperaturschwellenwert ist höher als ein Temperaturschwellenwert, der mit der zweiten Leistungseinstellung korreliert.
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Somit ist es ein Merkmal von zumindest einem Ausführungsbeispiel, mehr als einen Leistungsmodus zum Garen und mehr als einen mit den Leistungsmodi korrelierenden Temperaturschwellenwert bereitzustellen.
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Ein erster niedrigerer Temperaturschwellenwert wird während der Dampferzeugung verwendet und ein zweiter, höherer Temperaturschwellenwert kommt während des Garens zum Einsatz.
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Somit ist es ein Merkmal von zumindest einem Ausführungsbeispiel, die verspätete Erkennung des Ausgehens des Dampfes zu korrigieren.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zum Betreiben eines Kombinationsofens vor, welches das Bereitstellen eines Kombinationsofens, wie hier beschrieben, beinhaltet sowie das Eingeben eines Benutzerbefehls in ein Bedienelement zum Einstellen des Leistungssignals.
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Diese speziellen Ziele und Vorteile gelten u. U. nur für einige der Ausführungsbeispiele, die unter die Ansprüche fallen und definieren daher nicht den Geltungsbereich der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Kombinationsofens, der zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, die ein Gehäuse mit einer öffnungsfähigen Tür zeigt, welche einen Garraum verschließt, und die eine Bedienoberfläche auf einer Frontfläche des Ofens zeigt;
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2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 in 1, der die internen Komponenten des Kombinationsofens zeigt, einschließlich Konvektionslüfter, Heizeinheit und Kondensatoreinheit des Ofens, wobei letztere eine Dampfsensor-Temperaturanzeige aufweist;
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3 ist ein Diagramm der Dampfsensortemperatur zusammen mit dem Garmodus gegenüber der Zeit bei einem Nicht-Turbo-Betrieb des Ofens, das die drei Stadien der Dampferzeugung zeigt: Befüllen, Garen und Nachfüllen nach Ermittlung der Dampftemperatur durch Vergleichen mit einem ersten Schwellenwert;
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4 ist ein ähnliches Diagramm wie das aus 3 von Dampfsensortemperatur und Garmodus gegenüber der Zeit bei einem Turbo-Betrieb des Ofens, das die Einstellung der Temperaturerfassungsschwellenwerte für das korrekte Umschalten zwischen den Garmodi zeigt;
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5 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Ofens aus 1 mit drei verschiedenen Leistungsmodi für Garprofile zeigt, die sowohl Dampf- als auch Konvektionsbetrieb verwenden;
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6 ist ein detailliertes Flussdiagramm der Steuerung des Ofens während des Konvektionsbetriebs;
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7 ist ein vereinfachtes Diagramm eines elektrischen Heizelements, das ein Schaltsystem zur Steuerung der zwei Stufen der Spitzenleistung durch verschiedene Heizelemente zeigt, die zur Temperatursteuerung gemeinsam geschaltet werden können; und
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8 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Gasheizelements mit einem Ventilsystem, das zwei Nicht-Null-Stufen der Gasströmung für zwei Stufen der Spitzenleistung bereitstellen kann.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Wie in 1 dargestellt, kann ein Kombinationsofen 10 mit Turbo-Modus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 12 aufweisen, das einen Garraum 14 definiert, wobei die Seitenwände des Garraums 14 Rosthalterungen 11 zum Halten von konventionellen Backrosten aufweisen, um Schüsseln oder Lebensmittelschalten zu tragen.
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Der Garraum 14 ist über eine Tür 16 zugänglich, die mit einer Angel auf einer vertikalen Seite des Garraums 14 angeschlagen ist. Die Tür 16 kann den Garraum 14 während des Garvorgangs schließen und dabei von einer Riegelbaugruppe 15 (nur an der Tür 16 sichtbar) geschlossen gehalten werden. In geschlossener Position kann die Tür 16 den Garraum 14 durch Zusammenpressen einer Dichtung 17 weitgehend versiegeln, welche eine Öffnung des Garraums 14 in dem Gehäuse 12 umgibt.
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Auf einer Seite des Garraums 14 kann das Gehäuse 12 ein Bedienelement 22 aufweisen, auf das ein vor dem Ofen 10 stehender Benutzer zugreifen kann. Das Bedienelement 22 kann herkömmliche elektronische Steuerungen wie Schalter, Tasten, einen Touchscreen oder dergleichen aufweisen, welche, wie nachfolgend beschrieben, die Ofensteuerungsdaten von dem Benutzer empfangen.
