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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen von Garpfaden für ein Gargerät mit zumindest einer ersten Energiequelle und einer zweiten Energiequelle. Ferner betrifft die Erfindung ein Gargerät.
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In Profi- bzw. Großküchen kommen Gargeräte zum Einsatz, die ein in einem Garraum des Gargeräts befindliches Gargut in unterschiedlicher Weise garen können. Neben den klassischen Verfahren, die mittels Heißluft und/oder Dampf (Konvektion) das Gargut garen, werden bei modernen Gargeräten häufig auch Mikrowellenquellen eingesetzt, die mittels elektromagnetischer Strahlung Energie in das Gargut einbringen, wodurch sich dieses erwärmt. Als Mikrowellenquellen für die elektromagnetische Strahlung (Mikrowellen) können Magnetrons sowie Halbleiterbauteile zum Einsatz kommen.
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Generell ist es wünschenswert, Rezepte mit bekannten und/oder optimierten Garpfaden schnell und einfach zwischen Gargeräten unterschiedlichen Typs übertragen zu können.
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In der Praxis gestaltet sich diese Übertragung jedoch häufig schwierig. Wird beispielsweise eine neues bzw. modernes Gargerät mit Mikrowellenfunktion angeschafft, so lassen sich die Garpfade älterer Gargeräte ohne Mikrowellenfunktion zumeist nicht einfach auf dieses neue bzw. moderne Gargerät übertragen.
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Insbesondere dann, wenn die Vorteile des neuen Gargeräts, beispielsweise eine Garzeitverkürzung, durch den Einsatz der Mikrowellenquelle genutzt werden sollen, sind typischerweise aufwendige Testreihen zur Garpfadanpassung notwendig.
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Die bisher bekannten Garverfahren und Gargeräte bieten keine oder nur sehr eingeschränkte Optionen, den Nutzer bei dieser Anpassung und Übertragung von Garpfaden zu unterstützen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit bereitzustellen, Garpfade für Gargeräte mit einer Mikrowellenquelle anzupassen und dadurch den Nutzeraufwand zu reduzieren. Gleichzeitig soll bei der Anpassung eine gewünschte Garzeitverkürzung umgesetzt werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Anpassen von Garpfaden für ein Gargerät mit zumindest einer ersten Energiequelle und einer zweiten Energiequelle, die als Mikrowellenquelle ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- - Auswählen eines definierten Garpfads für ein Gargut, wobei der definierte Garpfad einen initialen Leistungsverlauf der ersten Energiequelle über einer Garzeit sowie eine Gesamtenergie umfasst, die in das Gargut einzubringen ist;
- - Einstellen einer gewünschten Garzeitverkürzung;
- - Bestimmen einer Defizitenergiemenge anhand des initialen Leistungsverlaufs des definierten Garpfads und der gewünschten Garzeitverkürzung;
- - Bestimmen eines angepassten Garpfads für das Gargut anhand der Defizitenergiemenge, wobei der angepasste Garpfad einen ersten Leistungsverlauf der ersten Energiequelle über eine verkürzte Garzeit umfasst, wobei der erste Leistungsverlauf der ersten Energiequelle bis zum Ende der verkürzten Garzeit dem initialen Leistungsverlauf der ersten Energiequelle entspricht oder wobei der erste Leistungsverlauf der ersten Energiequelle bis zum Ende der verkürzten Garzeit gegenüber dem initialen Leistungsverlauf so erhöht wird, dass er zumindest einen Teil der Defizitenergiemenge ausgleicht, wobei der angepasste Garpfad einen zweiten Leistungsverlauf der zweiten Energiequelle umfasst, und wobei der erste Leistungsverlauf der ersten Energiequelle und der zweite Leistungsverlauf der zweiten Energiequelle derart ausgebildet sind, dass die erste Energiequelle und die zweite Energiequelle über die verkürzte Garzeit gemeinsam eine Energie bereitstellen, die der Gesamtenergie entspricht.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist es, die Energiemenge, welche wegen der gewünschten Garzeitverkürzung nicht mehr durch die erste Energiequelle bereitgestellt werden kann (Defizitenergiemenge), mittels der zweiten Energiequelle (Mikrowellenquelle) einzubringen. Der Leistungsverlauf der ersten Energiequelle soll dabei bis zum Ende der verkürzten Garzeit dem initialen Leistungsverlauf des Ausgangsgarpfads entsprechen. Eine Leistungserhöhung der ersten Energiequelle zur Garzeitverkürzung wird bewusst vermieden, da dies zu Qualitätseinbußen des Garergebnisses, im Extremfall sogar zu Verbrennungen an der Oberfläche des Garguts, führen kann.
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Dadurch, dass die Defizitenergiemenge mittels Mikrowellen eingebracht wird, welche typischerweise eine hohe Eindringtiefe von bis zu mehreren Zentimetern in das Gargut aufweisen, wird ein zu hoher lokaler Energieeintrag an der Gargutoberfläche vermieden.
