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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Garvorgangs
bei einem Gargerät
und ein Gargerät
zur Durchführung
des Verfahrens
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Ein
derartiges Verfahren ist bereits bekannt. Bei dem bekannten Verfahren
zur Steuerung eines Garvorgangs bei einem Gargerät mit einem Garraum, an bzw.
in dem eine Heizquelle zur Beheizung des Garraums angeordnet ist,
mit einem Sensor zur Erfassung einer Gaskonzentration in dem Garraum und
einer elektrischen oder elektronischen Steuerung, die eine Auswerteschaltung
und einen Speicher aufweist und mit dem Sensor in Signalübertragungsverbindung
steht, wird zuerst ein in dem Speicher abgespeicherter Garendewert
in Abhängigkeit eines
manuell ausgewählten
bzw. automatisch erkannten Garguts mittels der Auswerteschaltung
ermittelt. Sobald der Wert einer von dem Ausgangssignal des Sensors
abhängigen
Größe nach
dem Beginn des Garvorgangs den Garendewert unterschreitet, wird
automatisch eine Gargerätfunktion
ausgelöst.
Demnach wird bei dem bekannten Verfahren die Gargerätfunktion,
beispielsweise das Abschalten der Heizquelle, dann automatisch ausgelöst, wenn
die Gaskonzentration eines bei dem Garvorgang aus dem Gargut entweichenden
Gases einen vorher festgelegten Garendewert unterschreitet.
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Die
Garendewerte für
einzelne Gargüter
sind vorher durch Versuche ermittelt worden. Der Garraum herkömmlicher
Gargeräte
wird während
des Betriebs mit Umgebungsluft durchspült. Dabei wird Umgebungsluft
mittels eines in dem Gargerät
angeordneten Gebläse
durch Lufteinlassöffnungen
angesaugt und Wrasen über
einen Wrasenkanal aus dem Garraum abgesaugt. Hierbei ist das Volumen
der durch den Garraum gesaugten Umgebungsluft in jedem Fall deutlich
größer als
das Volumen der während
des Garvorgangs von dem Gargut abgegebenen Gase. Somit wird durch
den Sensor eine momentane Gaskonzentration detektiert, da die durch den
Garvorgang entstehenden Gase durch das Gebläse fortlaufend abgesaugt und
damit aus dem Garraum entfernt werden. Es kommt nicht zu einer Aufkonzentration
dieser Gase in dem Garraum.
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Ein
Nachteil des bekannten Verfahrens ist, dass der Garendewert von
der Gargutmenge sowie von deren Verteilung in dem Garraum, beispielsweise
aufgrund der Verwendung unterschiedlicher Back- bzw. Bratformen,
abhängig
ist. Somit ergeben sich selbst für
ein einziges Rezept voneinander verschiedene Garendewerte. Dies
führt zu
einer Vielzahl von Garendewerten, so dass entweder eine aufwendige Steuerung
erforderlich ist, um die Gargutmenge und deren Verteilung zu detektieren,
oder der Benutzer weitere Eingaben vornehmen muss, was den Bedienkomfort
verringert.
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Darüber hinaus
ist aus der
DE 38 37
072 A1 ein weiteres Verfahren zur Steuerung eines als Brotbackvorgang
ausgebildeten Garvorgangs bekannt. Da dieses Verfahren ausschließlich Brotbackvorgänge betrifft,
erübrigt
sich hier die Ermittlung der Gargutart. Bei dem bekannten Brotbackverfahren
wird der Brotbackvorgang mittels der über einen Gassensor ermittelten
zeitlichen Änderung
der Gasdichte in dem Garraum gesteuert. Hierbei werden beispielsweise
Heizkörper
und Gebläse
automatisch abgeschaltet und damit der Brotbackvorgang beendet,
sobald sich die Gasdichte gegenüber
einem Maximalwert um einen vorher festgelegten Betrag verringert hat.
Alternativ hierzu ist es vorgesehen, die Änderung der Neigung der Gasdichte,
also die Änderung
der ersten Ableitung der Gasdichte nach der Zeit, für die Steuerung
des Brotbackvorgangs zu verwenden, nachdem der Maximalwert der Gasdichte
durch den Gassensor erfasst worden ist.