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Wie in 2 zu sehen, kann ein motorbetriebener Konvektionslüfter 18 in dem Gehäuse 12 angeordnet sein, um einen Luftstrom über ein Heizelement 20 in den Garraum 14 zu leiten. Das Heizelement 20 kann ein elektrisches Heizelement oder ein Wärmetauscher sein, der Wärme von einer Gasflamme oder Ähnlichem aufnimmt, und den Konvektionslüfter 18 umgeben.
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Dampf kann in den Garraum 14 beispielsweise durch eine ventilgesteuerte Wasserdüse 19 eingeleitet werden, die Wasser auf den Lüfter 18 und das Heizelement 20 nahe dem Lüfter 18 sprüht. Alternativ kann Dampf von einem separaten Kesselelement 21 mit einem speziell dafür vorgesehenen Heizelement 23 bereitgestellt werden, das mit dem Garraum 14 in Verbindung steht.
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Öfen dieser Art sind im Handel bei Alto-Shaam Inc. in Menomonee Falls, Wisconsin erhältlich und sind allgemein in der
US-Patentschrift Nr. 6,188,045 mit dem Titel „Combination Oven with Three Stage Water Atomizer” beschrieben, die hierin durch Bezugnahme einbezogen ist.
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Ebenfalls in 2 ist eine Bodenwand 31 des Garraums 14 zu sehen, die einen Kanal zu einem Ablaufschlauch 25 aufweisen kann, der sich von der Bodenwand 31 nach unten zu einer Kondensatorkammer 30 erstreckt, die unterhalb der Bodenwand 31 angeordnet ist. Der Ablaufschlauch 25 kann sich vertikal (wie abgebildet) oder ein kurzes Stück vor oder nachdem er in der Kondensatorkammer 30 aufgenommen wird, horizontal erstrecken. In jedem Fall ermöglicht es der Ablaufschlauch 25, dass Dampf und Wassertröpfchen in die Kondensatorkammer 30 gelangen, die einen im Allgemeinen geschlossenen Kasten vorsieht, dessen senkrechte Seitenwände ein Wasserbecken mit einem Wasserpegel 36 enthalten. Das untere Ende des Ablaufschlauchs 25, das in die Kondensatorkammer 30 gelangt, endet über einer Bodenwand 33 und über einem Wasserpegel 36.
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Ein gegenüberliegendes Ende der Kondensatorkammer 30 weist eine Austrittsöffnung 32 auf, die nach außen führt. Eine Ablenkplatte 38 erstreckt sich von einer Oberfläche der Kammer 30 nach unten unter den Wasserpegel 36, um den Ablaufschlauch 25 von der Austrittsöffnung 32 zu trennen, mit Ausnahme eines Wegs, der durch das enthaltene Wasser führt. Überschüssiger Druck vom Garen oder vom Dampf kann durch den Ablaufschlauch 25 entweichen und als Luftblasen unter der Ablenkplatte 38 zu der Austrittsöffnung 32 gelangen. Durch diesen Vorgang wird der Dampf abgekühlt und verhindert, dass zuviel Wärme aus dem Garraum 14 entweicht, wie es der Fall wäre, wenn eine direkte Verbindung nach außen bestünde.
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Eine Variation dieses Aufbaus der Kondensatorkammer 30 ist in der US-Patentanmeldung 13/306,687 vom 29. November 2011 mit dem Titel „Grease Handling Apparatus for Closed-System Oven” beschrieben, das demselben Anmelder wie dem der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und hierin durch Bezugnahme einbezogen ist.
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Wie ebenfalls in 2 zu sehen, kann außerdem eine Dampf-Umgehungsleitung 40 von dem Garraum 14 in die Kondensatorkammer 30 zu einem Temperatursensor 42 führen, der beispielsweise auf derselben Seite der Ablenkplatte 38 wie der Ablaufschlauch 25 angeordnet ist. Die Dampf-Umgehungsleitung 40 und der Ablaufschlauch 25 können in leicht unterschiedlichen Druckbereichen in dem Garraum 14 angeordnet sein, wenn der Lüfter 18 betrieben wird, so dass die Gase nahe dem Boden des Garraums 14 über den Temperatursensor 42 strömen, um eine kontinuierliche Messung der Luft bzw. des Dampfes nahe dem Boden des Garraums 14 durchzuführen.