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Trotz unterschiedlicher Garzeiten sind die Gesamtenergiemengen, die während eines Garvorgangs in das Gargut eingebracht werden, beim angepassten Garpfad und beim initialen Garpfad gleich. Dadurch wird sichergestellt, dass gleiche oder zumindest annähernd gleiche Garergebnisse erzielt werden.
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Insbesondere werden die beiden Energiequellen im angepassten Garpfad zumindest zweitweise parallel betrieben, vorzugsweise über die gesamte verkürzte Garzeit. Insofern können der erste Leistungsverlauf und der zweite Leistungsverlauf den gleichen Zeitraum abdecken, nämlich den der verkürzten Garzeit.
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Insbesondere wird der erste Leistungsverlauf der ersten Energiequelle bis zum Ende der verkürzten Garzeit gegenüber dem initialen Leistungsverlauf so erhöht, dass er lediglich einen Teil der Defizitenergiemenge ausgleicht, also nicht die gesamte Defizitenergiemenge.
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Es kann also grundsätzlich vorgesehen sein, dass die Garzeit verkürzt wird und eine dadurch entstehende Defizitenergiemenge durch die zweite Energiequelle (zumindest teilweise) ausgeglichen wird. Wird die Defizitenergiemenge allerdings ausschließlich durch eine zweite Energiequelle wie eine Mikrowelle ausgeglichen, kann es - abhängig vom Gargut(-typ) und/oder beim Garverfahren verwendete Garmethoden - sein, dass am Ende des Garverlaufs nicht die gleiche Bräunung erzielt wird. Daher kann es unter Umständen vorteilhaft sein, wenn die zweite Energiequelle die Defizitenergiemenge nur teilweise, aber nicht vollständig ausgleicht.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der initiale Leistungsverlauf anhand von einer Garraumtemperatur und/oder einer, insbesondere simulierten, Oberflächentemperatur eines Garguts bestimmt worden ist. Aus der Garraumtemperatur bzw. Oberflächentemperatur kann eine tatsächlich in das Gargut eingebrachte Energie bestimmt oder zumindest abgeschätzt werden. Alternativ kann auch auf die Leistungen der Energiequellen bzw. auf die den Energiequellen zugeführte elektrische Energie abgestellt werden. Dies ist zwar technisch einfacher, kann aber zu einer verminderten Qualität des Garergebnisses führen. Wird die Garraumtemperatur und/oder Oberflächentemperatur dagegen bereits im initialen Leistungsverlauf berücksichtigt, so kann auch der mittels des Verfahrens angepasste Garpfad qualitativ hochwertigere Garergebnisse liefern.
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Der angepasste Garpfad kann insbesondere so bestimmt werden, dass ein Integral des zweiten Leistungsverlaufs über der verkürzten Garzeit der Defizitenergiemenge entspricht. Das Integral des zweiten Leistungsverlaufs entspricht der Energiemenge, die die zweite Energiequelle abgibt. Insofern ist sichergestellt, dass die aufgrund der verkürzten Garzeit vorliegende Defizitenergiemenge von der zweiten Energiequelle kompensiert wird, sodass die Gesamtenergie erreicht wird. Dies ist technisch besonders einfach und ohne großen Rechenaufwand umsetzbar. Auf aufwendige Simulationen kann verzichtet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante umfasst das Verfahren außerdem folgende Schritte:
- - Vorgeben von Parametern des Garguts und/oder eines gewünschten Garergebnisses;
- - Bestimmen einer maximal möglichen Garzeitverkürzung anhand der vorgegebenen Parameter des Garguts und/oder des gewünschten Garergebnisses.
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Durch die zusätzlichen Schritte wird sichergestellt, dass es beim Garvorgang zu keiner zu großen Garzeitverkürzung kommt, welche zu einer ungleichmäßigen Erwärmung des Garguts und/oder verminderten Qualität des Garergebnisses führen könnte. Mit anderen Worten wird so sichergestellt, dass ein prozessierbarer Garpfad vorliegt, also ein Garpfad, bei dem sichergestellt ist, dass das gewünschte Garergebnis auch erreicht wird.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, die gewünschte Garzeitverkürzung durch eine Nutzereingabe und/oder Auswahl zu ermöglichen, wobei einem Nutzer die maximale Garzeitverkürzung zur Auswahl angeboten wird. So kann der Nutzer technisch einfach die Garzeit vorgeben, die der Garpfad nach der Anpassung haben soll, ohne selbst durch aufwendige Experimente Maximalwerte für die Garzeitverkürzung und/oder Minimalwerte für die Garzeit des angepassten Garpfads bestimmen zu müssen.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass ein Verhältnis des ersten Leistungsverlaufs und des zweiten Leistungsverlaufs zumindest abschnittsweise konstant ist.