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Ein
anderes Verfahren ist aus der
EP 0 455 169 A2 bekannt. Bei diesem Verfahren
werden bei dem Erreichen zweier vorher festgelegter Temperaturen
an einem Gassensor anliegende elektrische Ausgangsspannungen in
einer Auswerteschaltung einer Steuerung weiterverarbeitet. Hierbei
wird eine erste Ausgangsspannung vor Beginn des Garvorgangs, also
bei der Starttemperatur für
den Garvorgang, und eine zweite Ausgangsspannung bei dem Erreichen
einer vorher festgelegten Temperatur während des Garvorgangs vom Gassensor
an die Auswerteschaltung übermittelt
und aus den beiden Ausgangsspannungen des Gassensors ein Garquotient gebildet.
Dieser Garquotient wird mit vorher festgelegten und in einem Speicher
abgespeicherten Referenzwerten verglichen. Je nachdem ob der Garquotient
größer oder
kleiner als ein erster oder ein zweiter Referenzwert ist, wird auf
die Art des zu behandelnden Garguts geschlossen. Unterschreitet
der Garquotient beispielsweise den zweiten Referenzwert, wird der
Garvorgang bei einer vorher festgelegten weiteren Gartemperatur
für eine
vorher festgelegte Zeitdauer fortgesetzt und zeitlich danach automatisch
beendet.
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Der
Erfindung stellt sich somit das Problem ein Verfahren zur Steuerung
eines Garvorgangs anzugeben, bei dem die Steuerung auch für unterschiedliche
Gargüter
und für
unterschiedliche Mengen und Verteilungen eines Garguts in dem Garraum auf
einfache Weise realisiert ist.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Die
mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen zum einen darin,
dass das Verfahren auch für
unterschiedliche Gargüter
und für
unterschiedliche Mengen und Verteilungen eines Garguts in dem Garraum
auf einfache Weise realisiert ist und unabhängig von dem zu behandelnden
Gargut gleichzeitig eine Restgarzeit mit einer hohen Genauigkeit
und Reproduzierbarkeit ermittelt werden kann. Zum anderen ist das
erfindungsgemäße Verfahren
ebenfalls für
Garvorgänge
anwendbar, bei denen für
ein Gargut voneinander verschiedene Garraumtemperaturen verwendet
werden, da der Garendewert nicht von der Gargutmenge, der Verteilung
des Garguts in dem Garraum bzw. der Garraumtemperatur für den Garvorgang
abhängig
ist, da sich diese von Garvorgang zu Garvorgang verändernden
Parameter durch die Verwendung eines Garquotienten kompensiert werden.
Der Garquotient entspricht dabei dem Verhältnis der ersten Ableitung
des Ausgangssignals nach der Zeit zu einem zeitlich vorher und nach
dem Beginn des Garvorgangs ermittelten erstmaligen Extremwert der
ersten Ableitung des Ausgangssignals nach der Zeit. Ein Vorteil
bei der Verwendung von f' anstelle von
f besteht darin, dass nach dem Durchlaufen des Extremwerts für f' die Restgarzeit
in Abhängigkeit
des Ausgangssignals des Sensors mit einer hohen Genauigkeit und
Reproduzierbarkeit in der Auswerteschaltung extrapoliert und auf
dem Anzeigeelement angezeigt werden kann, da der Zeitpunkt, zu dem
der Wert von f' extrem
wird, weit vor dem Garzeitendezeitpunkt tEnde liegt.
Anstelle der Anzeige ist beispielsweise auch das Auslösen eines
akustischen Signals denkbar.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass die
Konzentration. eines Atmosphärengases,
insbesondere Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlendioxid, durch den
Sensor erfasst wird. Auf diese Weise ist die Genauigkeit und die
Wiederholbarkeit der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Messwerte
und damit des erfindungsgemäßen Verfahrens
weiter verbessert, da die Menge an einem Atmosphärengas während des gesamter Garvorgangs
ausreichend groß ist,
um eine zuverlässige
Messung zu gewährleisten.
Aufgrund deren hoher Konzentration in der Atmosphäre sind
hier insbesondere Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid zu nennen.