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Eine interne Steuerung 37 kann in einem Geräteraum nahe dem Garraum 14 angeordnet sein, jedoch auf einer kühleren Temperatur gehalten werden. Die Steuerung 37 verfügt über einen Computerprozessor mit einem Prozessor und einem zugehörigen Speicher wie beispielsweise einem Flash-Speicher, zum Ausführen eines Programms, das in dem zugehörigen Speicher gespeichert ist. Durch das Ausführen des Programms können Steuersignale erzeugt werden, die von der Bedienoberflächenschaltung der Steuerung 37 an Komponenten des Ofens 10 ausgegeben werden, und erfasste Signale von dem Benutzer und verschiedenen Sensoren in dem Ofen 10 können gelesen werden. So kann die Steuerung 37 zum Beispiel Signale von dem Temperatursensor 42 in der Kondensatorkammer 30 oder einem oder mehreren internen Ofentemperatursensoren 45 in dem Garraum 14 empfangen, die jeweils Temperatursignale (X1) senden, sowie Signale von dem Bedienfeld 22, welche Benutzerbefehle darstellen. Die Steuerung 37 kann Konvektionssteuersignale an einen Motor 43 ausgeben, der den Lüfter 18 betätigt (um einen Konvektionsmodus in dem Ofen 10 zu steuern). Außerdem kann die Steuerung 37 Dampfsteuersignale an ein Ventil 44 ausgeben, das mit einer Wasserzufuhr und der Düse 19 in Verbindung steht, um Dampf zu erzeugen, oder alternativ an einen elektrisch gesteuerten Schalter 47, der mit dem Stromnetz und dem Heizelement 23 verbunden ist, um Dampf zu erzeugen. Außerdem kann die Steuerung 37 ein Heizleistungssignal an eine Heizsteuerung 46, welche Heizelemente 29 steuert, entsprechend vier Stadien der Spitzenleistungsausgabe senden, die beinhalten: aus, erster Spitzenleistungspegel, zweiter Spitzenleistungspegel, größer als der erste Spitzenleistungspegel und dritter Spitzenleistungspegel, größer als der zweite Spitzenleistungspegel. Üblicherweise ist der dritte Spitzenleistungspegel mindestens 10% größer als der zweite Spitzenleistungspegel, so dass die Spitzenleistung der Heizelemente beispielsweise von 10 Kilowatt auf 14 Kilowatt erhöht wird.
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Wie in 2, 3 und 5 zu sehen, kann das Programm 50, das auf der Steuerung 37 ausgeführt wird, einen Moduseingabebefehl von einem Benutzer empfangen, wie beispielsweise per Eingabe über das Bedienfeld 22 und wie von dem Entscheidungsblock 52 repräsentiert. Diese Moduseingabe wird im Allgemeinen eine erwünschte Betriebs-Spitzenleistung anzeigen, die entweder direkt oder in Verbindung mit einem vorgegebenen „Rezept” durch den Benutzer erwünscht wird, wobei das Rezept auch einen Plan der Gartemperaturen und Garmodi (Konvektion, Dampf) enthalten kann, die ihrerseits einem bestimmten Typ der Speisenzubereitung zugeordnet sind. Wird die Betriebsleistung direkt eingegebenen, kann der Benutzer auch weitere Betriebsparameter wie den Garmodus und die Temperatur direkt eingeben.
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Nach Abschluss der Spitzleistungsmoduseingabe rückt das Programm 50 zu einem Prozessblock vor, der die Betriebs-Spitzenleistung des Ofens 10 einstellt, dessen Mechanik nachstehend erläutert wird und der je nach Heizenergiequelle variieren kann. Wie allgemein in 5 dargestellt, ist „Leistung 0” von Prozessblock 88 allgemein eine niedrige Leistung, „Leistung 1” von Prozessblock 54 ist eine normale Leistung und „Leistung 2” von Prozessblock 83 ist eine hohe bzw. Turbo-Leistung.
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So kann der Benutzer beispielsweise einen Standardbetriebsmodus „Leistung 1” wählen, in dem die Spitzenleistung in Prozessblock 54 auf einen Standardleistungspegel von zum Beispiel etwa 10 Kilowatt eingestellt wird. Der Garzyklus verläuft dann mit einer Dampferzeugungsphase, die durch Prozessblock 56 angezeigt ist, in der entweder durch Aktivierung des Kessels 21 (und Verteilung durch den Lüfter 18 mit zusätzlicher Wärme von dem Heizelement 20) oder durch Aktivierung der Düse 19, um unter Führung des Lüfters 18 Wasser auf ein Heizelement 20 zu sprühen, Dampf erzeugt wird.
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Während der Dampferzeugungsphase von Prozessblock 56 ist die Temperatur (X1) im Garraum 14 gemäßigt, um ein Hochtemperaturgaren der Speisen zu verhindern, bis der Garraum 14 mit Dampf gefüllt ist.
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Dieses Mäßigen der Temperatur ist eine einfache Angelegenheit, wenn die zum Garen beabsichtigte Garraumtemperatur unter dem Dampfpunkt von 100°C (212 Grad Fahrenheit) liegt, und erfordert nur, dass der Garraumtemperaturfühler 45 überwacht wird, um die gemäßigte Temperatur des Garraums durch Ein- und Abschalten der Heizelemente 20 aufrecht zu erhalten.