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Insbesondere kann dies dann vorgesehen sein, wenn die Beladungsmenge beim angepassten Garpfad der Beladungsmenge beim definierten Garpfad entspricht.
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Mit anderen Worten kann das Verhältnis des ersten und des zweiten Leistungsverlaufs über zumindest einen insbesondere zeitlichen Abschnitt konstant sein. Dadurch wird die Defizitenergiemenge gleichmäßig über den bzw. die zeitliche(n) Abschnitt(e) verteilt. So wird sichergestellt, dass es zu keinem Zeitpunkt während des Garprozesses zu einem zu hohen Energieeintrag in das Gargut kommt, der beispielsweise zu Verbrennungen oder Austrocknungen führen könnte.
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Außerdem kann in dieser Variante des Verfahrens der zweite Leistungsverlauf zumindest abschnittsweise technisch einfach aus dem ersten Leistungsverlauf ermittelt werden, beispielsweise durch Multiplikation mit einem konstanten Wert, also einem Anteilsfaktor, der sich aus der zuvor bestimmten Defizitenergiemenge ergibt, insbesondere aus der Defizitenergiemenge und der Gesamtenergie.
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Ferner kann der angepasste Garpfad so bestimmt werden, dass der zweite Leistungsverlauf zumindest abschnittsweise eine maximal durch die Mikrowellenquelle bereitstellbare Leistung aufweist. Dies kann insbesondere dann vorgesehen sein, wenn die Beladungsmenge beim angepassten Garpfad größer als die Beladungsmenge beim definierten Garpfad ist und/oder einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Generell steigt bei höherer Beladung des Garraums, beispielsweise mit besonders großen oder einer Mehrzahl an Gargütern, auch der Wirkungsgrad der Mikrowellenquelle an. Die Leistung, welche durch die Mikrowellen am einzelnen Garstück bzw. Gargut je Masse oder Volumen eingebracht wird, sinkt jedoch aufgrund der größeren Konkurrenzsituation.
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Ergibt sich beim Bestimmen des zweiten Leistungsverlaufs, beispielsweise durch Herunterskalieren des ersten Leistungsverlaufs, dass die in das Gargut je Masse oder Volumen einzubringende Mikrowellenleistung die maximale durch die Mikrowellenquelle bereitstellbare Leistung in einem Abschnitt überschreiten würde, so kann der zweite Leistungsverlauf so angepasst werden, dass die Mikrowellenquelle in diesem Abschnitt mit maximaler Leistung betrieben wird.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der herunterskalierte erste Leistungsverlauf dabei vorgibt, wie hoch die in das Gargut je Masse oder Volumen einzubringende Mikrowellenleistung zu einem bestimmten Zeitpunkt maximal sein darf. Mit anderen Worten soll der zweite Leistungsverlauf den herunterskalierten ersten Leistungsverlauf zu keinem Zeitpunkt übersteigen, um sicherzustellen, dass nicht zu viel Energie in zu kurzer Zeit in das Gargut eingebracht wird.
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Um dies technisch einfach umzusetzen, kann vorgesehen sein, dass das Verfahren folgende zusätzliche Schritte aufweist:
- - Bestimmen einer Defizitmikrowellenenergiemenge anhand eines Vergleichs des ersten Leistungsverlaufs und des zweiten Leistungsverlaufs bzw. des herunterskalierten ersten Leistungsverlaufs in einem ersten Zeitabschnitt, in welchem die Mikrowellenquelle die maximale Leistung bereitstellt; und
- - Verlängern zumindest des zweiten Leistungsverlaufs um eine zusätzliche Zeit, sodass dessen Integral über die zusätzliche Zeit zumindest einem Anteil der Defizitmikrowellenenergiemenge entspricht.
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Es ist auch denkbar, dass neben dem zweiten Leistungsverlauf auch der vom angepassten Garpfad umfasste erste Leistungsverlauf um eine zusätzliche Zeit verlängert wird. Bevorzugt werden der erste Leistungsverlauf und der zweite Leistungsverlauf um dieselbe zusätzliche Zeit verlängert, sodass die erste und die zweite Energiequelle beide bis zum Ende des Garprozesses aktiv sind.
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In diesem Fall entspricht die Summe der Integrale des ersten und des zweiten Leistungsverlaufs über der zusätzlichen Zeit der Defizitmikrowellenenergiemenge.
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Durch den Zeitaufschlag kann also erreicht werden, dass trotz zeitweisem Maximalbetrieb der Mikrowellenquelle beim Garen mit dem angepassten Garpfad die notwendige Gesamtenergie in das Gargut eingebracht wird.