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Zweckmäßigerweise
wird als Gargerätfunktion
das automatische Abschalten der Heizquelle zur Beheizung des Garraums
und/oder ein Garzeitendesignal ausgelöst.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass nach dem erstmaligen
Erreichen eines Maximalwerts der ersten zeitlichen Ableitung der Gaskonzentration
nach dem Beginn des Garvorgangs die Restgarzeit in Abhängigkeit
der Ausgangssignale des Sensors extrapoliert und auf einem Anzeigeelement
des Gargeräts
zur Anzeige gebracht wird. Hierdurch ist der Komfort für den Benutzer
ohne zusätzliche
Bauteile und damit kostengünstig
weiter verbessert.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, dass das Ausgangssignal des Sensors in der Auswerteschaltung
erst nach Ablauf einer vorher festgelegten Vorlaufzeit nach dem
Beginn des Garvorgangs verarbeitet wird. Hierdurch ist gewährleistet,
dass Störungen des
Ausgangssignals während
eines Anfangszeitraums nach dem Beginn des Garvorgangs sich nicht in
ungewünschter
Weise auf die Verarbeitung des Ausgangssignals auswirken können.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt
und wird nachfolgend näher
beschrieben. Es zeigt
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1 ein
Temperatur-Zeit-Diagramm zu dem erfindungsgemäßen Verfahren und
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2 einen
zeitlichen Verlauf der Funktion f(1-O2) bzw.
der ersten Ableitung der Funktion f nach der Zeit, f',
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3 ein
Schaubild eines ersten Ausführungsbeispiels
einer automatischen Garguterkennung zu dem erfindungsgemäßen Verfahren
und
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4 einen
zeitlichen Verlauf zu einem zweiten Ausführungsbeispiel einer automatischen Garguterkennung
zu dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Ein
nicht dargestelltes erfindungsgemäßes Gargerät ist als Elektroherd ausgebildet.
Das Gargerät
weist einen durch eine Tür
verschließbaren
Garraum, einen als Sauerstoffsensor ausgebildeten Sensor zur Erfassung
einer Gaskonzentration in dem Garraum und eine elektronische Steuerung
auf, die eine Auswerteschaltung mit einem Zeitglied und einen Speicher
enthält
und mit dem Sauerstoffsensor und einer als Widerstandsbeheizung
ausgebildeten Heizquelle zur Beheizung des Garraums in Signalübertragungsverbindung
steht. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wurde ein amperometrisch betriebener Festkörperelektrolyt-Sensor auf Zirkonoxidbasis
verwendet.
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Der
Garraum des erfindungsgemäßen Gargeräts wird
während
des Betriebs, wie üblich,
mit Umgebungsluft durchspült.
Dabei wird Umgebungsluft mittels eines in dem Gargerät angeordneten
Gebläses
durch Lufteinlassöffnungen
angesaugt und Wrasen über
einen Wrasenkanal aus dem Garraum abgesaugt. Hierbei ist das Volumen
der durch den Garraum gesaugten Umgebungsluft in jedem Fall deutlich
größer als
das Volumen der während
des Garvorgangs von dem Gargut abgegebenen Gase. Somit wird durch
den Sensor eine momentane Gaskonzentration detektiert, da die durch
den Garvorgang entstehenden Gase durch das Gebläse fortlaufend abgesaugt und
damit aus dem Garraum entfernt werden. Es kommt nicht zu einer Aufkonzentration dieser
Gase in dem Garraum.
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Das
erfindungsgemäße Gargerät kann wahlweise
mit oder ohne Katalysator ausgerüstet
sein, wobei der Katalysator auf dem Fachmann bekannte Weise in dem
Wrasenkanal angeordnet ist. Handelt es sich um ein Gargerät mit Katalysator
ist es grundsätzlich
vorteilhaft, den Sensor in Strömungsrichtung nach
dem Katalysator anzuordnen, da das an die Auswerteschaltung weitergeleitete
Ausgangssignal des Sensors auf diese Weise verstärkt wird. Dies ist der Fall,
weil die aus dem Gargut entweichenden und oxidierbaren Gasmoleküle durch
die Einwirkung des Katalysators oxidieren und so die Anzahl der
Gasmoleküle,
die die Atmosphärengase
verdrängen,
nach dem Katalysator ansteigt. Dabei wird Sauerstoff verbraucht.
