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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung handelt von Techniken, die auf eine Kücheneinrichtung anwendbar sind. Genauer von der Implementierung einer unterstützten Kochfunktion, die es dem Benutzer ermöglicht, verschiedene Nahrungsmittel automatisch zu kochen. Es wird angewandt bei Kochgeräten im Haushalt oder in der Industrie und genauer gesagt bei Kochfeldern.
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Stand der Technik
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Auf dem Markt gibt es verschiedene Haushaltsgeräte, die zu denen gehören, die allgemein als kleine Elektrohaushaltsgeräte bezeichnet werden, und die dazu eingesetzt werden, automatisch oder halbautomatisch Nahrungsmittel zuzubereiten.
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Zu diesen kleinen Elektrohaushaltsgeräten gehören die sogenannten Reiskocher, Reisgarer oder Dampfgarer, die aus einer isolierenden Außenwand bestehen, die ein Heizelement enthält, in den ein inneres ausbaubares Gefäß eingesetzt ist, das manchmal eine Antihaftbeschichtung oder eine Teflonbeschichtung hat und das oft mit Markierungen in Form von Reistassen versehen ist. Während die günstigsten bzw. die ältesten Modelle eine Elektronik, eine Mechanik und einfache Temperatursensoren verwenden, enthalten die hochwertigen Reiskocher Microcontroller zur Steuerung des Kochprozesses. Einige der am weitesten entwickelten Modelle nutzen Induktion, andere können den Reis über eine bestimmte Zeit warm halten.
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Das Gefäß des Reiskochers ist meist ausbaubar und darunter befindet sich ein Heizelement und ein Thermostat, welche die wichtigsten Bauteile des Topfs darstellen. Das Gefäß besteht meist aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Eine Feder drückt den Thermostat gegen den Boden des Gefäßes, um einen guten thermischen Kontakt herzustellen und eine genaue Messung der Temperatur zu gewährleisten. Beim Kochen wird die Mischung aus Reis und Wasser mit hoher Leistung erhitzt. Wenn die Temperatur 100 °C übersteigt, so ist das Wasser verdampft, da beim Sieden dieser Wert nicht erreicht wird. Nach Beenden des Kochens wurde ein Teil des Wassers vom Reis aufgenommen und der Rest ist verdampft. Wenn an diesem Punkt weiter geheizt wird, so übersteigt die Temperatur den Siedepunkt. Daraufhin wird der Thermostat aktiviert, und der Topf schaltet um auf den „Warmhaltemodus“, bei dem der Reis auf ca. 65 °C gehalten wird. Einige der einfachen Reiskocher beschränken sich darauf, zu diesem Zeitpunkt abzuschalten.
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Diese auf dem Markt verfügbaren Vorrichtungen erfordern das Bereithalten eines spezifischen Geräts für diese Funktion, zusätzlich zu den üblicherweise für das Kochen von Nahrungsmitteln verwendeten Geräten.
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Die auf dem Markt verfügbaren Kochfelder, die entweder einrastbar sind oder aufgelegt werden, ermöglichen dem Benutzer die Zubereitung von Nahrungsmitteln, wobei jedoch ein direkter Eingriff des Benutzers beim Kochprozess erforderlich ist. Es gibt Kochfelder, die mit Steuervorrichtungen der Temperatur der Nahrungsmittel beim Kochen ausgestattet sind, entweder indirekt oder im Inneren des Nahrungsmittels.
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Es gibt auch Kochfelder die durch die Nutzung der oben genannten Vorrichtungen die Ausführung von unterstützten Kochfunktionen ermöglichen, so dass der Benutzer die Kochfunktion wählt und nachdem er das Nahrungsmittel in den Behälter gelegt hat, dieses bei bestimmten Bedingungen der gelieferten Leistung und Temperatur gekocht wird. Der Benutzer muss die gewünschte Garstufe kontrollieren und nachdem er entschieden hat, dass die Garstufe seinen Wünschen entspricht, muss er die Durchführung der genannten Funktion durch eine Interaktion mit dem Gerät beenden.
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Diese Systeme erleichtern zwar den Kochprozess für den Benutzer, mit Funktionen, die diesen dabei unterstützen, die Kochtemperatur zu steuern, erfordern jedoch eine Überwachung durch den Benutzer. Der Benutzer muss während der Kochzeit achtsam bleiben, da sein Eingriff erforderlich ist, um den Kochprozess zu kontrollieren und zu beenden.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Angesichts der im Stand der Technik aufgezeigten Probleme, wäre es somit wünschenswert ein System bereitzustellen, dass diese Nachteile überwindet.