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Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn eine Anpassung des zweiten Leistungsverlaufs ansonsten zur Folge hätte, dass maximale durch die Mikrowellenquelle bereitstellbare Leistung und ein Verhältnisgrenzwert für das Verhältnis der Leistungen des zweiten Leistungsverlaufs zum ersten Leistungsverlauf überschritten werden würde.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Verfahren darüber hinaus den folgenden weiteren Schritt umfasst:
- - Bestimmen eines Betriebsleistungsverlaufs der Mikrowellenquelle anhand des zweiten Leistungsverlaufs und vorgegebenen Gargutparametern, insbesondere einem Mikrowellenabsorptionsparameter des Garguts, und/oder einem Wirkungsgrad der Mikrowellenquelle.
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Dies ermöglicht eine präzise Ansteuerung und Kontrolle der Mikrowellenquelle während des Garvorgangs, was sich positiv auf die Qualität des Garergebnisses auswirkt.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Gargerät mit einem Garraum, zumindest einer ersten Energiequelle, einer zweiten Energiequelle, die als Mikrowellenquelle ausgebildet ist, und einer Steuer- und/oder Regeleinheit, welche dazu ausgebildet und eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Die Vorteile und Eigenschaften, die zum Verfahren erläutert wurden, gelten selbstverständlich auch für das erfindungsgemäße Gargerät in entsprechender Weise.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gargeräts, das im gezeigten Beispiel mit einem Gargut beladen ist;
- - 2 ein Diagramm, in dem ein initialer Leistungsverlauf, ein erster Leistungsverlauf einer ersten Energiequelle und ein zweiter Leistungsverlauf einer zweiten Energiequelle des Gargeräts aus 1 über einer Garzeit aufgetragen sind; und
- - 3 ein weiteres Diagramm, in dem ein initialer Leistungsverlauf, ein erster Leistungsverlauf einer ersten Energiequelle und ein zweiter Leistungsverlauf einer zweiten Energiequelle des Gargeräts aus 1 über einer Garzeit aufgetragen sind, wobei der zweite Leistungsverlauf in einem Abschnitt eine maximal durch die Mikrowellenquelle bereitstellbare Leistung aufweist.
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In 1 ist ein Gargerät 10 zum Garen eines Garguts 12 gezeigt.
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Das Gargerät 10 weist einen Garraum 14, eine Konvektionsheizquelle, die als erste Energiequelle 16 fungiert, und eine Mikrowellenquelle auf, die als zweite Energiequelle 18 fungiert. Alternativ oder zusätzlich kann das Gargerät 10 über weitere Energiequellen verfügen, beispielsweise zumindest eine Infrarotheizquelle 20.
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Die Mikrowellenquelle 18 umfasst im Ausführungsbeispiel zumindest einen Halbleiter-Mikrowellengenerator („Solid State Microwave Generator“ (SSMG), welcher Mikrowellen erzeugen kann, also elektromagnetische Strahlung. Die Mikrowellen können dabei eine Frequenz aufweisen, bei der sie bis in eine Tiefe von über 1 cm, vorzugsweise 2 bis 3 cm in das Gargut 12 eindringen können. Die Mikrowellenquelle 18 weist also eine entsprechende Eindringtiefe 22 auf, die über 1 cm ist, vorzugsweise 2 bis 3 cm. Beispielsweise beträgt die Frequenz zwischen 2,1 GHz und 2,8 GHz, insbesondere ca. 2,4 GHz bzw. 2,45 GHz. Durch die hohe Eindringtiefe 22 kann mittels der Mikrowellen ein Gargutkern 24 und/oder ein Bereich nahe des Gargutkerns 24 erwärmt werden.
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Selbstverständlich kann die Mikrowellenquelle 18 weitere Komponenten umfassen, beispielsweise einen Richtkoppler, einen Modulator, einen Verstärker, einen Demodulator und/oder einen Regler (nicht gezeigt).
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Alternativ zum Halbleiter-Mikrowellengenerator kann auch ein Magnetron vorgesehen sein, das die Mikrowellen erzeugt.
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Die Konvektionsheizquelle 16 ist dagegen dazu ausgebildet, eine Atmosphäre im Garraum 14 zumindest zu beeinflussen oder auszubilden. Dies ist möglich, da die Konvektionsheizquelle 16 die Luft im Garraum 14 erwärmt. Zusätzlich kann noch ein Lüfter und/oder Dampfgenerator vorgesehen sein, wodurch die Luft im Garraum 14 umgewälzt und/oder deren Feuchtigkeit eingestellt werden kann, wodurch die Garatmosphäre eingestellt wird. In einem einfachen Ausführungsbeispiel kann die Konvektionsheizquelle 16 die Luft im Garraum 14 lediglich heizen, um die Garatmosphäre einzustellen. Da das Gargut 12 mit seiner Oberfläche der Atmosphäre ausgesetzt ist, kann mittels der Konvektionsheizquelle 16 insbesondere die Gargutoberfläche und/oder Kruste des Garguts 12 erwärmt werden.