Wird, wie in diesem Ausführungsbeispiel, ein
Sauerstoffsensor verwendet, so wird die Sauerstoffkonzentration
in Strömungsrichtung
hinter dem Katalysator in stärkerem
Maße verringert
als bei einem Einbau des Sauerstoffsensors in Strömungsrichtung
vor dem Katalysator. Werden Sensoren eingesetzt, die Gase detektieren,
die bei dem Garvorgang entstehen und von dem Gargut abgegeben werden,
wird deren Ausgangssignal aufgrund der Zunahme der Anzahl der Gasmoleküle ebenfalls
verstärkt.
Dadurch wird zum einen die Auswertung des Ausgangssignals und damit
die Steuerung des Garvorgangs weiter verbessert. Zum anderen ist
es möglich,
einen weniger empfindlichen und damit kostengünstigeren Sensor zu verwenden.
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Der
Einbau des Sensors in Strömungsrichtung
nach dem Katalysator ist grundsätzlich
für alle geeigneten
Sensoren möglich
und aus den oben genannten Gründen
sinnvoll. Dies gilt jedoch nicht bei der Verwendung eines Kohlendioxid-Sensors,
also wenn die Konzentration von Kohlendioxid erfasst und für das erfindungsgemäße Verfahren
verwendet werden soll, da der zeitliche Verlauf der Kohlendioxidkonzentration
von dem Verlauf der anderen Atmosphärengase wie auch der anderen
während
des Garvorgangs durch das Gargut freigesetzten Gase abweicht. Während die
Konzentration dieser Gase von einem Anfangswert bzw. Null auf einen
Extremwert ansteigt bzw. abfällt
und der Zeitpunkt, an dem dieser Extremwert erreicht wird, mit dem
Garzeitende übereinstimmt, überschreitet
die Kohlendioxidkonzentration während
des Garvorgangs einen Maximalwert, fällt dann wieder ab und erreicht
zum Zeitpunkt des Garzeitendes den Wert Null. Der Verlauf der Kohlendioxidkonzentration
entspricht somit qualitativ den Verläufen der ersten zeitlichen
Ableitungen der anderen Gaskonzentrationen.
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Durch
den Katalysator wird zusätzlich
Kohlendioxid gebildet, so dass durch die Anordnung des Kohlendioxid-Sensors
in Strömungsrichtung
nach dem Katalysator das Ausgangssignal zur Steuerung des Garvorgangs
im Unterschied zu den anderen Gasen nicht verstärkt, sondern in ungewünschter Weise
verfälscht
wird. So würde
aufgrund von Zersetzungsreaktionen am Katalysator dann noch eine Kohlendioxidkonzentration
erfasst, obwohl das tatsächliche
Garzeitende bereits erreicht worden wäre.
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Ferner
sind bei dem Ausführungsbeispiel ebenfalls
mit der Steuerung in Signalübertragungsverbindung
stehende Bedien- und Anzeigeelemente vorgesehen. Die Bedien- und
Anzeigelemente dienen beispielsweise dazu, die auszulösende Gargerätfunktion,
wie beispielsweise "Schnellabkühlen", durch das automatische
Einschalten des Gebläses bzw.
die automatische Erhöhung
der Gebläsedrehzahl,
oder "Warmhalten", durch die automatische
Reduzierung der Heizleistung der Heizquelle, manuell festzulegen.
Denkbar ist auch, das dies über
die Anwahl eines in einem Speicher des Gargeräts abgespeicherten Rezepts
automatisch erfolgt.
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In 1 ist
ein Temperatur-Zeit-Diagramm zu dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit zwei beispielhaften Temperaturverläufen gezeigt. Es ist jeweils
der Temperaturverlauf der niedrigsten Temperatur im Teig, also die
Kerntemperatur, dargestellt. Die Kurve a zeigt den Temperaturverlauf
bei einem auf einem Backblech ausgebreiteten Teig und die Kurve
b zeigt den Temperaturverlauf bei einem auf einem Backblech abgelegten
Stück Rindfleisch.
