DE3205124A1 - Einrichtung und verfahren zum automatischen garen von nahrungsmitteln in einem mikrowellengeraet - Google Patents

Description

• Einrichtung und Verfahren zum automatischen
• Garen von Nahrungsmitteln in einem Mikrowellengerät.
• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Garen von Nahrungsmitteln nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Aus der DE-AS 27 06 367 ist ein Mikrowellenofen bekannt, bei dem im Strömungsweg der aus dessen Heizraum abströmenden Luft ein Sensor zur Erfassung einer Änderung der Feuchtigkeit im Heizraum angeordnet ist, die durch fortschreitende Erwärmung eines Nahrungsmittels bzw.ener Speise bedingt ist. Der Feuchtigkeits-Sensor ist mit einer Kochzustand-Detektorschaltung verbunden, die eine Einrichtung zur Steuerung der in den Heizraum abzugebenden Heiz- bzw. Mikrowellenenergie ansteuert. Die von dem zu garenden Nahrungsmittel bzw. Speise während des Heizvorganges austretende Feuchtigkeit ist weitgehend abhängig von der Menge sowie der Oberfläche des Gargutes und evtl. von dessen Abdeckung. Da ein Feuchtigkeits-Sensor aber nicht den Zustand des Gargutes im Kern erfaßt, ist oftmals der Kern noch nicht gar, wenn die Gargutoberfläche bereits siedet und im starken Maße Wasserdampf austritt. Eine solche Einrichtung arbeitet daher äußerst ungenau und ergibt nur mangelhafte Kochergebnisse.
• Ein Mikrowellenofen mit einer die Kerntemperatur des Gar-bzw. Kochgutes erfassenden Meßfühlereinrichtung (Speisenthermometer) zur Regelung der Kochzeit ist aus der DE-OS 29 43 977 bekannt. Hierbei kann es nun vorkommen, daß bei Erreichen der Gargut-Kerntemperatur, bei der die Heizenergie (Mikrowellenenergie) mit Hilfe der Meßfühlereinrichtung abgeschaltet wird, die Gargutoberfläche infolge zu langer intensiver Energieeinwirkung sehr stark verkrustet und unter Umständen sogar schon verbrannt ist. Auch erfordert das Einbringen und Anschließen einer solchen Meßfühlereinrichtung zusätzliche Vorarbeiten und Bedienungshandgriffe, die oftmals fehlerhaft ausgeführt werden, so daß das Kochergebnis weiter verschlechtert wird.
• Es sind auch Nikrowellengargeräte bekannt,. bei denen in der Abluft ein Gassensor mit quantitative.r Auswertung angeordnet ist (DE-OS- 29 35 862). Hierbei ist aber das Gar- bzw. Kochergebnis weitgehend von der chemischen Zusammensetzung des Gargutes, der Menge sowie der Oberfläche und der Anfangstemperatur abhängig. Außerdem wird hierbei der Garzustand nur an der Oberfläche erfaßt. So kann z.B. ein großes Fleischstück an der Oberfläche schon gar sein, während es im Kern noch roh ist. Durch die quanitative Auswertung kann nur eine "Fertig" - Meldung gegeben werden. Bis zu diesem Zeitpunkt wird in der Regel mit der vollen Leistung gearbeitet, was darin bei großen Fleischstücken, die an sich eine lange Garzeit benötigen, zum Austrocknen (Ubergaren) der Oberfläche führt.
• Weiterhin ist aus dem DE-GM 1 816 809 ein Hochfrequenz-Strahlungsherd bekannt, bei dem die Hochfrequenzleistung durch eine Messung des Anfangsgewichtes des Koch- bzw. Gargutes selbsttätig gesteuert wird. Bei diesem bekannten Herd dient die. Erfassung des Anfangsgewichtes ausschließlich zur Ermittlung bzw. Anwählung der erforderlichen Heizleistung nicht aber zur Regelung der Koch- bzw. Garzeit.
• Es wurde nun erkannt, daß Garergebnisse eine starke Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie z.B. Menge, Art, Zustand des Gargutes, zeigen. Da nun ein Sensor bzw.
• eine Meßeinrichtung allein zu wenig Daten über das Gargut und dessen jeweiligen Zustand liefert, sind mit sämtlichen bisher bekannt gewordenen Mirkowellengeräte nur mangelhafte Garergebnisse zu erzielen.
• Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein-Mikrowellengerät der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sämtliche wesentlichen Faktoren zur Erzielung eines einwandfreien Garergebnisses zuverlässig erfaßt und zur Auswertung gebracht werden, mit gleichzeitiger Vereinfachung der Handhabung und Bedienung, so daß Fehlbedienungen bzw. Fehleinstellungen praktisch ausgeschlossen sind.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
• Zweckmäßige weitere Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Durch die Erfindung wird ein Mikrowellengerät geschaffen, in dem eine Vielzahl von Nahrungsmitteln bzw. Speisen mit relativ wenigen Grundprogrammen zufriedenstellend gegart, erwärmt oder aufgetaut werden können. Dadurch, daß eine Vielzahl von Daten über das Gargut und dessen Zustand laufend automatisch erfaßt und ausgewertet werden, wird ein völlig automatisch ablaufender Garprozess erreicht, der die bestmöglichsten Garergebnisse ohne manuelles Einwirken liefert.
