DE10353299B4 - Verfahren zur Regelung einer Heizeinrichtung zur Nahrungsmittelzubereitung und geeignete Vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Regelung einer Heizeinrichtung zur Nahrungsmittelzubereitung und geeignete Vorrichtung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Regelung einer Heizeinrichtung (17) zur Zubereitung eines Nahrungsmittels (21a) mit folgenden Schritten:
a. das Gewicht des Nahrungsmittels (21a) wird während der Zubereitung laufend, in bestimmten Zeitintervallen oder zu bestimmten Zeiten ermittelt,
b. dem Nahrungsmittel (21a) wird über die Heizeinrichtung (17) Heizleistung zugeführt,
c. die Informationen des ermittelten Gewichts und der zugeführten Heizleistung werden zur Auswertung einer Steuerung (23) zugeführt,
d. aus dem zeitlichen Verlauf von Gewichtsänderung und zugeführter Heizleistung dE/dt wird der Verlauf des chemischen Potenzials des Nahrungsmittels (21a) bestimmt über den Zusammenhang μ = dE/dN = (dE/dt)/(dN/dt),
e. über Ermittlung des Verlaufs des chemischen Potenzials wird auf den Zustand des Nahrungsmittels geschlossen, und
f. anhand der Auswertung des Verlaufs des Zustands des Nahrungsmittels gibt die Steuerung (23) zur Beeinflussung der Nahrungsmittelzubereitung Signale an einen Bediener ab oder steuert die Zufuhr der Heizleistung in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern selber.

Description

  • Anwendungsgebiet und Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Heizeinrichtung zur Zubereitung eines Nahrungsmittels, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. Aus Gründen der Lesbarkeit soll im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit nur die Bezeichnung „Nahrungsmittel" für einen Stoff allgemeiner Art verwendet werden.
  • Zur Steuerung einer Heizeinrichtung zur Zubereitung eines Nahrungsmittels, beispielsweise eines Kochfeldes gibt es eine Vielzahl verschiedener Verfahren. Dabei kann sich das Nahrungsmittel beispielsweise in einem Topf auf dem Kochfeld befinden. Bei den meisten dieser Verfahren wird die Temperatur des Kochfeldes, des Kochtopfes oder des Nahrungsmittels direkt erfasst und geht in die Auswertung ein. Dabei besteht jedoch teilweise die Problematik, dass selbst mit dieser relativ aufwendigen und umfangreichen Untersuchung nicht in allen Fällen eine angestrebte automatische Regelung der Heizeinrichtung erfolgen kann. Ins besondere besteht hier die Problematik, dass für verschiedene Nahrungsmittel und für verschiedene Kochgefäße unterschiedliche Bedingungen gelten.
  • Aus der US 4,784,052 ist bekannt, dass die Gewichtsabnahme zur Beendigung des Kochvorgangs ausgewertet wird. Dieses System entspricht in etwa einer verbesserten Zeitschaltuhr.
  • Die DE 3205124 A1 zeigt ein Verfahren zum automatischen Garen von Nahrungsmitteln in einem Mikrowellengerät. Während des Garvorgangs wird die Gewichtsänderung des Garguts mit einem Gewichtssensor, die Gaskonzentration im Garraum mit Gassensoren sowie die Temperatur im Garraum mit einem Temperatursensor gemessen. Aus den ermittelten Daten wird die Gesamtgarungszeit und eine notwendige Leistungsstufe berechnet.
  • Die Ep 275097 A2 zeigt ein Verfahren zur Regelung eines Gargerätes, bei dem die Gesamtgarzeit aus der Gewichtsabnahme des Gargutes in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit ermittelt wird. Eine individuelle zwischenzeitliche Anpassung der Garzeit oder der Leistungsstufe an den Garvorgang wird nicht beschrieben und ist damit nicht möglich.