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Der
Teig auf dem Backblech und das Stück Rindfleisch werden in den
Garraum eingebracht und die Tür
wird geschlossen. Beide Proben sind frisch zubereitet, so dass das
Gargut jeweils Raumtemperatur, also etwa 20°C hat. Wird der Garvorgang mittels
des Bedienelements gestartet, also die Heizquelle eingeschaltet,
steigt die Temperatur in dem Teig auf dem Backblech schneller auf
eine Maximaltemperatur als die Temperatur in dem Stück Rindfleisch, siehe
Kurven a, b. Während
die Maximaltemperatur bei allen Backvorgängen etwa 98°C ist, variiert
die Maximaltemperatur im Kern bei Fleisch. Beispielsweise beträgt die Maximaltemperatur
bei Rindfleisch etwa 85°C
und bei Schweinefleisch etwa 75°C.
Sobald die jeweilige Maximaltemperatur erreicht ist, ist der Garvorgang
beendet und die Heizquelle kann manuell vom Benutzer oder mittels
der Steuerung automatisch abgeschaltet werden.
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In
Versuchen wurde festgestellt, das die Gasabgabe der aus dem Gargut
entweichenden Gase und die Feuchtigkeitsabgabe bei der Maximaltemperatur,
also bei Beendigung des Garvorgangs, maximal ist. Danach sinkt die
Gasabgabe bzw. die Feuchtigkeitsabgabe aus dem Gargut wieder ab,
weil die chemischen Reaktionen in dem Gargut während des Garvorgangs abgeschlossen
sind und/oder weil das Gargut im weiteren zeitlichen Verlauf trockener wird
und deshalb auch weniger Wasserdampf aus dem Gargut austritt. Die
hiervon abweichenden Gegebenheiten bei Kohlendioxid wurden bereits
erläutert.
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Ein
gutes Garergebnis ist beispielsweise erzielbar, wenn die Heizquelle
abgeschaltet wird, sobald der Wert des Garquotienten nach dem Beginn des
Garvorgangs und dem damit verbundenen Aufheizen des Garguts einen
Garendewert unterschreitet. Der Garquotient entspricht dabei dem
Verhältnis der
ersten Ableitung des Ausgangssignals nach der Zeit zu einem zeitlich
vorher und nach dem Beginn des Garvorgangs ermittelten erstmaligen
Extremwert der ersten Ableitung des Ausgangssignals nach der Zeit.
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Bei
der Verwendung eines Sauerstoffsensors würde der Extremwert als Minimum
ausgebildet sein, da der zu Beginn des Garvorgangs in dem Garraum
befindliche Sauerstoff während
des Garvorgangs zum einen von aus dem Gargut entweichenden Gasen
und Feuchtigkeit verdrängt
und zum anderen bei dem Garvorgang durch chemische Reaktionen verbraucht
wird.
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Abweichend
hiervon würde
bei der Messung von aus dem Gargut entweichenden Gasen der Extremwert
als Maximum ausgebildet sein. Gleiches gilt für die aus dem Gargut entweichende
Feuchtigkeit, also den Wasserdampf.
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Für die Verarbeitung
in der Auswerteschaltung ist es zweckmäßig, dass hierfür nur positive Werte
verwendet werden. Dies ist auf einfache Weise durch die Verwendung
der Funktion f'(1-O2) anstelle der Originalfunktion g'(O2) ermöglicht,
siehe 2.
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2 zeigt
einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der Funktion f(1-O2) bzw.
der ersten Ableitung der Funktion f nach der Zeit, f'.
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Zu
Beginn des Garvorgangs, also bei t=0, hat die Funktion f einen Anfangswert,
der nur von der Sauerstoffkonzentration in der Umgebung abhängig ist.
Während
des Garvorgangs sinkt die Sauerstoffkonzentration, wie oben bereits
beschrieben, so dass der Wert von f steigt. Die Funktion f durchläuft dabei einen
Wendepunkt, also in dem das Maximum der Steigung von f durchschritten
wird, und steigt bis zu einem Maximalwert weiter an.
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Zur
Steuerung des Garvorgangs wird für
alle zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeigneten Gase die erste zeitliche Ableitung f' verwendet, siehe ebenfalls 2.