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Wenn dagegen die zum Garen beabsichtigte Garraumtemperatur über 100°C (212 Grad Fahrenheit) liegt, muss die Ofentemperatur so lange gemäßigt werden, bis der Ofen mit Dampf gefüllt ist. Wenn der Dampf von der Düse 19 erzeugt wird, wird die Düse während dieser Phase aktiviert, so dass die Dampfbildung die Temperatur auf etwa 100°C beschränkt. Wenn zur Dampferzeugung der Kessel 21 verwendet wird, wird die Temperatur durch Überschreiben der Sollwerttemperatur des Ofens gemäßigt (wodurch die Verwendung des höchsten Leistungspegels verhindert wird, wie noch beschrieben wird) und durch Nutzen der stabilisierenden Wirkung des eingeleiteten Dampfes in dieser Dampferzeugungsphase.
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Wie schematisch in 3 dargestellt, kann in dieser Füllphase 58 der Dampf 60 den Garraum 14 teilweise füllen und sich aufgrund seiner relativen Temperatur und/oder der Abschirmung durch die Speisen auf dem Rost (nicht dargestellt) in dessen oberem Teil konzentrieren, so dass die hohe Temperatur des Dampfes 60 von der Kondensatorkammer 30 und somit von dem Temperatursensor 42 ferngehalten wird. Eine niedrige Temperatur am Temperatursensor 42 zeigt also im Allgemeinen an, dass der Garraum nicht vollständig mit Dampf gefüllt ist. Insbesondere während der Anfangsphase der Dampferzeugung bleibt ein Temperatursignal 62 des Temperatursensors 42 (das von dem Entscheidungsblock 66 überwacht wird) unterhalb einer empirisch ermittelten Dampf-Überlauftemperatur 64 (B1), auch wenn sie mit der Zeit und zunehmendem Erhitzen des Garraums 14 leicht ansteigt. Wie nachstehend erläutert, ist die Dampf-Überlauftemperatur 64 mit der Spitzenleistung des Prozessblocks 54 verknüpft.
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Wenn der Dampf 60 den Garraum 14 vollständig erfüllt, wird er in die Kondensatorkammer 30 gesaugt, so dass er mit dem Temperatursensor 42 in Kontakt kommt, und das Temperatursignal 62 steigt über die Dampf-Überlauftemperatur 64 von B1. Der Anstieg ist relativ steil, was zum Teil an der hohen spezifischen Hitze des Dampfes 60 liegt, und wird von dem Entscheidungsblock 66 erfasst. So lange das Temperatursignal 62 unter der Dampf-Überlauftemperatur 64 liegt, springt das Programm 50 von dem Entscheidungsblock 66 zurück zu dem Prozessblock 56. Wenn jedoch das Temperatursignal 62 über die Dampf-Überlauftemperatur 64 steigt, fährt das Programm mit einer Garstufe fort, die von Prozessblock 68 angezeigt wird.
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Wie in 6 dargestellt, wird in der Garstufe von Prozessblock 68 die Sollwerttemperatur des Ofens 10 von einer niedrigeren Temperatur (X1), die während der Dampfbildung verwendet wurde, auf eine erwünschte Gartemperatur (X2) zurückgesetzt, wie von Prozessblock 72 angezeigt, und ein Timer für die erwünschte Garzeit wird basierend auf entweder der direkten Benutzereingabe oder der indirekten Eingabe durch Angabe des Rezepts eingestellt. Der Timer wird periodisch kontrolliert, um zu überprüfen, ob der Zeitwert abgelaufen ist, wie von Entscheidungsblock 74 angezeigt. Wenn der Timer abgelaufen ist, rückt das Programm zu einem Beendungsblock 76 vor und beendet den Garprozess. Ist der Timer noch nicht abgelaufen, fährt das Programm 50 dagegen mit Entscheidungsblock 70 fort und die Temperatur des Garraums 14 wird mit der in Prozessblock 72 eingestellten Gartemperatur (X2) verglichen. Wenn die von dem Temperatursensor 45 bestimmte Temperatur des Garraums 14 über der Gartemperatur X2 liegt, werden die Heizelemente 20 eingeschaltet, wie in Prozessblock 80 angezeigt, um die erwünschte Spitzenleistung bereitzustellen. Wenn dagegen die Temperatur des Garraums 14 unter der Gartemperatur X2 liegt, werden die Heizelemente 20 abgeschaltet, wie in Prozessblock 82 angezeigt. Es kann eine Totzone von einigen wenigen Grad für die Temperaturzunahme implementiert werden, um ein zu schnelles Ein- und Abschalten des Heizelements 20 zu verhindern. Diese Totzone kann zum Beispiel zwei leicht versetzte Schwellenwerte aufweisen: einen höheren, der verwendet wird, wenn das Heizelement 20 eingeschaltet ist, um zu bestimmen, wann das Heizelement 20 abschalten soll, und einen niedrigeren, an dem das Heizelement 20 ausgeschaltet ist, um zu bestimmen, wann das Heizelement eingeschaltet werden soll. Die Temperatursteuerung ist somit durch das einfache Ein- und Abschalten des Heizelements 20 gegeben, dessen Spitzenleistung unabhängig von der Moduseinstellung des Prozessblocks 54 gesteuert wird.