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Mittels der optional vorhandenen Infrarotheizquelle 20 können insbesondere oberflächennahe Bereiche des Garguts 12 bis in wenige Millimeter Eindringtiefe 22 erwärmt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Infrarotheizquellen 20 vorgesehen, die gegenüberliegenden Seiten des Garraums 14 zugeordnet sind, nämlich einem Boden und einer Decke des Garraums 14, um das eingebrachte Gargut 12 von seiner Unterseite und seiner Oberseite zu erwärmen.
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Grundsätzlich hat die Infrarotheizquelle 20 eine geringere Eindringtiefe 22 als die Mikrowellenquelle 18, aber eine größere Eindringtiefe 22 als die Konvektionsheizquelle 16.
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Selbstverständlich können die Konvektionsheizquelle 16 und die optionale Infrarotheizquelle 20 ebenfalls dazu genutzt werden, den Gargutkern 24 zu erwärmen. Allerdings setzt dies im Vergleich zum Einsatz der Mikrowellen eine längere Zeitdauer voraus, da die Wärmeenergie zunächst weiter außen am Gargut 12 eingebracht wird und sich erst aufgrund von Wärmeleitung in Richtung des Gargutkerns 24 ausbreiten muss.
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Weiterhin weist das Gargerät 10 im Ausführungsbeispiel eine Steuer- und/oder Regeleinheit 26, eine Prozessoreinheit (nicht gezeigt) einen Speicher 28 und eine Ein- und Ausgabevorrichtung 30, insbesondere einen (berührungsempfindlichen) Bildschirm, auf.
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Die Prozessoreinheit kann Teil der Steuer- und/oder Regeleinheit 26 sein.
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In dem Speicher 28 können im Ausführungsbeispiel definierte Garpfade gespeichert werden oder bereits abgelegt sein.
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Unter definierten Garpfaden werden in diesem Zusammenhang insbesondere vorgegebene Verläufe von Garparametern, beispielsweise Leistungsverläufe von Energiequellen, Garzeiten, Temperaturverläufe des Garraums 14 oder Garguts 12 oder ähnliche für den Garvorgang relevante Parameter verstanden. Die definierten Garpfade können beispielsweise experimentell und/oder anhand von Simulationen erstellt sein. Insbesondere ist denkbar, dass es sich bei den definierten Garpfaden um individuelle, von Nutzern erstellte Garpfade handelt, die bereits in anderen Gargeräten erprobt und optimiert wurden.
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In dem Speicher 28 ist außerdem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln abgelegt. Wenn das Computerprogramm durch die Prozessoreinheit des Gargeräts 10 ausgeführt wird, veranlasst es die Steuer- und/oder Regeleinheit 26 dazu, ein Verfahren zum Anpassen von Garpfaden durchzuführen, mit dem Ziel, die definierten Garpfade so anzupassen, dass sie zum Garen mittels des Gargerätes 10 genutzt werden können. Dieses Verfahren wird nachfolgend näher beschrieben.
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In einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein definierter Garpfad für ein Gargut 12 ausgewählt. Der definierte Garpfad umfasst dabei zumindest einen initialen Leistungsverlauf 32 einer ersten Energiequelle 16 (Konvektionsheizquelle) über einer Garzeit sowie eine Gesamtenergie, die in das Gargut 12 einzubringen ist.
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2 zeigt ein Diagramm mit einer grafischen Auftragung des initialen Leistungsverlaufs 32 über der Garzeit.
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Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem initialen Leistungsverlauf 32 um einen zeitlichen Verlauf einer mittels einer Konvektionsheizquelle 16 erzeugten und in das Gargut 12 eingetragenen Leistung. Dieser kann beispielsweise anhand einer Garraumtemperatur und/oder simulierten Oberflächentemperatur eines Garguts 12 bestimmt sein.
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In 2 erstreckt sich der initiale Leistungsverlauf 32 vom linken Rand des Diagramms bis zum Zeitpunkt ti, an dem der Garvorgang gemäß des definierten Garpfads abgeschlossen ist.
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Die unter dem initialen Leistungsverlauf 32 gezeigte Fläche entspricht der bzw. definiert die Gesamtenergie, die gemäß des definierten Garpfads während des Garvorgans in das Gargut 12 einzubringen ist.
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In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird eine gewünschte Garzeitverkürzung 34 eingestellt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein Nutzer die gewünschten Garzeitverkürzung 34 oder eine Zielgarzeit mittels der Ein- und Ausgabevorrichtung 30 vorgibt.