  • Aufgabe und Lösung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren und eine eingangs genannte Vorrichtung zu schaffen, mit denen die Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere die Regelung einer Heizeinrichtung einerseits möglichst vielseitig sowie funktionell und andererseits möglichst genau durchgeführt werden kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
  • Erfindungsgemäß weist das eingangs genannte Verfahren mehrere Schritte auf. Das Gewicht des Nahrungsmittels, vorteilhaft zusammen mit einem Behälter wie einem Topf odgl., wird während der Zubereitung ermittelt. Dies erfolgt entweder mit kurzen Zeitabständen, in bestimmten Zeitintervallen oder laufend. Dem Nahrungsmittel wird über die Heizeinrichtung Heizenergie zugeführt bzw. es wird erhitzt, beispielsweise gebraten oder zum Kochen gebracht. Die Informationen über das ermit telte Gewicht, insbesondere im zeitlichen Verlauf, und über die zugeführte Heizenergie, insbesondere auch im zeitlichen Verlauf, werden einer Steuerung zugeführt. Diese Steuerung wertet die Daten aus. Aus dem zeitlichen Verlauf der Gewichtsänderung einerseits und der zugeführten Heizenergie andererseits wird der Verlauf des chemischen Potenzials bzw. das chemische Potenzial an sich bestimmt, welches dem Nahrungsmittel entspricht. Über die Ermittlung des Verlaufs des chemischen Potenzials wiederum kann auf den Zustand des Nahrungsmittels geschlossen werden. Anhand dieser Informationen sowie der zuvor genannten Informationen über das Gewicht und über die zugeführte Heizenergie direkt kann die Steuerung eine Beeinflussung der Nahrungsmittelzubereitung vornehmen. Dazu kann sie entweder sozusagen auf indirektem Weg ein Signal an einen Bediener abgeben, welcher dann die Heizeinrichtung manuell regelt. Alternativ kann die Steuerung die Zufuhr der Heizenergie zur Heizeinrichtung auf direktem Weg steuern. Dazu ist besonders vorteilhaft vorgesehen, wenn bei bestimmten bekannten Ausgangsbedingungen bestimmte Parameter vorgegeben werden, insbesondere bei einem bekannten Nahrungsmittel, welches durch Überwachung des Verlaufs des chemischen Potenzials ermittelt werden kann. Anhand dieses kann die Steuerung besser abgestimmte Eingriffe in die Zubereitung des Nahrungsmittels vornehmen oder bewirken.
  • Einer der besonders vorteilhaften Gedanken der Erfindung liegt eben darin, hier den Verlauf des chemischen Potenzials des Nahrungsmittels zu ermitteln und in die Regelung der Heizleistung einfließen zu lassen.
  • Begriffe
  • Zur Begriffsklärung der Größen soll folgendes gelten. Die effektiv dem Nahrungsmittel zugeführte Energie E besteht aus der Energie, mit der der Heizkörper betrieben wird, verknüpft mit dem Wirkungsgrad des Heizkörpers. Die effektiv hinzugefügte Energie kann auch separat (z.B. durch eine Temperaturmessung) ermittelt werden.
  • Während eines Zeitintervalls dt wird dem Nahrungsmittel die Energie dE zugeführt. Das Gewicht, welches in einem Zeitintervall dt den Kochtopf verlässt und welches gemessen werden kann, wie im folgenden noch erläutert werden wird, wird mit dN bezeichnet. Sowohl dN als auch dE sind zeitabhängige Größen, welche sich im Laufe des Kochvorganges ändern. Die Größe μ(t) = (dE(t)/dt)/(dN(t)/dt) = dE(t)/dN(t) ist formal ein chemisches Potenzial (die Vorzeichenwahl ist Konvention). Diese Größe wird verglichen mit dem chemischen Potenzial μ', welches absolut und vom Verlaufe her für bestimmte charakteristische Vorgänge in Materialien aus der Literatur bekannt ist. Für konstante Prozesse (wie z.B. Verdampfen, chemische Reaktionen) ist μ' eine zeitunabhängige Größe.
  • Es ist anzumerken, dass in der Literatur bisweilen anstelle von μ' auf Mengen bezogene relative thermodynamische Potenziale (z.B. relative Enthalpie, relative Freie Enthalpie) angeben werden. Die Unterschiede bei der Benutzung dieser Größen anstelle des chemischen Potenzials für das Verfahren sind eher formaler als inhaltlicher Natur. Entsprechende Variationsmöglichkeiten sind bekannt.
