DE19945021C2 - Verfahren zum Steuern eines Garprozesses und hierzu verwendbare Garprozeßfühlereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Garprozesses und einen hierzu ver­ wendbaren Garprozeßfühler.

Aus der DE 31 19 496 A1 ist ein Speisenthermometer für Mikrowellenherde bekannt, das einen spießartigen, mehrere Temperaturfühler aufweisenden Fühlerteil besitzt, der in ein Gar­ gut einsteckbar und zur Temperatursteuerung verwendbar ist. Zu diesem Zweck ist das be­ kannte Speisenthermometer mit einer Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden, so daß bei Erreichen eines bestimmten Schwellen-Temperaturwertes, vorzugsweise eines maximalen Temperaturwertes, pro Temperatursensor die Leistung einer Mikrowellenquelle über eine Prozeßsteuerung schrittweise reduziert wird. Nachteiligerweise ist der Einsatzbereich des be­ kannten Verfahrens sehr beschränkt dadurch, daß lediglich Schwellen-Temperaturwerte zur schrittweisen Garprozeßsteuerung herangezogen werden.

Aus der DE 40 32 949 C2 ist ein Verfahren zum Braten oder Backen von Gargut bekannt, wobei von einem Sensor zur Erfassung einer Kerntemperatur und einem Sensor zur Erfassung einer Oberflächentemperatur gemessene Kern- und Oberflächentemperaturwerte in einer Ver­ knüpfungsschaltung nach diskreten Zeitabschnitten mit einem Zeitsignal für die abgelaufene Garzeit aus einer Zeitmeßeinrichtung zu zeitabhängigen Istwerte verknüpft werden. Die Ist­ werte werden in einer Vergleichsschaltung mit Sollwerten verglichen und zu Ausgangssigna­ len verarbeitet, nach denen entsprechende Heizkörper gesteuert werden.

Die DE 196 09 116 A1 offenbart ein Verfahren zum Garen eines Nahrungsmittels, dessen Kerntemperatur über einen Sensor gemessen und der Garvorgang im wesentlichen dann been­ det werden soll, wenn die gemessene Temperatur eine Soll-Kerntemperatur erreicht hat, wozu in zumindest einem Test-Schritt die Temperatur mehrmals zu definierten Zeitpunkten nach­ einander abgetastet und aus den Abtastwerten ein Endzeitpunkt ermittelt wird, zu welchem die Soll-Kerntemperatur erreicht sein wird.

Aus der DE 197 18 399 A1 ist ein Verfahren zum individuellen Führen eines Garprozesses bekannt, bei dem eine Gargutgröße aufgenommen wird, deren Wert sich aufgrund eines Gar­ prozesses ändert und in Abhängigkeit von einem oder mehreren Werten der Ableitung dersel­ ben nach der Zeit der Garprozeß geführt wird. Insbesondere wird nach Ablauf einer be­ stimmten Zeitdauer die Kerntemperatur in einem Gargut als Gargutgröße gemessen, werden dann auf der Grundlage der letzten drei Messungen der Kerntemperatur in dem Gargut die erste und die zweite zeitliche Ableitung der Kerntemperatur bestimmt und wird daraus die noch verbleibende Gardauer berechnet. Ist die verbleibende Gardauer Null, wird der Garpro­ zeß beendet. Ist die verbleibende Gardauer ungleich Null, findet ein Vergleich der aktuellen Werte für die Feuchtigkeit und Temperatur in dem Garraum mit Tabellenwerten, die für die gemessene Kerntemperatur und die berechnete erste Ableitung der Kerntemperatur abgespei­ chert sind, und ein Vergleich der verbleibenden Gardauer mit der Bräunungs- und Krustier­ dauer statt. Ist die verbleibende Gardauer kleiner als die abgespeicherte Bräunungs- und Kru­ stierdauer, wird auf einen Bräunungs- und Krustierprozeß übergegangen, bei dem die Tempe­ ratur und Feuchtigkeit in dem Garraum unabhängig von der erfaßten Kerntemperatur entspre­ chend von Tabellenwerten eingestellt sind, in denen das Bräunungsverhalten und das Kru­ stierverhalten verschiedener Gargutarten abgespeichert sind. Ist die verbleibende Gardauer größer als die berechnete Bräunungs- und Krustierdauer, ermittelt eine Steuereinrichtung aus abgespeicherten Tabellen die Werte der Temperatur und der Feuchtigkeit, welche der gemes­ senen Kerntemperatur und der berechneten ersten Ableitung der Kerntemperatur nach der Zeit zugeordnet sind. Entsprechen die gemessene Kerntemperatur und die erste Ableitung nach der Zeit nicht exakt den tabellierten Werten, findet eine Interpolation der tabellierten Werte mit einem bekannten Interpolations- bzw. Datendekomprimierungsverfahren statt. Wenn die ak­ tuellen Werte für die Temperatur und für die Feuchtigkeit in dem Garraum von den sich aus der abgespeicherten Tabelle ergebenen Werte abweichen, werden die Garraumtemperatur und die Feuchtigkeit in dem Garraum durch die Heizung, die Feuchtezufuhr, die Belüftung, etc. auf die optimalen Werte eingestellt.