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Es ist denkbar, dass einem Nutzer hierzu eine minimale Garzeit bzw. maximale Garzeitverkürzung 34 als Vorgabeauswahl angeboten und/oder angezeigt wird. Bei der minimalen Garzeit kann es sich insbesondere um eine Zeit handeln, bei deren Unterschreiten es zu Qualitätseinbußen des Garergebnisses kommt. Insbesondere kann die minimale Garzeit vom Garguttyp, dem Gargutkaliber sowie der Wärmeleitfähigkeit des Garguts 12 abhängen.
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Um diese Faktoren zu berücksichtigen, kann das Verfahren über weitere Zwischenschritte verfügen, in welchen Vorgaben von Parametern des Garguts 12 und/oder eines gewünschten Garergebnisses gemacht werden. Bei den Vorgaben kann es sich ebenfalls um Nutzereingaben handeln. Alternativ oder zusätzlich können sensorisch erfasste Werte als Vorgabewerte dienen, beispielsweise solche, die durch Auswertung von Mikrowellen mittels der Halbleiter-Mikrowellenquelle 18 in einem Sensorbetrieb, insbesondere durch Auswertung vorwärtslaufender und rückwärtslaufender Wellen, bestimmt sind.
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Sollte die gewünschte Garzeit unterhalb einer technisch möglichen Garzeit liegen, also unterhalb der minimalen Garzeit, die das gewünschte Garergebnis garantiert, so wird eine Warnmeldung ausgegeben und/oder die Eingabe wird nicht angenommen. Hierdurch erhält ein Nutzer direkte Rückmeldung, dass die gewünschte Garzeit unterhalb der technisch möglichen Garzeit liegt, also unterhalb der minimalen Garzeit. Entweder wählt der Nutzer daraufhin einen anderen Garpfad aus, der beispielsweise einen anderen Gargrad und/oder eine andere Menge umfasst, oder der Nutzer erhöht die gewünschte Garzeit, insbesondere zumindest auf die minimale Garzeit.
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Wenn die minimale Garzeit angegeben wird, bekommt der Nutzer zudem direkt eine Richtzeit als Information.
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In einem dritten Verfahrensschritt bestimmt die Prozessoreinheit eine Defizitenergiemenge QD anhand des initialen Leistungsverlaufs 32 des definierten Garpfads und der gewünschten Garzeitverkürzung 34.
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Die Defizitmengenenergie QD kann beispielsweise durch Integration des initialen Leistungsverlaufs 32 über das Zeitintervall erfolgen, um welches die Garzeit verkürzt werden soll.
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In einem vierten Verfahrensschritt bestimmt die Prozessoreinheit einen angepassten Garpfad für das Gargut 12 anhand der Defizitenergiemenge QD. Der angepasste Garpfad weist dabei einen ersten Leistungsverlauf 36 der ersten Energiequelle 16 (vorliegend der Konvektionsheizquelle) über einer verkürzte bzw. angepassten Garzeit auf, die in 2 zum Zeitpunkt ta endet.
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Im Ausführungsbeispiel entspricht der erste Leistungsverlauf 36 bis zum Ende der verkürzten Garzeit dem initialen Leistungsverlauf 32.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der erste Leistungsverlauf 36 der ersten Energiequelle 16 bis zum Ende der verkürzten Garzeit gegenüber dem initialen Leistungsverlauf 32 erhöht ist (nicht gezeigt). Insbesondere wenn die zweite Energiequelle 18 eine Mikrowellenquelle ist und die Defizitenergiemenge QD ausschließlich durch diese ausgeglichen werden soll, kann es sein, dass am Ende des Garvorgangs nicht die gleiche Bräunung wie mit dem initialen Leistungsverlauf 32 erzielt wird. Um dies zu vermeiden, kann ein Teil der Defizitenergiemenge QD durch eine Erhöhung des ersten Leistungsverlaufs 36 der ersten Energiequelle 16 kompensiert werden. Der übrige Teil der Defizitenergiemenge QD kann mittels der zweiten Energiequelle 18 bereitgestellt werden.
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In dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine solche Aufteilung jedoch nicht notwendig, da auch bei einer ausschließlichen Kompensation der Defizitenergiemenge QD mittels der zweite Energiequelle 18 (Mikrowellenquelle) eine ausreichende Bräunung erzielt wird.
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Die in 2 unter dem ersten Leistungsverlauf 36 gezeigte Fläche entspricht der bzw. definiert die Energie Q1, die während des verkürzten Garvorgans mittels der ersten Energiequelle 16 in das Gargut 12 einzubringen ist.
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Ferner umfasst der angepasste Garpfad einen zweiten Leistungsverlauf 38 der zweiten Energiequelle 18 (Mikrowellenquelle). Der zweite Leistungsverlauf 38 wird im Verfahren so bestimmt, dass die durch die zweite Energiequelle 18 eingebrachte Energie Q2, die sich im Ausführungsbeispiel aus einem Integral des zweiten Leistungsverlaufs 38 über der verkürzten Garzeit ergibt, der Defizitenergiemenge QD entspricht.