  • Typische Fälle einer Nahrungsmittelzubereitung
  • Mögliche typische Fälle einer Nahrungsmittelzubereitung sind beispielsweise die folgenden. Dabei wird in beiden Fällen davon ausgegangen, dass aufgrund des zeitlichen Verlaufs des chemischen Potenzials ermittelt werden kann, dass es sich bei dem zu erhitzenden Nahrungsmittel um Wasser handelt. Bei einer schnellen Gewichtsabnahme kann auf ein Kochen von Wasser bzw. auf ein Verdampfen von Wasserdampf aus dem Nahrungsmittel geschlossen werden. Der Unterschied hängt hier vor allem auch davon ab, ob das ermittelte chemische Potenzial demje nigen von Wasser entspricht oder von einem anderen Nahrungsmittel. Hier ist es beispielsweise möglich, im Rahmen eines entsprechend vorgewählten Kochprogramms, das eine schnelle, zu einem bestimmten Zeitpunkt beginnende Gewichtsabnahme als Beginn des Kochens von Wasser erkannt wird. Daraufhin kann beispielsweise die Zufuhr der Heizenergie reduziert werden, um das Wasser zwar gerade noch am Kochen zu halten, aber nicht unnötige Heizenergie zu verbrauchen.
  • Eine Beendigung der schnellen Gewichtsabnahme kann beispielsweise als Leerkochen des Behälters mit dem darin befindlichen Nahrungsmittel erkannt werden. Daraufhin sollte die Zufuhr der Heizenergie gestoppt werden, insbesondere über Alarmierung eines Bedieners über ein entsprechendes Signal oder durch die Steuerung automatisch direkt.
  • Erfolgt dann wieder eine erneute beginnende schnelle Gewichtsabnahme, so kann dies als das sogenannte Einbrennen eines Nahrungsmittels in den Behälter erkannt werden. Vorzugsweise wird hier nicht nur die Zufuhr an Heizenergie gestoppt. Zusätzlich sollte ein Signal an einen Bediener abgegeben werden, um ihn auf das eingebrannte Nahrungsmittel aufmerksam zu machen.
  • Technisch kann über eine geeignete Wahl der Länge der Zeitintervalle dt und/oder der Betrachtung bzw. des Vergleiches von Daten basierend auf mehreren verschiedenen Zeitintervalllängen eine differenzierte Auswertung erfolgen.
  • Unterbrechungen mit plötzlichen Sprüngen in den Werten oder singuläre Ereignisse, insbesondere im Gewicht, werden vorteilhaft nicht berücksichtigt. Dies weist den Vorteil auf, dass beispielsweise das Hineinstellen eines Löffels in den Behälter oder die Entnahme einer größeren Kostprobe die dadurch entstehende Gewichtsänderung die Steuerung nicht dazu bringt, dieses als Gewichtsänderung infolge von Zubereitung des Nahrungsmittels, bzw. infolge der Änderung des chemischen Potenzials auszuwerten. Es wird darauf hingewiesen, dass somit das Verfahren sowohl für Kochvorgänge mit als auch ohne aufgelegtem Topfdeckel funktioniert.
  • Während der Heizeinrichtung Heizenergie zugeführt wird, können starkes Ansteigen oder Sprünge im Verlauf der Gewichtsänderung mit gleichzeitiger Änderung des grundsätzlichen Verlaufs der Gewichtsänderung von gleichbleibend zu abnehmend als ein Beginn der Zubereitung des Nahrungsmittels ausgewertet werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich die Temperatur des Nahrungsmittels und/oder diejenige des Behälters mit dem Nahrungsmittel gemessen. Hier ist auch eine indirekte Temperaturmessung vorstellbar, beispielsweise über ein Kochfeld bzw. dessen Unterseite, worauf der Behälter zur Beheizung steht.