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Zu
Beginn des Garvorgangs ist f'=0.
Während
des Garvorgangs steigt der Wert von f' und erreicht zu dem Zeitpunkt, an dem
f den Wendepunkt durchläuft
einen Maximalwert. Während
der Garvorgang weiter fortschreitet nimmt der Wert von f' wieder ab und erreicht
zu dem Zeitpunkt den Wert Null zu dem f den Maximalwert erreicht.
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Der
Garvorgang ist beendet, also das Garzeitende tEnde ist
erreicht, sobald der Wert des Garquotienten den Garendewert unterschreitet.
Jedem Gargut ist ein beispielsweise durch Versuche ermittelter Garendewert
zugeordnet und in dem Speicher der elektronischen Steuerung abgespeichert.
Unter Gargut werden hier auch voneinander verschiedene Rezepte,
also beispielsweise der Garendzustand von Rindfleisch verstanden.
Da der Garquotient dem Verhältnis
der ersten Ableitung des Ausgangssignals nach der Zeit zu einem
zeitlich vorher und nach dem Beginn des Garvorgangs ermittelten
erstmaligen Extremwert, hier Maximalwert, der ersten Ableitung des Ausgangssignals
nach der Zeit entspricht, kann der Garquotient erst nach Durchlaufen
dieses Extremwerts ermittelt werden. Bis zu diesem Zeitpunkt wird der
Garraum entweder nach einem durch den Benutzer eingegebenen Garprogramm
oder nach einem vorher für
alle Garprogramme festgelegten Aufheizprogramm, beispielsweise ein
für alle
Gargüter
geeignetes schonendes Aufheizprogramm, aufgeheizt. Sofern das erfindungsgemäße Gargerät mit einer
automatischen Garguterkennung ausgerüstet ist, erfolgt diese während dieser
ersten Heizphase, also bis zum Erreichen des Extremwerts der ersten
Ableitung des Ausgangssignals nach der Zeit. Die automatische Garguterkennung
ist weiter unten anhand der 3 und 4 näher erläutert.
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Eine
andere mögliche
Ausführungsform sieht
vor, dass das Ausgangssignal des Sensors in der Auswerteschaltung
erst nach Ablauf einer vorher festgelegten Vorlaufzeit nach dem
Beginn des Garvorgangs verarbeitet wird. Hierdurch ist gewährleistet,
dass Störungen
des Ausgangssignals während eines
Anfangszeitraums nach dem Beginn des Garvorgangs sich nicht in ungewünschter
Weise auf die Verarbeitung des Ausgangssignals auswirken können. Beispielsweise
können
Störungen
des Ausgangssignals durch Schnellaufheizen, also ein Aufheizen mit
der maximalen Heizleistung, oder durch das Einschalten eines Umluftgebläses bedingt
sein. Die Folge sind lokale Extremwerte, also lokale Minimal- und
Maximalwerte. Dabei kann die Zeitdauer für die Vorlaufzeit beispielsweise
durch Versuche ermittelt und festgelegt werden.
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Somit
ist der Garvorgang bei dem erstmaligen Vorliegen der Bedingung {f'/f'(extrem)} < G beendet, also
der Garzeitendezeitpunkt tEnde erreicht
und die Gargerätfunktion
wird ausgelöst.
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Der
Garendewert G kann dabei positiv, gleich Null oder negativ sein.
Der weitere Verlauf von f' ist
für die
Steuerung des Garvorgangs nicht mehr relevant.
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Ein
Vorteil bei der Verwendung von f' anstelle von
f besteht darin, dass nach dem Durchlaufen des Extremwerts für f' die Restgarzeit
in Abhängigkeit
des Ausgangssignals des Sensors mit einer hohen Genauigkeit und
Reproduzierbarkeit in der Auswerteschaltung extrapoliert und auf
dem Anzeigeelement angezeigt werden kann, da der Zeitpunkt, zu dem
der Wert von f' extrem
wird, weit vor dem Garzeitendezeitpunkt tEnde liegt.
Anstelle der Anzeige ist beispielsweise auch das Auslösen eines
akustischen Signals denkbar.