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Wie speziell in 3 zu sehen, kann bei fortschreitender Garphase von Prozessblock 68 Dampf 60 verloren gehen oder von dem Nahrungsmittel absorbiert werden, wodurch das Risiko von unerwünschtem Verbrennen und Bräunen steigt. Dieser Verlust von Dampf 60 zieht Dampf 60 von dem Temperatursensor 42 ab, so dass das Temperatursignal 62 abfällt. Dieser Abfall der Temperatur wird von dem Entscheidungsblock 70 erfasst, der das Programm 50 dazu veranlasst, zu dem Dampfmodus von Prozessblock 56 zurückzukehren, so dass in einem Nachfüllmodus 69 mehr Dampf 60 erzeugt wird, wie schematisch in 3 dargestellt. Üblicherweise wird durch das Zurückkehren in den Dampfmodus von Prozessblock 56 die Garraumtemperatur nicht auf den gemäßigten Wert X1 zurückgesetzt, da der Dampf 60 schnell genug nachgefüllt werden kann, um eine signifikante Änderung in der Garumgebung bezüglich Austrocknen oder Bräunen zu verhindern.
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In 3 ist eine relativ scharfe Schichtung des Dampfes 60 dargestellt, die jedoch als vereinfachte Interpretation des Mechanismus für einen schnellen Temperaturanstieg bei Temperatursignal 62 anzusehen ist und auch teilweise eine relative durchschnittliche Änderung der Feuchtigkeit in dem Garraum 14 widerspiegeln kann, die in der Kondensatorkammer 30 gemessen wird, Transportverzögerungen des Dampfes in die Kondensatorkammer 30 und weitere Mechanismen. Die Erfindung wird dabei durch diese Interpretation des zugrunde liegenden Mechanismus nicht eingeschränkt.
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Wie in 3, 4 und 5 dargestellt, kann der Benutzer in einem alternativen Betriebsmodus an Entscheidungsblock 52 einen Turbo-Modus wählen, der das Programm 50 dazu veranlasst, mit Prozessblock 83 fortzufahren, an welchem die für die Heizelemente 20 verfügbare Spitzenleistung auf einen Leistungspegel erhöht wird, der höher als der in Prozessblock 54 ist. Der Mechanismus zum Erhöhen dieses Leistungspegels wird später beschrieben.
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Nach dem Einstellen des Spitzenleistungspegels fährt das Programm 50 mit der Dampferzeugungsstufe von Prozessblock 56' fort, der im Wesentlichen identisch mit dem ist, was bezüglich Prozessblock 56 beschrieben wurde – mit folgender Ausnahme. Wenn die Gartemperatur X2 über 100°C (212 Grad Fahrenheit) liegt und der Dampf von dem Kessel 21 erzeugt wird, wird der Spitzenleistungspegel nur für den Dampferzeugungsprozess auf das Standardniveau zurückgesetzt. Andernfalls wird, wenn der Dampf unter Verwendung der Düse 19 erzeugt wird, die höhere Einstellung der Spitzenleistung verwendet.
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Die Füllung des Garraums 14 mit Dampf 60 wird periodisch an Entscheidungsblock 66 bewertet, der das Temperatursignal 62' (in 4 abgebildet) des Temperatursensors 42 auswertet, um zu bestimmen, ob der Garraum 14 mit Dampf gefüllt ist. Während des Dampferzeugungsprozesses kann der Betrieb im Turbo-Modus mit der höheren Leistungsausgabe zu einem schnelleren Anstieg des Temperatursignals 62' führen, so dass die Dampf-Überlauftemperatur 64 überschritten wird, noch bevor der Garraum 14 mit Dampf 60 gefüllt ist. Folglich haben die Erfinder bestimmt, dass ein höherer Temperaturschwellenwert 84 (B2) an Entscheidungsblock 66' verwendet werden muss. Wie an 4 zu ersehen, würde ohne diese Änderung des Schwellenwerts die Garphase von Prozessblock 68 zu früh eintreten, bei Zeitpunkt 86, wodurch möglicherweise ein unerwünschtes Garen der Speisen eintreten könnte, die sich in der Nähe des Bodens des Garraums 14 befinden.