Bei dem kerntemperaturgesteuerten Garprozeß gemäß der DE 197 18 399 A1 wird eine Kerntemperatur zugrunde gelegt, die beispielsweise über einen Temperaturfühler mit mehre­ ren Aufnahmepunkten erfaßbar ist, wobei durch eine Mittelung der verschiedenen aufge­ nommenen Werte eine repräsentative Kerntemperatur ermittelt wird oder die minimale Kern­ temperatur ausgewählt wird. Dies hat den Nachteil, daß die Garungskinetik, also insbesondere der Einfluß des instationären Wärmetransports im Gargut, wie beispielsweise in dem Artikel "Garung fester Lebensmittel - Garungskinetik und Berechnung von Garungswerten" von K.- H. Mohr, S. Skork in ZFL 7-8 (1991), Seiten 41-44, beschrieben, unberücksichtigt bleibt, was zu unerwünschten Garergebnissen führen kann.

Aus der DE 31 04 926 A1 ist eine Steuereinrichtung für Garprozesse mit einem Speisenther­ mometer, das an seinem Fühlerteil zusätzlich zu einem Temperaturfühler eine Indikationsein­ richtung aufweist, die die Lage des Fühlerteils in- oder außerhalb der Speise bzw. den Garzu­ stand der erhitzten Speise registriert, bekannt.

Aus der JP 4-283320 A, M-1369, 18. Februar 1993, Vol. 17, Nr. 83, ist ein Sensor bekannt, mit dem der Salzgehalt eines Garguts während eines Garprozesses bestimmt werden kann, wobei bei Überschreiten eines bestimmten Salzgehaltes ein Heizen des Gargeräts unterbro­ chen werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern eines Garprozesses und einen hierzu verwendbaren Garprozeßfühler zu liefern, das bzw. der eine verläßliche, reproduzierbare und kontinuierlich durchführbare Garprozeßsteuerung ermöglicht.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Es kann vorgesehen sein, daß die Plazierung des Garprozeßfühlers im Gargut, insbesondere relativ zum Kernpunkt des Garguts, der Durchmesser des Garguts, die Dichte des Garguts, die Gargutart, der Reifegrad des Garguts, der pH-Wert des Garguts, die Konsistenz des Garguts, der Lagerungszustand des Garguts, der Geruch des Garguts, der Geschmack des Garguts, die Qualität des Garguts, die Bräunung des Garguts, die Krustenbildung des Garguts, der Vit­ aminabbau des Garguts, die Entstehung kanzerogener Substanzen im Gargut, die Hygiene des Garguts und/oder die Wärmeleitfähigkeit des Garguts als spezifische Gargutgröße(n), vor­ zugsweise durch Extrapolation oder Iteration der über den Garprozeßfühler erfaßten Werte, bestimmt wird bzw. werden.