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Bei
den obigen Ausführungen
ist zu beachten, dass die Formulierungen Extremwert und Maximal-
bzw. Minimalwert nicht streng mathematisch zu verstehen sind. Bei
der vorliegenden Erfindung ist darunter ebenfalls ein Plateau zu
verstehen, also wenn die Gaskonzentration für eine Zeitdauer auf dem höchsten bzw.
niedrigsten Wert konstant bleibt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist der Garzeitendezeitpunkt tEnde der Zeitpunkt,
bei dem das Gargut in dessen Kern fertig gegart ist. Beispielsweise
ist die Oberflächenbräune des
Garguts von der gewählten
Garraumtemperatur abhängig.
Gibt der Benutzer über
die Bedien- und
Anzeigeelemente eine hohe Garraumtemperatur ein bzw. wird diese durch
die Anwahl eines Rezepts für
den Garvorgang automatisch festgelegt, so wird die Oberflächenbräune des
Garguts zum Garzeitendezeitpunkt tEnde stärker sein
als bei einer niedrigeren Garraumtemperatur.
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Die
Verarbeitung des Ausgangssignals des Sensors in der elektronischen
Steuerung ist nachfolgend näher
erläutert:
Die
Heizquelle des Gargeräts
ist ausgeschaltet und eine Kuchenform mit Teig ist in den Garraum
eingestellt. Die Tür
ist geschlossen. Das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors, beispielsweise
eine von der Sauerstoffkonzentration in der Umgebung abhängige elektrische
Spannung, wird über
eine elektrische Leitung an die Auswerteschaltung der elektronischen Steuerung übermittelt.
Dem Ausgangssignal wird mittels des Zeitglieds der Auswerteschaltung
eine Zeitinformation zugeordnet. Das aus Ausgangssignal und Zeitinformation
gebildete Wertepaar wird anschließend zur weiteren Verwendung
in der Auswerteschaltung in dem Speicher abgespeichert. Da sich das
Ausgangssignal des Sauerstoffsensors in Abhängigkeit von der Zeit noch
nicht geändert
hat, ist f'=0. Nachdem
die Heizquelle des Gargeräts
mittels des Bedienelements eingeschaltet worden ist, also die Heizquelle
mittels der elektronischen Steuerung mit einer elektrischen Netzspannung
elektrisch leitend verbunden worden ist, erwärmt sich der Garraum und damit
auch der darin befindliche Teig.
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Während des
Garvorgangs, steigt die Konzentration an Gasen, die aus dem Gargut
entweichen, an, so dass die Sauerstoffkonzentration und damit das
elektrische Ausgangssignal verringert wird. Analoges gilt für den aus
dem Gargut entweichenden Wasserdampf. Dadurch erhöht sich
der in der Auswerteschaltung erzeugte Wert für f' bis auf einen Maximalwert. Dies wird
durch den fortlaufenden Vergleich der abgespeicherten Wertepaare
mit dem aktuell in der Auswerteschaltung gebildeten Wertepaar durch
die elektronische Steuerung automatisch erkannt. Danach fällt der
Wert von f' wieder
ab. Die hierbei von dem Sauerstoffsensor an die Auswerteschaltung übermittelten
Ausgangssignale werden zur Extrapolation der Restgardauer durch
die Auswerteschaltung und deren Anzeige auf dem Anzeigeelement verwendet.
Dabei wird der weitere Verlauf von f' mittels einer vorher festgelegten und
in dem Speicher abgespeicherten Näherungsfunktion, beispielsweise
der Geradengleichung, und dem aktuellen Ausgangssignal fortlaufend
extrapoliert und die Zeitdauer bis zum Erreichen der Bedingung {f'/f'(extrem)} < G, also die Restgardauer,
bestimmt. Ist die Bedingung {f'/f'(extrem)} < G tatsächlich erfüllt, wird
die Heizquelle mittels der elektronischen Steuerung abgeschaltet
und ein Garzeitendesignal auf dem Anzeigeelement angezeigt.