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Die vorliegende Erfindung schlägt eine Lösung für die Zubereitung verschiedener Nahrungsmittel vor, die es ermöglicht, dass das Nahrungsmittel nach Einbringen der Zutaten in den Kochbehälter ohne Aufsicht fertiggekocht wird. Die vorliegende Erfindung erfordert nicht den Eingriff des Benutzers im Verlauf des Kochprozesses, sondern lediglich zur Aktivierung dieses Vorgangs.
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Die vorliegende Erfindung schlägt ein System vor, um ein Gericht automatisch in einem Behälter auf einer Kochfläche zu kochen gemäß dem unabhängigen Schutzanspruch. In den abhängigen Schutzansprüchen werden hingegen verschiedene vorteilhafte Ausführungen beschrieben.
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Gleichfalls schlägt die Erfindung eine Kochfläche vor, in die das oben genannte System eingebaut wird.
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Figurenliste
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Um die anschließend ausgeführte Beschreibung zu ergänzen und mit dem Ziel, zu einem besseren Verständnis der Merkmale der Erfindung zu verhelfen, werden der vorliegenden Beschreibung als Bestandteil derselben Figuren beigefügt.
- Die 1 zeigt schematisch die wichtigsten Bauteile einer Ausführung des Kochsystems in dem die vorliegende Erfindung angewendet wird.
- Die 2 zeigt ein Anordnungsbeispiel dieser wichtigsten Bauteile einer Ausführung des Kochsystems in dem die vorliegende Erfindung angewendet wird.
- Die 3 zeigt ein Blockdiagramm des Algorithmus der Schätzung der Temperatur in den Kochbehältern, auf dem das Kochsystem basiert, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
- Die 4 zeigt ein Beispiel einer Graphik mit der Entwicklung der Temperatur im Behälter und der im Verlauf des Kochprozesses gelieferten Leistung.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Kochfläche.
- 2:
- Aktuator.
- 3:
- Sensor.
- 4:
- Behälter.
- 5:
- Steuereinheit.
- 6:
- Heizelement.
- 7:
- Schnittstelle.
- 8:
- Kommunikationseinheit.
- 10:
- System.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wird weiterhin mit dieser ausführlichen Beschreibung näher veranschaulicht, die nicht den Umfang der Erfindung beschränken soll.
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Im folgenden Beispiel wird unter Bezugnahme auf die obigen Figuren ein Kochsystem erklärt, welches das vollständige Kochen bestimmter Gerichte ermöglicht, ohne ein Eingreifen des Benutzers zu erfordern. Der Benutzer muss einfach nur den Kochbehälter mit den erforderlichen Zutaten aufstellen und die gewünschte Kochfunktion aktivieren. Es ist möglich, zwischen verschiedenen Arten von Gerichten zu wählen, die ohne Aufsicht gekocht werden sollen.
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Die 1 und 2 zeigen Ausführungen eines Systems 10 nach der vorliegenden Erfindung, das in eine Kochfläche 1 eingebaut wird, die im Allgemeinen auch Kochfeld oder Kochplatte genannt wird. Auf dieser Kochfläche 1, wird auf den Heizelementen 6 zumindest ein Kochbehälter 4 angeordnet, in den verschiedene Zutaten oder Nahrungsmittel gegeben werden, um durch deren Kochen ein Gericht zuzubereiten. Der äußere Teil der Kochfläche 1 kann in verschiedenen Formen ausgeführt sein, zum Beispiel aus Metall, aus Glas, Keramik oder Materialien anderer Art. Die Kochfläche enthält ein oder mehrere Heizelemente 6, die auf ihr oder unter ihr angeordnet sind oder in diese eingebaut sind.
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Das vorgeschlagene System 10 wird mit der genannten Kochfläche 1 gekoppelt und verfügt über eine Steuereinheit 5, die über einen Aktuator 2 auf das Heizelement 6 einwirkt, wobei beide auf der Kochfläche 1 vorgesehen sind. Die Steuereinheit 5 kann auf oder unter der Kochfläche 1 angeordnet sein. Das System 10 weist eine Benutzerschnittstelle 7 auf, die in die Steuereinheit 5 eingebaut sein kann oder nicht oder die als Fernbenutzerschnittstelle ausgeführt sein kann, mit dem Ziel Information zu erhalten (z.B. Anweisung für die Zubereitung eines Gerichts) und Information zu senden (z.B. laufende Phase bei der Zubereitung, Temperatur des Sensors, geschätzte Temperatur des Nahrungsmittels, Energiekonsum, etc.).