Ferner kann vorgesehen sein, daß die Leistung, die umgewälzte Luftmenge, der Energiever­ brauch, die Beladungsmenge, die spezifische Leistung und/oder das Last/Leistungs-Verhältnis eines Gargerätes als Gargerätegröße(n), vorzugsweise durch Extrapolation oder Iteration der über den Garprozeßfühler erfaßten Werte, bestimmt wird bzw. werden.

Es wird weiterhin vorgeschlagen, daß die erfaßten Temperaturwerte, Temperaturdifferenz­ werte, Feuchtewerte, Feuchtedifferenzwerte und/oder Luftbewegungswerte über den Garpro­ zeßfühler einer Steuereinrichtung für ein Heizelement, ein Kühlelement, einen Lüfter, eine Einrichtung zum Einführen von Feuchtigkeit in den Garraum, eine Einrichtung zum Abführen von Feuchtigkeit aus dem Garraum, eine Einrichtung zum Zuführen von Energie und/oder eine Einrichtung zum Abführen von Energie zugeführt wird bzw. werden.

Auch kann vorgesehen sein, daß die über den Garprozeßfühler erfaßten Temperaturwerte, Temperaturdifferenzwerte, Feuchtewerte, Feuchtedifferenzwerte und/oder Luftbewegungs­ werte zur Regelung des Temperaturverlaufs, des Feuchtegehaltes, der Luftbewegung, der be­ stimmten Gargutgrößen und/oder Gargerätegrößen benutzt werden.

Ferner wird vorgeschlagen, daß die Wasseraktivität, der Feuchtegehalt und/oder Eiweißgehalt des Garguts über den Garprozeßfühler bestimmt und einer Auswerteeinheit für die mit dem Garprozeßfühler erfaßten Größen zugeführt wird bzw. werden.

Die den Garprozeßfühler betreffende Aufgabe wird gelöst durch einen Garprozeßfühler nach Anspruch 5.

Dabei ist vorgesehen, daß an der Spitze zumindest vier Temperatursensoren angebracht sind.

Schließlich wird der Einsatz eines Kabels oder einer Sende- und Empfangseinheit samt Ver­ sorgungseinheit vorgeschlagen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich beim Garen die Kerntemperatur eines Gar­ guts aus der Kinematik, also dem zeitlichen Verlauf, von in dem Gargut mittels eines Garpro­ zeßfühlers erfaßten Temperaturwerten genau bestimmen, selbst bei nicht exakt positionierten Garprozeßfühlern, so daß sich bei kerntemperaturgesteuerten Garprogrammen bessere und vor allem besser reproduzierbare Ergebnisses erzielen lassen. Ferner kann die Dauer von kerntemperaturgesteuerten Garprogrammen genaues vorausbestimmt werden. Die genaue Bestimmung einer Kerntemperatur ermöglicht auch die Erstellung eines aussagekräftigen Hy­ gienehinweises.

Da auch andere Klimaparameter, wie Feuchtewerte, Feuchtedifferenzwerte und/oder Luftbe­ wegungswerte, erfaßbar sind, kann eine Austrocknung einer Gargutoberfläche vermindert werden, während ein gleichmäßiges Garen, eine erwünschte Bräunung, Farbe, Konsistenz und Hygiene eines Gargutes am Ende eines Garprozesses erzielt werden können. Standardisierte Gar-Qualität kann somit gewährleistet werden.

Insbesondere können auf der Grundlage der über den Garprozeßfühler erfaßten Werte auch Kosten und Energie beim Führen eines Garprozesses gespart werden, wie durch Minimierung der notwendigen Luftbewegung, der spezifischen Leistung oder dergleichen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschrei­ bung, in der eine erfindungsgemäße Ausführungsform beispielhaft anhand einer aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung erläutert wird. Die Figur zeigt dabei eine perspektivi­ sche Ansicht eines erfindungsgemäßen intelligenten Garprozeßfühlers in einem Gargut.