  • Zur Ermittlung der Art des zu erhitzenden Nahrungsmittels kann unter Zuhilfenahme des ermittelten chemischen Potenzials, insbesondere auch der Summe der zugeführten Heizenergie sowie der Temperatur, versucht werden, auf die Art des Nahrungsmittels zu schließen. Hierfür kann ein Speicher an der Steuerung vorgesehen sein, in welchem verschiedene Profile von Nahrungsmitteln abgespeichert sind für den Vergleich. Des weiteren kann in einem solchen Speicher ein vorgegebenes Programm zur automatischen Zubereitung eines speziellen Nahrungsmittels abgespeichert sein. Wird dieses Nahrungsmittel durch die vorgenannte Methode erkannt, so kann das Programm im wesentlichen nach den darin vorgegebenen Parametern ablaufen und die gewünschte Zubereitung des Nahrungsmittels vornehmen.
  • Des weiteren kann ein Speicher zu dem Zweck vorgesehen sein, verschiedene Informationen für den Zusammenhang zwischen zugeführter Heizenergie und resultierender Gewichtsabnahme für ein Nahrungsmittel abzuspeichern. Dies kann, beispielsweise auch im Zusammenhang mit dem zuvor genannten chemischen Potenzial, verwendet werden, um Informationen zu gewinnen für die Regelung einerseits oder zur Anzeige an eine Bedienperson andererseits.
  • Des weiteren umfasst die Erfindung eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Sie ist zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens nach einem oder mehreren der genannten Möglichkeiten ausgebildet. Vor allem weist sie eine Einrichtung zum Wiegen des Nahrungsmittels auf. Zweckmäßigerweise geschieht dieses Wiegen über eine Heizeinrichtung oder eine Trageinrichtung, wie beispielsweise ein Kochfeld oder eine Ofenmuffel, an welchen das Nahrungsmittel, insbesondere mit einem Behälter zu seiner Aufnahme, sozusagen abgestützt ist. Eine solche Wiegeeinrichtung kann vor allem mittels Drucksensoren, beispielsweise in Piezo-Technik, ausgeführt sein.
  • Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die Zeichnung 1 zeigt schematisch eine Anordnung, mit welcher das Gewicht eines Kochfeldes samt daraufgestelltem Topf ermittelt so wie die Temperatur des Topfes gemessen werden kann zur Beeinflussung einer Strahlungsheizung.
  • 26 zeigen den typischen zeitlichen Verlauf des chemischen Potenzials (dE/dN siehe oben) und charakteristische Merkmale, welche auswertbar sind. Eine detaillierte Diskussion findet sich in den Zahlenbeispielen weiter unten.
  • 7 zeigt den Gewichtsverlauf beim Braten eines Steaks.
  • Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Aus dem Ausführungsbeispiel in 1 ist zu entnehmen, wie in eine Arbeitsplatte 11, beispielsweise in einer Küche, eine erfindungsgemäße Vorrichtung 12 eingesetzt ist. Die Vorrichtung 12 besteht aus einem an sich üblichen Glaskeramikkochfeld 14, welches jedoch gegenüber der Arbeitsplatte 11 bewegbar ist. Das Glaskeramikkochfeld 14 ist auf Gewichtssensoren 15 abgestützt, welche das Gesamtgewicht ermitteln. Da die Gewichtssensoren 15 sehr genau arbeiten sollten, können sie beispielsweise als Piezo-Sensoren ausgebildet sein. Es ist jedoch grundsätzlich die Verwendung aller Arten solcher Sensoren möglich, auch Druck- oder ähnliche Sensoren.
  • Unterhalb des Glaskeramikkochfeldes 14 ist eine Strahlungsheizung 17 angeordnet, wobei an sich die Art der Heizung beliebig ist. Innerhalb der Strahlungsheizung 17 ist ein Temperatursensor 19 schematisch dargestellt. Hauptaufgabe dieses Temperatursensors ist eine Sicherheitsfunktion, beispielsweise Schutz der Kochfeldfläche gegen zu hohe Temperaturen und/oder eine präzise Restwärmeanzeige zum Schutz des Benutzers. Der Temperatursensor 19 kann auch an anderer Stelle angeordnet sowie anders aufgebaut sein.