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Unter der Kochfläche 1 befindet sich auch ein Aktuator 2, der die Heizelemente 6 mit Energie versorgt. Die Energie kann durch die Erzeugung eines elektromagnetischen Felds geliefert werden (Induktion), die Verbrennung von Gas oder durch mit elektrischen Widerständen versehene Vorrichtungen. In Abhängigkeit der gelieferten Energie kann der Aktuator 2 zwei verschiedene Bauteile enthalten. Zum Beispiel einen Spannungswandler (Inverter) für eine Induktionsplatte, ein (mechanisches oder elektrisches) Ventil zur Regelung des Gases, mit dem die Verbrennung stattfindet, ein elektromechanisches oder elektronisches Schaltsystem für die Elektrizität.
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Das System 10 enthält auch einen oder mehrere Sensoren 3, die im Allgemeinen unter der Kochfläche 1 angeordnet sind, wo sie die Temperatur messen. Die Sensoren 3 können auch in die Heizelemente 6 der Kochfläche 1 selbst eingebaut sein. Die Sensoren 3 werden über Kabel oder kabellos mit dem Aktuator 2 gekoppelt und/oder mit der Steuereinheit 5 und/oder mit der Schnittstelle 7, so dass sie Information über die in der Umgebung, in der sie angeordnet sind, gemessene Temperatur übermitteln.
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Die Steuereinheit 5 besteht im Allgemeinen aus elektronischen Steuerkreisen, die neben anderen Bauteilen einen Mikroprozessor und einen Speicher aufweisen. Die Steuereinheit 5 verwendet einen Algorithmus für die Schätzung der Temperatur im Inneren des Behälters 4 ausgehend von der Temperatur, die in der Nähe des Sensors 3 gemessen wird. Sie kann bei der Schätzung auch Parameter des Aktuators 2 und/oder des Heizelements 6 verwenden. Zusammenfassend gesagt ermöglicht es die Steuereinheit 5 die Temperatur abzuleiten, der die Nahrungsmittel beim Kochen in dem Behälter 4 ausgesetzt sind sowie die Zeit, die erforderlich ist, um die Zieltemperatur zu erreichen. Um ein Nahrungsmittel zu kochen, werden mehrere Kochphasen durchgeführt, jeweils mit konkreten Kenndaten in Bezug auf die zeitliche Dauer und die Zieltemperatur des Nahrungsmittels.
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In einigen Ausführungen können die Schnittstelle 7 und/oder die Steuereinheit 5 alternativ oder zusätzlich als Fernbedienung ausgeführt sein. Diese Möglichkeit wird in der 1 schematisch gezeigt. Mehrere Elemente können an einem anderen Ort als neben der Kochfläche 1 angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Schnittstelle 7 als App eines Mobiltelefons, eines Tablets, eines PC, etc. vorgesehen sein. Diese Ausführung der Schnittstelle 7 als Fernschnittstelle kann neben einer weiteren lokalen Ausführung als Display mit Wahlschalter in der Nähe der Kochfläche 1 vorgesehen sein. Außerdem kann die Steuereinheit 5 teilweise oder vollständig in einen Fernserver eingebaut sein, über den man kabellos zugreift, über eine Kommunikationseinheit 8, die in die Kochfläche 1 eingebaut ist, um so Steueranweisungen zu erhalten und den Aktuator 2 zu steuern, entsprechend den Phasen eines an der Schnittstelle 7 angewählten Rezepts. Die Steuereinheit 5 berechnet die geschätzte Temperatur im Behälter 4. Diese Schätzung der Temperatur ergibt sich aus der Messung des Sensors 3 und den elektrischen Parametern des Aktuators 2 und/oder des Heizelements 6 (zusammen mit der Information des Benutzers über die Art des Kochens des Nahrungsmittels, das zuzubereiten ist).
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Die 3 zeigt den Betrieb der Steuereinheit 5 und ihre Verbindung mit mehreren Elementen des Systems 10 und der Kochfläche 1. Die Steuereinheit 5 implementiert einen Algorithmus, der die Messung der Temperaturen unter der Kochfläche mit dem Sensor 3 nutzt, sowie die Messung elektrischer Parameter der Heizelemente 6 und/oder des Aktuators 2 der Kochfläche 1. Ausgehend von diesen Parametern, zum Beispiel Impedanz, Induktivität, Widerstand, etc. führt die Steuereinheit 5 eine Schätzung der Temperatur im Behälter 4 durch. Ausgehend von dieser Schätzung wird die Dauer jeder einzelnen Phase und die zu jedem Zeitpunkt der einzelnen Phasen im Behälter gelieferte Leistung gesteuert.
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Auf Grundlage dieser Schätzung und durch die Benutzung verschiedener Phasen beim Kochen, regelt die Steuereinheit 5 die Lieferung der erforderlichen Leistung des Aktuators 2 für das Heizelement 6, so dass der Behälter 4 erwärmt wird, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten.
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Ebenso ist dieses Steuereinheit 5 in der Lage, über die Schnittstelle 7 dem Benutzer Information über die Kochphase zu senden.