Wie der Figur zu entnehmen ist, umfaßt ein erfindungsgemäßer intelligenter Garprozeßfühler, beispielsweise in Form eines Temperaturfühlers 10, eine Spitze 12, einen Griff 14 und ein Kabel 16, wobei die Spitze 12 in ein Gargut 1 einführbar ist. Im Bereich der Spitze 12 sind ferner vier Temperatursensoren 20, 21, 22, 23 angeordnet, die dem Erfassen der Temperatur im Gargut 1 dienen, während im Griff 14 ein weiterer Temperatursensor 24 zum Erfassen der Temperatur am Gargut 1 angeordnet ist.

In den erfindungsgemäßen Temperaturfühler 10 ist eine Auswerteeinheit für die erfaßbaren Temperatur(differenz)werte integriert. Diese Auswerteeinheit ist ihrerseits mit einer nicht gezeigten Prozeßsteuerung für ein Gargerät verbunden.

Da mit dem erfindungsgemäßen Temperaturfühler 10 mehr als ein Temperaturwert im Gargut 1 und ein weiterer Temperaturwert am Gargut 1 erfaßbar ist, kann aus der Thermokinetik der mit den Temperatursensoren 20 bis 24 erfaßten Temperatur(differenz)werte die tatsächliche Kerntemperatur des Gargutes 1, beispielsweise durch Extrapolation, bestimmt werden. Die so bestimmte, exakte Kerntemperatur kann zur Garprozeßsteuerung genutzt werden.

Zusätzlich zur Kerntemperatur kann auch die Wärmeübertragung von einem nicht gezeigten Heizelement in dem Garraum in bzw. an das Gargut 1 erfaßt werden, beispielsweise zur Re­ gelung eines nicht gezeigten Lüfters. Zum Erkennen des Last/Leistungs-Verhältnisses beim Garen kann auch der zeitliche Verlauf der aus den erfaßten Temperatur(differenz)werten be­ stimmten Kerntemperatur, u. a. zur Bestimmung des Gargutquerschnitts oder dergleichen, her­ angezogen werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern eines Garprozesses, umfassend folgende Schritte:

• a) Erfassen mehrerer Temperaturwerte in verschiedenen Einstecktiefen in einem Gargut über einen Garprozeßfühler und zumindest eines Temperaturwertes außer­ halb des Garguts,
• b) Bestimmen zumindest der Kerntemperatur über die Kinematik, also über den zeitlichen Verlauf, der innerhalb des Garguts erfaßten Temperaturwerte, und
• c) Verwenden der bestimmten Kerntemperatur und des außerhalb des Garguts er­ faßten Temperaturwertes zur Garprozeßsteuerung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Feuchtewert im und/oder am Gargut über den Garprozeßfühler erfaßt und zur Garprozeßsteuerung herangezogen wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbewegung zumindest am Gargut über den Garprozeßfühler erfaßt und zur Gar­ prozeßsteuerung herangezogen wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Feuchtedifferenzwerte zwischen längs der Einsteckrichtung des Garprozeßfühlers räumlich getrennt angeordneten Sensoren erfaßt und zur Garprozeßsteuerung herange­ zogen werden.

5. Garprozeßfühler, umfassend
einen Temperaturfühler (10), der eine Spitze (12) mit zumindest zwei Temperatursenso­ ren (20, 21, 22, 23) und einen Griff (14) aufweist,
einen weiteren entweder am Griff (14) des Temperaturfühlers (10) oder im Garraum ei­ nes Gargeräts befestigbaren oder fest angebrachten Temperatursensor (24) und
eine Auswerte- und/oder Steuereinheit zum Bestimmen zumindest der Kerntemperatur über die Kinematik, also über den zeitlichen Verlauf, der mittels der Temperatursenso­ ren (20, 21, 22, 23) an der Spitze (12) des Temperaturfühlers (10) erfaßten Temperatu­ ren und zum Verwenden der bestimmten Kerntemperatur sowie der mittels des weiteren Temperatursensors erfaßten Temperatur zur Garprozeßsteuerung.

6. Garprozeßfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spitze (12) zumindest vier Temperatursensoren (20, 21, 22, 23) angebracht sind.

7. Garprozeßfühler nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ein Kabel (16) oder eine Sende- und Empfangseinheit samt Versorgungseinheit.