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Der erste und der zweite Leistungsverlauf 36, 38 werden also so bestimmt, dass durch die Garzeitverkürzung 34 mittels der ersten Energiequelle 16 nicht mehr in das Gargut 12 einbringbare Energie innerhalb der verkürzten Garzeit durch einen Energieeintrag mittels der zweiten Energiequelle 18 ausgeglichen wird.
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Mit anderen Worten sind der erste Leistungsverlauf 36 der ersten Energiequelle 16 und der zweite Leistungsverlauf 38 der zweiten Energiequelle 18 derart ausgebildet, dass die erste Energiequelle 16 und die zweite Energiequelle 18 über die verkürzte Garzeit gemeinsam eine Energie bereitstellen, die der Gesamtenergie entspricht.
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So wird sichergestellt, dass trotz verkürzter Garzeit die gesamte zum Garen notwendige Energie in das Gargut 12 eingebracht und das gewünschte Garergebnis erreicht wird.
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Dadurch, dass die erste und die zweite Energiequelle 16, 18 unterschiedliche Eindringtiefen 22 in das Gargut 12 aufweisen, wird die Gesamtenergie bei Garvorgängen mit dem angepassten Garpfad außerdem an unterschiedlichen Positionen, insbesondere in unterschiedlichen Abständen zum Gargutkern 24, in das Gargut 12 eingebracht. So kann mittels des angepassten Garpfads eine homogene Erwärmung des Garguts 12 in kürzester Zeit realisiert werden.
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Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der zweite Leistungsverlauf 38 außerdem so bestimmt, dass ein Verhältnis des ersten Leistungsverlaufs 36 und des zweiten Leistungsverlaufs 38 über die gesamte verkürzte Garzeit konstant ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der zweite Leistungsverlauf 38 aus dem ersten Leistungsverlauf 36 durch Multiplikation mit einer Konstanten errechnet wird.
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Durch die Korrelation des ersten und zweiten Leistungsverlaufs 36, 38 wird unter anderem sichergestellt, dass mittels der zweiten Energiequelle 18 keine zu hohe Energiemenge in zu kurzer Zeit in das Gargut 12 eingebracht wird, welche beispielsweise zu bereichsweiser Übergarung und/oder Verbrennungen bzw. Austrocknungen am Gargut 12 führen könnte.
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Nachdem der zweite Leistungsverlauf 38 bestimmt ist, wird in einem finalen Schritt des Verfahrens ein Betriebsleistungsverlauf der Mikrowellenquelle 18 anhand des zweiten Leistungsverlaufs 38 und vorgegebenen Gargutparametern, sowie einem Wirkungsgrad der Mikrowellenquelle 18 bestimmt.
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Die Parameter des Garguts 12 können dabei, wie bereits beschrieben, durch einen Nutzer vorgegeben oder sensorisch erfasst sein. Bei dem Wirkungsgrad der Mikrowellenquelle kann es sich insbesondere um einen experimentell bestimmten oder aus dem Speicher 28 abgerufenen Wert handeln.
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Der Betriebsleistungsverlauf ermöglicht eine präzise Ansteuerung der Mikrowellenquelle, wodurch eine hohe Prozesskontrolle erzielt wird.
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Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Anpassen von Garpfaden beschrieben. Dieses entspricht in mehreren wesentlichen Aspekten dem zuvor beschriebenen und in 2 veranschaulichtem Beispiel. Es wird daher lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
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Auch im zweiten Ausführungsbeispiel soll der zweite Leistungsverlauf 38 aus dem ersten Leistungsverlauf 36 bzw. dem initialen Leistungsverlauf 32 errechnet werden, beispielsweise durch Multiplikation mit einer Konstante.
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Vorliegend ist die Beladungsmenge des Garraums 14 jedoch so groß gewählt, dass die Leistung, welche durch die zweite Energiequelle 18 (Mikrowellenquelle) bereitstellbar ist, zu Garbeginn nicht ausreicht, um die vorgesehene Leistung tatsächlich in das Gargut 12 einzubringen.
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Daher wird der Garpfad so angepasst, dass der zweite Leistungsverlauf 38 zu Garbeginn die maximal durch die Mikrowellenquelle bereitstellbare Leistung aufweist. Dies ist in 3 grafisch veranschaulicht.
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3 zeigt ein Diagramm, in dem ein initialer Leistungsverlauf 32, ein erster Leistungsverlauf 36 der ersten Energiequelle 16 und ein zweiter Leistungsverlauf 38 der zweiten Energiequelle 18 des Gargeräts 10 aus 1 über einer Garzeit aufgetragen sind.
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Der aus der Korrelation mit dem ersten Leistungsverlauf 36 (Multiplikation mit Konstante) hervorgehende ursprünglich vorgesehene zweite Leistungsverlauf 40 der zweiten Energiequelle 18 ist in 3 gestrichelt dargestellt.