  • Die Gewichtssensoren 15 und der Temperatursensor 19 sind mit einer Steuerung 23 verbunden, welche deren Signale bzw. die von diesen Einrichtungen gelieferten Informationen auswertet und verarbeitet. Des weiteren ist die Steuerung 23 an eine Energiequelle 24 angeschlossen und versorgt darüber die Strahlungsheizung 17 mit Heizleistung. Somit kann zum einen die Versorgung der Strahlungsheizung 17 mit Heizleistung erreicht werden. Des weiteren ist es auch möglich, die zugeführte Heizleistung in der Steuerung 23 zu verarbeiten. Daraus können dann Informationen gewonnen werden, welche zur Ermittlung des chemischen Potenzials eines in dem Topf 21 befindlichen Nahrungsmittels sowie des Erwärmungsvorganges verwendet werden können. Die Steuerung 23 enthält einen Speicher 23a für gespeicherte Programme und Parameter.
  • Es könnten auch auf dem Kochfeld 14 mehrere verteilte Gewichtssensoren oder Temperatursensoren vorgesehen sein. Sie können auf unterschiedliche Art an die Steuerung 23 angeschlossen sein.
  • Ein Vorteil der dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der, dass das System auch das Kochgefäß mit umgreift, also keine Messungen in das Kochgefäß hinein notwendig sind. Das Gewicht des Kochgefäßes kann mit erfasst werden, da es sich ja nicht ändert.
  • Ablauf
  • Zur Durchführung des Verfahrens erhitzt die Strahlungsheizung 17, welche über die Steuerung 23 mit Heizenergie versorgt wird, den Topf 21 samt Inhalt 21a auf dem Kochfeld 14. Über nicht dargestellte Eingabemittel können für den Erwärmungsvorgang von einer Bedienperson bestimmte Vorgaben gegeben werden, üblicherweise eine Leistungsstufe oder zeitliche Vorgaben für den Erwärmungsvorgang. Der Temperatursensor 19 ermittelt die Temperatur des Topfes 21 bzw. Topfinhalts 21a und somit die eingekoppelte Heizenergie. Die Gewichtssensoren 15 er mitteln laufend das Gewicht des Kochfeldes 14 samt aufgestelltem Topf 21. Da hier eine Gewichtsänderung lediglich an dem Inhalt des Topfes 21 stattfinden kann, ist es problemlos möglich, das Gewicht des gesamten Kochfeldes zu ermitteln.
  • Aus dem zeitlichen Verhalten von eingekoppelter Heizenergie über die Strahlungsheizung 17, dem Temperaturverlauf des Topfes 21 sowie dem Verlauf des Gewichts kann zum einen auf das chemische Potenzial des Nahrungsmittels oder des Topfinhaltes 21a geschlossen werden. So kann eine Bestimmung des Nahrungsmittels erfolgen. Des weiteren können, wie zuvor beschrieben worden ist, bestimmte charakteristische Vorgänge wie beginnendes oder endendes Kochen von Wasser oder Leerkochen des Topfes 21 festgestellt werden. Daraufhin kann die Steuerung 23 verschiedene vorgegebene Schritte durchführen, nämlich entweder die Alarmierung eines Bedieners, die Abgabe von Hinweisen des Signals oder aber auch eine eigenständige Beeinflussung der Heizleistung. Dies kann beispielweise anhand vorgegebener Programme erfolgen, welche in dem Speicher 23a sind.
  • Repräsentative Zahlenbeispiele
  • Die Funktionsweise der Methodik soll anhand zweier repräsentativer Zahlenbeispiele sowie der zugehörigen Zeichnungen 7, 2 und 3 sowie 4 bis 6 erläutert werden. Dabei ist das chemische Potenzial μ in J/g und die Zeit t in sec angegeben. Die etwas gezackten Verläufe kommen vor allem durch die Messintervalle zustande, welche hier bei 10 sec lagen. Sie könnten auch kürzer oder länger gewählt werden.
  • Näherungsweise sei μ = dE/dN = (dE/dt)/(dN/dt), wobei μ das chemische Potenzial, dE die zugeführte Energie, dN die Gewichtsabnahme und dt ein Zeitintervall bezeichnen. Das erste Beispiel beschreibt kochendes Wasser. Die Verläufe sind auch in 2 und 3 illustriert. Das zweite Beispiel behandelt das Braten und Frittieren von Steak bzw. Pommes Frites. Die typischen Verläufe sind in 4 bis 6 illustriert.