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Bei Abschluss des Dampfzyklus von Prozessblock 56' schaltet das Programm wieder in den Garzyklus von Prozessblock 68', der im Wesentlichen identisch mit Prozessblock 68 ist, und die Gartemperatur wird zum Garen erhöht. Wenn die Spitzenleistung während der Dampferzeugung von Prozessblock 56 zurückgesetzt wurde, wird sie nun wieder auf den erhöhten Pegel eingestellt. Der Turbo-Modus mit der höheren Spitzen-Heizleistung führt zu einem schnellen Anstieg des Temperatursignals 62' über das Niveau hinaus, das in dem Nicht-Turbo-Modus von Prozessblock 54 beobachtet wurde, und ist für ein schnelles Garen erwünscht.
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Wenn der Dampf während des Garens ausgeht, beginnt das Temperatursignal 62' zu fallen. Es wurde allerdings festgestellt, dass bei Verwendung des Temperaturschwellenwerts 84 die Erkennung des Ausgehens des Dampfes 60 fälschlicherweise verzögert wird. Entsprechend wird ein dritter Temperaturschwellenwert 90 über dem Temperaturschwellenwert 84 (gekennzeichnet mit B3) zur Verwendung an Entscheidungsblock 70 eingerichtet (der in etwa dem zuvor beschriebenen Entscheidungsblock 70 entspricht), um zu bestimmen, wann der Dampfmodus an Prozessblock 56 reinitialisiert werden soll. So kann die implizite Einstellung, welche die Erkennung von Dampf 60 durch einen Temperatursensor 42 in der Kammer 30 regelt, für den Nicht-Turbo-Modus dienen, aber auch den signifikanten Anstieg der Spitzenleistung im Turbo-Modus handhaben. Die Wahl der Temperaturschwellenwerte 84 und 90 wird von dem an Prozessbock 83 gewählten höheren Leistungspegel ausgelöst.
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Wie wiederum in 5 zu sehen, kann der Ofen 10 auch über einen Modus mit verringerter Leistung verfügen, der ebenfalls von der Steuerung geregelt wird, wie von Prozessblock 88 angezeigt. In diesem Modus mit verringerter Leistung werden die Heizelemente 20 auf einen reduzierten Spitzenleistungspegel beschränkt, der niedriger als die Leistungspegel an den Prozessblöcken 54 und 84 ist. In diesem Modus mit reduzierter Leistung wird Dampf erzeugt, wie in Prozessblock 56'' angezeigt, die Dampffüllung wird an Entscheidungsblock 66'' ermittelt, das Garen wird an Prozessblock 68'' gesteuert und das Nachfüllen von Dampf wird an Prozessblock 70'' gesteuert, jeweils in Entsprechung zu den ähnlich nummerierten Prozessblöcken, die für das Standardgaren verwendet werden, 56, 66, 68 und 70. In dieser Hinsicht dient der Temperaturschwellenwert 64 zur Erkennung von Dampf vor und nach der Garphase, ähnlich wie in Prozessblock 54.
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Im Betrieb wird von dem Benutzer ein Moduseingabebefehl eingegeben, wie beispielsweise über das Bedienfeld 22, um eine Betriebs-Spitzenleistung anzugeben. Die Betriebs-Spitzenleistung kann mit den Modi mit normaler Leistung 54, Turbo-Leistung 83 oder verringerter Leistung 88 korrelieren, wie oben beschrieben, und wird von den Prozessblöcken 54, 83 bzw. 88 angezeigt. Alternativ kann der Benutzer ein „Rezept” eingeben, das mit einem Zeitplan für Gartemperaturen und Garmodi verknüpft ist.
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Die Steuerung 37 empfängt den Moduseingabebefehl oder das „Rezept” von dem Benutzer, ordnet die Eingabe einer erwünschten Betriebs-Spitzenleistung zu und der Garraum 14 füllt sich weiter mit Dampf, z. B. durch die Düse 19 oder den Kessel 21, wie oben beschrieben und durch die Prozessblöcke 56, 56', 56'' angezeigt. Anschließend überwacht die Steuerung 37 ein Temperatursignal von dem Temperatursensor 42, das die Temperatur an einem unteren Ende des Garraums 14 anzeigt. Die Steuerung 37 führt das gespeicherte Programm 50 aus, um als Funktion (1) des Temperatursignals von dem Temperatursensor 42 und (2) des Moduseingabebefehls ein Dampferkennungssignal zu erzeugen, das die vollständige Füllung des Garraums 14 mit Dampf anzeigt. Ein vorgegebener Temperaturschwellenwert ist als Funktion des jeweiligen Moduseingabebefehls verknüpft. Das Temperatursignal von dem Temperatursensor 42 wird mit dem Temperaturschwellenwert verglichen. Ein Temperatursignal von dem Temperatursensor 42, das höher als der Temperaturschwellenwert ist, zeigt an, dass der Garraum mit ausreichend Dampf gefüllt ist und es wird ein Dampferkennungssignal erzeugt.