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Der angepasste zweite Leistungsverlauf 38 beschreibt in 3 in einem ersten Zeitabschnitt 42, in dem die Mikrowellenquelle die maximale Leistung bereitstellt, eine unter dem ursprünglich vorgesehenen Leistungsverlauf 40 angeordnete horizontale Gerade.
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Da der ursprünglich vorgesehene zweite Leistungsverlauf 40 aus technischen Gründen nicht erreicht werden kann, fällt auch die im ersten Zeitabschnitt 42 in das Gargut 12 einbringbare Energie geringer aus, als ursprünglich vorgesehen.
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Um dennoch sicherzustellen, dass bis zum Ende des Garvorgangs die zum Garen notwendige Gesamtenergie in das Gargut 12 eingebracht wird, umfasst das Verfahren zusätzliche Schritte.
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In einem ersten zusätzlichen Schritt bestimmt die Prozessoreinheit eine Defizitmikrowellenenergiemenge QM anhand eines Vergleichs des ursprünglich vorgesehenen zweiten Leistungsverlaufs 40, welcher im Beispiel dem mit der Konstante multiplizierten ersten Leistungsverlauf 32 entspricht, und dem zweiten Leistungsverlauf 38 im ersten Zeitabschnitt 42. Beispielsweise kann dies dadurch erreicht werden, dass über beide Verläufe 38, 40 Integrale gebildet und anschließend voneinander subtrahiert werden.
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In einem zweiten zusätzlichen Schritt wird der zweite Leistungsverlauf 38 um eine zusätzliche Zeit 44 so verlängert, dass dessen Integral über die zusätzliche Zeit 44 einem Anteil Qdt2 der Defizitmikrowellenenergiemenge QM entspricht.
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Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auch der erste Leistungsverlauf 36 um die zusätzliche Zeit 44 verlängert wird. Dadurch sind die erste und die zweite Energiequelle 16, 18 bei einem Garprozess gleichlang aktiv. Die Verlängerung des ersten Leistungsverlaufs 36 geschieht dabei so, dass dessen Integral über die zusätzliche Zeit 44 einem Anteil Qdt1 der Defizitmikrowellenenergiemenge QM entspricht.
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Die beiden Anteile Qdt1 und Qdt2 ergeben zusammengerechnet die Defizitmikrowellenenergiemenge QM. Bis zum Ende des Garvorgangs wird also die zum Garen notwendige Gesamtenergie in das Gargut 12 eingebracht.
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Selbstverständlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel nicht einschränkend zu verstehen. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass ausschließlich der zweite Leistungsverlauf 38 um eine zusätzliche Zeit 44 verlängert wird. In diesem Fall entspricht Qdt2 der gesamten Defizitmikrowellenenergiemenge QM.
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Grundsätzlich werden die oben genannten zusätzlichen Schritte dann durchgeführt, wenn die Leistung des zweiten Leistungsverlaufs 38 in einem bestimmten Zeitbereich nicht erhöht werden kann, um eine nicht eingebrachte Energiemenge zu kompensieren, welche aufgrund der maximal durch die Mikrowellenquelle bereitstellbaren Leistung eingebracht werden konnte.
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In dem in 3 gezeigten Beispiel hätte die Mikrowellenquelle nämlich weiterhin konstant mit der maximal durch die Mikrowellenquelle bereitstellbaren Leistung betrieben werden können, sodass der zweite Leistungsverlauf 38 einer Gerade entspricht. Hierdurch hätte die Defizitmikrowellenenergiemenge QM eventuell vollständig oder zumindest teilweise kompensiert werden können, wodurch die zusätzliche Zeit 44 geringer gewesen wäre.
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Vorliegend ist dies aber nicht möglich gewesen, da ansonsten das Verhältnis der Leistung des zweiten Leistungsverlaufs 38 zum ersten Leistungsverlauf 36 über einen Verhältnisgrenzwert gestiegen wäre. Dies liegt daran, dass die Leistung gemäß dem ersten Leistungsverlauf 36 abgesenkt wird.
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Wäre dagegen der erste Leistungsverlauf 36 beispielsweise dergestalt, dass die Leistung annähernd konstant ist, so hätte die zusätzliche Zeit 44 kürzer ausfallen können oder sogar nicht auftreten müssen.
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In jedem Fall ist sichergestellt, dass ein klassischer Garpfad, also ein Garpfad ohne Mikrowellenbeitrag, in einen angepassten Garpfad übertragen werden kann, bei dem ein Mikrowellenbeitrag vorliegt, wobei die Garzeit verkürzt und dennoch ein gleichbleibendes Garergebnis erzielt wird, da die von den Energiequellen 16, 18 eingebrachte Gesamtenergie erhalten bleibt.