  • 7 zeigt den Gewichtsverlauf der Masse m (in g) eines Steaks über der Zeit (in sec). Man erkennt, wie bis zu etwa 600 sec nur die Pfanne mit Fett erhitzt wurde, also praktisch keine Gewichtsänderung eintritt. Bei etwa 600 sec wird das Steak in die Pfanne gelegt und gebraten. Ab diesem Zeitpunkt nimmt das Gewicht linear ab. Hauptursache hierfür ist der Verlust an Wasserdampf. Am Schluss wird das als fertig erkannte Steak herausgenommen. Aus diesem Gewichtsverlauf sowie der eingekoppelten Energie kann man die in den 2 bis 6 dargestellten Verläufe des chemischen Potenzials μ ermitteln.
  • Daraus ist auch zu erkennen, dass etwa herausspritzendes Fett sich nicht negativ auswirken muss. Des weiteren ist der Fett-Anteil solange zu vernachlässigen, wie das Fett noch nicht brät bzw. siedet.
  • Beispiel 1: Kochen von Wasser
  • Gegeben sei ein Topf mit Wasser. Das Wasser besitze ein chemisches Potenzial von 2,5 kJ/g. D.h. um 10 g Wasser zu verdampfen, muss eine Energie von 25 kJ zugefügt werden. Ein Strahlungsheizkörper werde mit einer Leistung von 1,5 kW und einem Wirkungsgrad von 80%, welcher dem Kochfeldhersteller bekannt ist, betrieben. In 10 Sekunden wird dem System dann eine Energiemenge von 10·0,8·1,5 kJ = 12 kJ zugeführt. Bei dem chemischen Potenzial von Wasser reicht die Energie, um eine Wassermenge von 4,8 g innerhalb dieser 10 Sekunden zu verdampfen. Wird also während 10 Sekunden eine Gewichtsabnahme von 4,8 g bei einer zugeführten Leistung von 1,5 kW beobachtet, berechnet das System ein chemisches Potenzial von 2,5 kJ/g und kommt zu der Feststellung „Wasser kocht". Eine Waage mit einer Auflösung von 0,1 g für diesen Zweck wird als technisch realisierbar angenommen. Grundsätzlich können die Zeitintervalle bei der Auswertung der chemischen Potenziale so gewählt werden, dass mögliche Fluktuationen in den Daten (z.B. sehr geringe Gewichtsabnahmen) als solche erkannt werden. Wir nehmen an, die Information wird benutzt, um die Leistung des Strahlungsheizkörpers auf 0,5 kW abzusenken. Dann wird innerhalb von 10 Sekunden eine Energie von 4 kJ dem Kochfeld zugeführt. Die Gewichtsabnahme, die, wenn das System weiterkocht, sich innerhalb einer kurzen Zeit einstellt, beträgt dann innerhalb von 10 Sekunden 1,6 g.
  • Sollte sich eine andere Zahl einstellen, erhält das System die Information, dass das System eben nicht mehr kocht. Am Anfang wird die zugefügte Energie beispielsweise nur zum Erwärmen benutzt, d.h. die Gewichtsabnahme beträgt 0 g und entsprechend erhält das System die Information, dass noch kein stabiler Kochvorgang vorliegt. Der stabile Kochvorgang zeichnet sich durch ein konstantes chemisches Potenzial aus.
  • Sollten mehrere Kochstellen mit demselben Gewichtssensor gleichzeitig abgefragt werden, kann über eine gezielte Leistungsvariation herausgefunden werden, welche der Kochstellen gerade kocht.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Einstellung der Verdampfungsmenge etwa des Wassers wesentlich schneller vor sich geht als etwa eine merkliche Änderung in der Temperatur, welche für kochendes und fast kochendes Wasser im wesentlichen um denselben Wert von 100°C herum liegt.