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Wenn der Leistungsmodus 83 durch den Moduseingabebefehl auf „Turbo” gesetzt wird, ist der Temperaturschwellenwert höher, während der Temperaturschwellenwert für den normalen 54 Leistungsmodus (oder den reduzierten 88 Leistungsmodus) niedriger ist, da der schnellere Temperaturanstieg im „Turbo-Modus” 83 zu einer ungenauen Dampferkennung führen kann und entsprechend angepasst werden muss.
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Das Dampferkennungssignal, das eine ausreichende Füllung des Garraums 14 mit Dampf anzeigt, ermöglicht es der Steuerung 37 mit dem Garprozess fortzufahren, wie an den Prozessblöcken 68, 68', 68'' gezeigt, und sendet ein Leistungssignal an die Heizelemente 20, um mit dem Garen zu beginnen. Die Steuerung 37 erhält periodisch ein Temperatursignal von dem Temperatursensor 45 in dem Garraum 14, das anzeigt, ob die Heizelemente 20 ein- oder abgeschaltet werden müssen, um die erwünschte Betriebs-Spitzenleistung zu erbringen, wie mit dem Programm 50 in 6 dargestellt.
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Wenn der Garprozess fortschreitet und Dampf in dem Garraum 14 verloren geht, zeigt der Temperatursensor 42 ein fallendes Temperatursignal an, so dass erneut Dampf erzeugt werden muss. Der Verlust von Dampf wird wiederum als Funktion (1) des Temperatursignals von dem Temperatursensor 42 und (2) des Moduseingabefehls angezeigt, wie von dem Programm 50 bereitgestellt, das von der Steuerung 37 ausgeführt wird. Wenn das Temperatursignal unter einen vorgegebenen Temperaturschwellenwert fällt, tritt das Programm erneut in die Dampferzeugungsphase ein.
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Der Temperaturschwellenwert kann derselbe oder ein anderer als der Temperaturschwellenwert sein, der in der Dampferzeugungsphase bereitgestellt wird. So kann zum Beispiel im „Turbo-Modus” der Temperaturschwellenwert (mit B3 gekennzeichnet) während der Garphase höher als der Temperaturschwellenwert (mit B2 gekennzeichnet) während der Dampferzeugungsphase sein, um die fehlerhafte Verzögerung des Dampfverbrauches zu korrigieren.
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Wenn angezeigt wird, dass der Dampf unter ein akzeptables Niveau gefallen ist, wird die Dampferzeugungsphase, angezeigt durch die Prozessblöcke 68, 68', 68'' wiederholt, bis (1) das Temperatursignal von dem Temperatursensor 42 und (2) der Moduseingabebefehl die Anwesenheit von ausreichend Dampf im Garraum anzeigen, wie von dem Programm 50 vorgesehen, das, wie zuvor oben beschrieben, von der Steuerung 37 ausgeführt wird. Wenn, wie in 7 dargestellt, das Heizelement 20 ein elektrisches Heizelement ist, kann die Fähigkeit, verschiedene Spitzen-Heizleistungen an den Prozessblöcken 54, 84 und 88 einzustellen, durch selektives Parallelschalten von entweder einem oder beiden von zwei schaltbaren Widerstandselementen 92 zu einem Basisheizelement 93 (bei dem es sich um ein parallel geschaltetes Paar Elemente handelt) implementiert werden, um den Garraum 14 zu heizen. Alle Widerstands-Heizelemente 92 und 93 können mithilfe eines elektrisch steuerbaren Schalters 94 hintereinander geschaltet werden, der durch die Programmabläufe der Prozessblöcke 80 und 82 geöffnet und geschlossen wird. Ein erster, mit nur einem der Widerstandselemente 92 in Reihe geschalteter Schalter 96 und ein zweiter, mit dem anderen der Widerstandselemente in Reihe geschalteter Schalter 97 können durch die Leistungseinstellungs-Prozessblöcke 54, 84 und 88 zum Schalten von einem niedrigen Leistungspegel an Prozessblock 88 durch Öffnen beider Schalter 96 und 97, auf einen Standard-Leistungspegel von Prozessblock 54 durch Schließen von Schalter 96 und Offenhalten von Schalter 97, und zum Schalten auf den Hochleistungspegel von Prozessblock 83 durch Schließen beider Schalter 97 und 96 und auf einen Hochleistungspegel von Prozessblock 83 durch Schließen von Schalter 96 gesteuert werden. Jeder dieser Schalter 94, 96 und 97 kann durch die Steuerung 37 direkt gesteuert werden.