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Ausgehend von diesem Kochsystem wird eine Kochmethode festgelegt, welche die vollständige Durchführung der Kochphasen bestimmter Nahrungsmittel ermöglicht, bis zu deren Fertigstellung, ohne dass der Eingriff eines Benutzers erforderlich wäre.
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Vorteilhafterweise ist das System in der Lage, die Entwicklung der Temperatur im Verlauf des Kochprozesses anzuzeigen -auch im Fall, dass kein interner Sensor im Inneren des Behälters 4 vorgesehen ist- und gewisse einzigartige Verhaltensweisen festzustellen, welche die Festlegung (zum Beispiel der Dauer) der verschiedenen Kochphasen des Gerichts ermöglichen, sowie die Steuerung der Leistung, die in den jeweiligen Phasen anzuwenden ist.
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Die fortlaufende Überwachung und Prüfung der Entwicklung der thermischen und elektrischen Parameter ermöglicht es, physikalische Anzeichen festzustellen, die direkt mit den verschiedenen Kochphasen bestimmter Zubereitungen verbunden sind.
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Zum Beispiel ermöglicht es ein plötzlicher Temperaturanstieg nach einer Siedephase festzustellen, dass die Flüssigkeit komplett verdampft ist. Ebenso kann die Berechnung der Temperaturkurve genutzt werden, um Zeiten mit fast nicht vorhandenen Temperaturänderungen festzustellen, die der Siedephase entsprechen.
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Aufgrund der Trägheit, die diese Phänomene aufweisen können und der Verspätung bei der Erkennung derselben durch ein Messsystem, das ausschließlich die Temperatur misst, wird die Schätzung ergänzt durch die Messung der elektrischen Parameter des Heizelements 6 mit dem Behälter 4 und dem Aktuator 2.
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Diese elektrischen Parameter, bei denen es sich um die Werte Induktivität, Widerstand, etc. handeln kann, ändern sich immer in irgendeiner Form im Verhältnis zur Temperatur der genannten Elemente. Deren Messung und Aufnahme in den Algorithmus der Steuereinheit 5 verbessert die gemeinsame Schätzung der Temperatur des Inhalts des Behälters 4, vor allem in den anfänglichen Übergangszuständen der einzelnen Kochphasen.
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In Abhängigkeit der an der Schnittstelle 7 gewählten Kochfunktion, ist das System in der Lage verschiedene Kochphasen festzustellen, zu definieren und zu steuern, indem es die Leistungskurven anwendet, die an den Behälter angepasst sind, so dass das Produkt in geeigneter Form gekocht wird und der Zeitpunkt der Beendigung des Vorgangs festgestellt wird, und der Benutzer hierüber informiert wird.
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Die 4 wird als bevorzugtes Ausführungsbeispiel vorgestellt, aber nicht als einzig mögliches. Es wird das Beispiel des Reiskochens beschrieben, durch das automatische Kochsystem, das in die Kochfläche 1 eingebaut ist.
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Die Kochphasen dieser Zubereitung umfassen eine 1. Phase mit dem anfänglichen Erhitzen, wonach die 2. Phase des Warmhaltens folgt, in der das Wasser siedet. Nach einem Zeitraum, nach dem man davon ausgeht, dass das Siedewasser der Zubereitung fast aufgebraucht ist, da die Temperatur des Sensors schnell ansteigt, geht man zur Beendigung in der 3. Kochphase über, in der das zubereitete Gericht ruht und warmgehalten wird.
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Das entwickelte System ist in der Lage, die genannten Phasen zu erkennen und durchzuführen. Das System führt eine Erhitzungsphase durch, bis zum Sieden des Wassers. Nachdem dies erreicht ist, wird die an den Behälter gelieferte Wärmeleistung in geeigneter Form gesteuert, um dieses Sieden über einen ausreichenden Zeitraum aufrechtzuerhalten, um das Nahrungsmittel in geeigneter Form zu kochen.
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Das System ist in der Lage, den geeigneten Zeitpunkt für die Beendigung der Siedephase zu erkennen und, nach Erkennen dieses Zeitpunkts, automatisch in eine Ruhephase überzugehen, indem es den Benutzer über die Beendigung des Vorgangs informiert. Diese Phase wird aufrechterhalten in Abhängigkeit der Reaktion des Benutzers nach Beendigung des Kochvorgangs, wonach sie in eine Warmhaltephase des zubereiteten Gerichts übergehen kann, falls der Benutzer entscheidet, das Produkt nicht der Vorrichtung zu entnehmen.
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Diese Kochtechnik und deren Steuerung durch das System kann auf andere Arten von Zubereitungen von Nahrungsmitteln übertragen und ausgeweitet werden.