  • Würde von der Energie, die dem System zugefügt wird, die Hälfte für das Verdampfen von Wasser und die andere Hälfte zum Erwärmen des Wassers oder für chemische Reaktionen innerhalb der Nahrungsmittel aufgewendet werden, würde man in obigem Zahlenbeispiel nur noch eine Gewichtsabnahme von 2,4 g bzw. 0,8 g innerhalb von 10 Sekunden und damit chemische Potenziale um 5 kJ/g finden. Der grundsätzliche zeitliche Verlauf des chemischen Potenzials des kochenden Wassers wäre derselbe wie im vorigen Beispiel, insbesondere würde der stabile Kochvorgang sich durch ein konstantes chemisches Potenzial auszeichnen. Abweichungen vom konstanten Verlauf des chemischen Potenzials sind dann den chemischen Reaktionen innerhalb der Nahrungsmittel zuzuordnen. Entsprechend können mit der Methodik solche chemischen Reaktionen detektiert, charakterisiert und klassifiziert werden. Eine vorteilhafte Klassifikation könnte sogar Signale für „Speisen fertig" beinhalten.
  • Grundsätzlich kann eine Analyse der Aufteilung der Energie in Anteile, die zur Verdampfung z.B. von Wasseranteilen, und Anteile, die zur Erwärmung verwendet werden, auch schon bereits vor dem Erreichen eines stabilen Kochvorganges ausgewertet und zur Steuerung genutzt werden. Es ist mit einer solchen Steuerung z.B. möglich das Überkochen extrem kritischer Vorgänge (z.B. Milch) abzufangen. Man beobachtet z.B. eine Annäherung des chemischen Potenzials von höheren Werten bis zum chemischen Potenzial von kochendem Wasser während eines Ankochvorgangs.
  • Bei 3 ist der Beginn des Kochens dort, wo etwa bei knapp 500 sec die Kurve in einen flacheren Teil übergeht. Die beiden darauffolgenden Zacken bei knapp 700 sec und etwa 950 sec nach unten zeigen das Einstellen unterschiedlicher Leistungsstufen.
  • Beispiel 2: Braten von Steak
  • Gegeben sei ein Steak, welches 200 g vor Beginn des Bratens wiegt und zu 50 % aus Wasser besteht. Die andere Komponente sei ein Organisches Material mit höherem chemischen Potenzial und höherem Siedepunkt. Brät man dieses Steak, wird die Verteilung der zugefügten Energie sich im Laufe des Bratprozesses ändern. Am Anfang verdampft zuerst das Wasser (mit entsprechendem chemischen Potenzial) und man findet mit abnehmender Wassermenge einen Anstieg des chemischen Potenzials, da die Energie immer mehr für das Braten des Organischen Materials und immer weniger für das Verdampfen des Wassers an der Oberfläche verwendet wird. Wendet man das Steak nach dem Erreichen eines bestimmten chemischen Potenzials (z.B. des dreifachen Wertes des chemischen Potenzials von kochendem Wasser), findet man anschließend kurzzeitig wieder den Wert für das chemische Potenzial von kochendem Wasser an der Oberfläche. Der Wert nimmt wieder zu und man kann z.B. dafür sorgen, dass Vorder- und Rückseite des Steaks dasselbe chemische Potenzial (z.B. den dreifachen Wert von kochendem Wasser) und damit dieselbe Beschaffenheit haben.
  • Bei 4 ist beispielsweise ein Wenden des Steaks bei etwas über 600 sec. Im nachfolgenden Verlauf, ab etwa 900 sec, ist das Steak in etwa fertig.
  • Entsprechend könnte man z.B. beim Frittieren von Pommes Frites den Zeitpunkt, wann diese als „fertig" betrachtet werden können, festlegen (beispielsweise Erhöhung des chemischen Potenzials um einen Faktor 3 ausgehend vom Wert für das chemische Potenzial von Pommes Frites mit hohem Wassergehalt).