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Wenn, wie in 8 dargestellt, das Heizelement 20 ein Gasheizelement ist, kann ein Vier-Stufen-Ventil 98 drei Nicht-Null-Stufen der Gasströmung zu einer Gasdüse 100 leiten, wobei eine niedrigste Gasströmung für die Leistungseinstellung von Prozessblock 88 dient und eine höchste Gasströmung für den Turbo-Modus an Prozessblock 83 verwendet wird. Das Ventil 98 kann das Gas auch vollständig abstellen, um die Temperaturregelung der Prozessblöcke 80 und 82 zu ermöglichen. Die Gasdüse 100 leitet die Gasströmung in eine Brennkammer 102, in der das Gas verbrannt wird. Das Abgas wird anschließend in das Abgasrohr 104 geleitet, welches das Abgas von dem Heizelement 20 wegleitet.
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Die hier verwendete bestimmte Terminologie dient nur zum Zweck der Bezugnahme und darf nicht als einschränkend ausgelegt werden. So beziehen sich beispielsweise Begriffe wie „oberer”, „unterer”, „oberhalb” und „unterhalb” auf die Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Begriffe wie „Front”, „Rückseite”, „hinten”, „Boden” und „Seite” beschreiben die Ausrichtung der Teile der Komponenten in einem konsistenten aber willkürlichen Bezugsrahmen, der durch die Bezugnahme des Textes auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich wird, welche die Komponenten beschreibend veranschaulichen. Die erwähnte Terminologie kann speziell die oben aufgeführten Worte beinhalten, Derivate davon und Worte mit ähnlicher Bedeutung. Entsprechend implizieren die Begriffe „erster”, „zweiter” und andere numerische Begriffe, die sich auf Strukturen beziehen, keine Sequenz oder Reihenfolge, sofern nicht ausdrücklich durch den Kontext so angezeigt.
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Bei der Einführung von Elementen oder Merkmalen der vorliegenden Offenlegung und der Ausführungsbeispiele sollen die Artikel „einer/eine/ein”, „der/die/das” und „dieser/diese/dieses” anzeigen, dass es eines oder mehrere solcher Elemente oder Merkmale gibt. Die Begriffe „umfassen”, „beinhalten” und „aufweisen” sind einschließend gemeint und bedeuten, dass es zusätzliche Elemente oder Merkmale zu den speziell Angeführten geben kann. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Abläufe in ihrer Durchführung nicht unbedingt zwingend in der bestimmten erläuterten oder illustrierten Reihenfolge erfolgen müssen, sofern nicht explizit als Reihenfolge der Durchführung identifiziert. Darüber hinaus versteht sich, dass zusätzliche oder alternative Schritte implementiert werden können.
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Die Begriffe „Schalttafel” und „Prozessor” können auch einen oder mehrere Mikroprozessoren einschließen, die eigenständig und/oder in einer verteilten Umgebung kommunizieren können und dabei so konfiguriert sein können, dass sie via kabelgebundene oder drahtlose Kommunikation mit anderen Prozessoren kommunizieren, wobei ein solch anderer bzw. andere Prozessoren zum Betrieb an einem oder mehreren prozessorgesteuerten Geräten konfiguriert sein können, bei welchen es sich um ähnliche oder verschiedene Geräte handeln kann. Des Weiteren kann der erwähnte Speicher, sofern nicht anders angegeben, ein oder mehrere für Prozessoren lesbare und zugängliche Speicherelemente und/oder Komponenten beinhalten, die intern oder extern mit dem prozessorgesteuerten Gerät verbunden sein können und auf die über ein kabelgebundenes oder drahtloses Netzwerk zugegriffen werden kann Insbesondere sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die hier enthaltenen Ausführungsbeispiele und Illustrationen beschränkt ist und dass der Geltungsbereich der folgenden Ansprüche auch modifizierte Formen dieser Ausführungsbeispiele einschließt, darunter Teile der Ausführungsbeispiele und Kombinationen von Elementen verschiedener Ausführungsbeispiele. Alle hier erwähnten Veröffentlichungen einschließlich Patentschriften und Nichtpatentliteratur sind hierin vollumfänglich durch Bezugnahme einbezogen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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