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Abweichend
von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
können
auch Konzentrationen von durch den Garvorgang erzeugten Gasen oder
von anderen Atmosphärengasen,
insbesondere Stickstoff oder Kohlendioxid, verwendet werden. Einen Sonderfall
bildet hierbei Wasserdampf, da Wasserdampf in der Atmosphäre vorhanden
ist und darüber hinaus
bei allen Backvorgängen
erzeugt bzw. freigesetzt wird. Ferner ist neben oder alternativ
zu dem Abschalten der Heizquelle auch das Auslösen anderer Gargerätfunktionen
denkbar. Beispielsweise kann das Erreichen des Garzeitendes auf
dem Anzeigeelement des Gargeräts
angezeigt werden und/oder die Heizleistung der Heizquelle derart
verringert werden, dass in dem Garraum eine Warmhaltetemperatur herrscht.
Ferner ist auch das Auslösen
eines Schnellabkühlens
des Garraums bzw. des Garguts denkbar.
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Wie
bereits ausgeführt
ist es möglich,
dass der Benutzer das Gargut mittels der Bedienelemente manuell
auswählt.
Bei einem erfindungsgemäßen Gargerät mit einem
weiter verbesserten Bedienkomfort ist es auch denkbar, dass das
Gargut des konkreten Garvorgangs über eine Garguterkennung automatisch
erkannt wird. Eine mögliche
Ausführungsform
sieht dabei vor, dass das Gargerät
wenigstens zwei weitere Sensoren aufweist, wobei sich die einzelnen
weiteren Sensoren hinsichtlich der detektierbaren Gasarten wenigstens
in einer Gasart voneinander unterscheiden. Somit weist das erfindungsgemäße Gargerät insgesamt
mindestens drei Sensoren S1, S2 und S3 zur Erfassung von Gaskonzentrationen
auf, siehe 3. Je mehr Sensoren zur Garguterkennung
eingesetzt werden, desto genauer kann das konkrete Gargut bestimmt
werden. Die einzelnen Ausgangssignale der Sensoren S1, S2 und S3
werden, analog zu den obigen Ausführungen, zwecks Verarbeitung
an die elektronische Steuerung übertragen.
Dabei ergibt sich aus der Zusammenschau der Ausgangssignale für jedes
Gargut ein charakteristisches Muster M1 und M2. Diese Muster M1,
M2 werden zeitlich vorher, beispielsweise durch Versuche, einzelnen
Gargütern
zugeordnet und in dem Speicher der elektronischen Steuerung abgespeichert. Durch
den Vergleich der während
des Aufheizens an die Auswerteschaltung übertragenen aktuellen Ausgangssignale
mit den zeitlich vorher abgespeicherten Ausgangssignalen kann dann
das konkrete Gargut des aktuellen Garvorgangs ermittelt werden.
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Alternativ
hierzu ist es möglich,
die automatische Garguterkennung mit lediglich einem einzigen Sensor
S1 durchzuführen.
In diesem Fall wird während
der Aufheizphase ein vorher festgelegter Temperatur-Zeit-Verlauf
mehrfach wiederholt. Dabei wird die Gaskonzentration durch den Sensor
S1 zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst und in der Auswerteschaltung
ein Wertetripel aus Ausgangssignal S, Zeitinformation t und Temperatur
T gebildet und in dem Speicher abgespeichert, siehe 4.
Die Gesamtheit der während
des Durchlaufens des Temperatur-Zeit-Verlaufs abgespeicherten Wertetripel
bilden ein Muster, analog zu der obigen Ausführungsform. Die weitere Verarbeitung
entspricht den vorgenannten Ausführungen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Sensor gleichzeitig
als ein weiterer Sensor S1 zur Garguterkennung ausgebildet. Bei
der letztgenannten Ausführungsform
der automatischen Garguterkennung wäre demnach ein einziger Sensor ausreichend,
mit dem zum einen das Gargut automatisch erkennbar und zum anderen
ein in dem Speicher abgespeicherter Garendewert in Abhängigkeit des
automatisch erkannten Garguts ermittelbar wäre.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungen beschränkt. Beispielsweise
ist das erfindungsgemäße Verfahren
und das Gargerät
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Steuerung
des Garvorgangs nicht auf eine Auswahl von Rezepten bzw. Gargütern, Betriebsarten
oder Ofentemperaturen beschränkt.