  • In 5 sind bei etwa 330 sec die Pommes Frites reingeworfen und ab dem Zeitpunkt von etwa 400 sec hat die Kurve einen relativ stabilen Verlauf. Somit ist ab hier auch der Kochvorgang stabil bzw. in etwa gleichmäßig. Somit kann hier sehr gut definiert werden, wann die Pommes Frites fertig sein sollen. Ähnliches gilt für die 6. Hier ist ab etwa 140 sec der Verlauf stabil.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Regelung einer Heizeinrichtung (17) zur Zubereitung eines Nahrungsmittels (21a) mit folgenden Schritten: a. das Gewicht des Nahrungsmittels (21a) wird während der Zubereitung laufend, in bestimmten Zeitintervallen oder zu bestimmten Zeiten ermittelt, b. dem Nahrungsmittel (21a) wird über die Heizeinrichtung (17) Heizleistung zugeführt, c. die Informationen des ermittelten Gewichts und der zugeführten Heizleistung werden zur Auswertung einer Steuerung (23) zugeführt, d. aus dem zeitlichen Verlauf von Gewichtsänderung und zugeführter Heizleistung dE/dt wird der Verlauf des chemischen Potenzials des Nahrungsmittels (21a) bestimmt über den Zusammenhang μ = dE/dN = (dE/dt)/(dN/dt), e. über Ermittlung des Verlaufs des chemischen Potenzials wird auf den Zustand des Nahrungsmittels geschlossen, und f. anhand der Auswertung des Verlaufs des Zustands des Nahrungsmittels gibt die Steuerung (23) zur Beeinflussung der Nahrungsmittelzubereitung Signale an einen Bediener ab oder steuert die Zufuhr der Heizleistung in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern selber.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Verlauf des chemischen Potenzials (μ) bei schneller Gewichtsabnahme auf ein Kochen von Wasser bzw. Verdampfen von Wasser aus dem Nahrungsmittel (21a) geschlossen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein etwa konstant bleibendes chemisches Potenzial (μ) als Beginn des Kochens von Wasser erkannt wird, wobei vorzugsweise die Zufuhr der Heizleistung reduziert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beendigung des konstanten chemischen Potenzials (μ) als Leerkochen des Behälters (21) mit dem Nahrungsmittel (21a) erkannt wird, wobei vorzugsweise die Zufuhr der Heizleistung ganz gestoppt wird, insbesondere ein Signal an einen Bediener abgegeben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erneutes etwa konstantes chemisches Potenzial (μ) als Einbrennen eines Nahrungsmittels (21a) erkannt wird, wobei vorzugsweise die Zufuhr der Heizleistung gestoppt wird und insbesondere ein Signal an einen Bediener gegeben wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des chemischen Potenzials (μ) ohne absoluten Bezug ausgewertet wird, wobei vorzugsweise Unterbrechungen mit plötzlichen Sprüngen im chemischen Potenzial unberücksichtigt bleiben.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zugeführter Heizleistung Sprünge im Verlauf des chemischen Potenzials (μ) mit einer Änderung des grundsätzlichen Verlaufs von gleichbleibend zu abnehmend als Beginn der Zubereitung des Nahrungsmittels (21a) ausgewertet werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Nahrungsmittels (21a) und/oder des Behälters (21) mit dem Nahrungsmittel gemessen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Temperatur des Nahrungsmittels (21a) gemessen wird und daraus sowie unter Zuhilfenahme des ermittelten chemischen Potenzials auf die Art des Nahrungsmittels geschlossen wird, wobei ein in einem Speicher (23a) der Steuerung (23) vorgegebenes Programm zur automatischen Zubereitung dieses Nahrungsmittels gestartet oder weitergeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (23) einen Speicher (23a) aufweist, in dem verschiedene Informationen für den Zusammenhang zwischen zugeführter Heizleistung und chemischem Potenzial (μ) im zeitlichen Verlauf für ein Nahrungsmittel (21a) abgespeichert sind, wobei vorzugsweise Informationen darüber an einen Bediener angezeigt werden.
  11. Vorrichtung (12) zur Regelung einer Heizeinrichtung zur Zubereitung eines Nahrungsmittels, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, wobei sie eine Wiegeeinrichtung (15) an einer Trageinrichtung (14) für das Nahrungsmittel (21a) oder den Behälter (21) mit dem Nahrungsmittel aufweist.
  12. Vorrichtung (12) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiegeeinrichtung Gewichtssensoren (15) aufweist, die vorzugsweise unter der Trageinrichtung, insbesondere einem Kochfeld (14) oder einem Backofen, angeordnet sind.
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