• Darüber hinaus werden bei der vorgeschlagenen Einrichtung Störfaktoren weitgehend kompensiert, so daß die Daten relativ störsicher erfaßt und zur Auswertung gelangen.
• Darüber hinaus findet eine automatische Anpassung der Heizleistung und gegebenenfalls auch der Beheizungsart statt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird an Hand dieser nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 den Gar- bzw. Heizraum eines Mikrowellengerätes mit der Einrichtung zum automatischen Steuern des Garprozesses im Prinzip, Fig. 2 die Gewichtsverlust-Kennlinie beim Garen von Fleisch, Fig. 7 die Gassensor-Spannungskennlinie beim Garen von Fleisch, Fig. 4 die Gassensor-Spannungskennlinie beim Garen von Gemüse, Fig. 5 die Mikrocomputer-Steuerung für die Einrichtung nach Fig. 1.
• Mit 1 ist der Gar- bzw. Heizraum eines nicht weiter dargestellten Mikrowellengerätes zum Garen oder Auftauen von Nahrungsmitteln bzw. Speisen bezeichnet. Ein Magnetron 2 gibt, wenn es eingeschaltet ist, zum Erwärmen bzw. zum Garen der im llei.zlnum 1 eingebrachten Nahrungsmitteln bzw.
• Sepeisen Mikrowellenenergie in den Heizraum ab. Im Boden- bereich des Heizraum 1 ist ein aus einer Waage 3 mit Messverstärker 21 (Fig. 5) bestehender Gewichtsensor 3' zur Messung des Anfangsgewichtes und der Gewichtsveränderung (Gewichtsverlust) während des Garvorganges -eingelassen, auf der ein Gefäß 5 mit Gargut 4 abgestellt ist. Im Strömungsweg 6 der aus dem Heizraum 1 abströmenden Luft und im Strömungsweg 7 der dem Heizraum zuströmenden Luft ist je ein Sensor 8 (Abluftsensor) bzw. 9 (Zuluftsensor) angeordnet.
• Als Sensoren 8 bzw. 9 dienen hier zweckmäßig Gas sensoren.
• Eine Motor-Gebläse-Einrichtung 10 sorgt für die Luftzufuhr zum Heizraum 1. Die zuströmende Luft setzt sich aus der Raumluft (Küchenluft) und der in dieser enthaltenen Störgase, wie z.B. Zigarettenrauch, Wrasen von anderen Kochvorgängen, zusammen. Die abströmende Luft enthält dann noch zusätzlich die aus den Nahrungsmitteln bzw. Speisen während des Garvorganges austretenden oxidierbaren Gase und Wasserdämpfe.
• Die beiden Sensoren 8, 9 (Gassensoren) mit ihrem Potentiemeter P sind Teil einer Referenz- bzw. Brückenschaltung 12 (Fig. 5) mit qualitativer Auswertung. Zu dieser Brückenschaltung gehören weiterhin zwei Widerstände R' und Rt? sowie ein Kondensator C. Falls in der dem Heizraum 1 zugeführten Ansaugluft Störgase enthalten sind, ändert der in der Ansaugluft befindliche Gassensor 9 seinen Widerstand.
• Da die Ansaugluft danach auch den im Abluft-Strömungsweg 6 angeordneten Gassensor 8 passiert, ändert dessen Widerstand seinen Wert ebenfalls entsprechend. Diese beiden Widerstandsänderungen kompensieren sich in der Brückenschaltung 12, so daß die Brücken-Ausgangs spannung unabhängig von Störungen bleibt.
• Die durch Störungen (Störgase) bedingte Widerstandsänderung beim Zuluft-Sensor 9 bewirkt die gleiche Widerstandsänderung beim Abluft-Sensor 8. Dadurch werden die die wirkliche Gaskonzentration im Heizraum 1 negativ beeinflußenden Störgase kompensiert, so daß diese praktisch ohne Einfluß:auf die Steuerschaltung für die Heizenergie bleiben. Das PotentSmeter dient in üblicher Weise zur Einstellung der Spannung in den Brückenzweigen der beiden Gassensoren 8, 9. Diese wird so eingestellt, daß die Brücke bei der etwa zu erwartenden Gaskonzentration abgeglichen ist, um eine größtmögliche Linearität zu erzielen. Der Kondensator C dient zur Entstörung und Glättung der Ausgangsspannung.
• Weiterhin ist im Heizraum 1 ein Thermistor 11 zur Messung der Heizraum-Temperatur untergebracht. Die von der Waage 3 (Wägezelle), den beiden Sensoren 8 und 9 sowie dem Thermistor 11 ermittelten Meßwerte bzw. Daten gehen in einen programmierbaren Mikrocomputer 12 ein, in dem mehrere feste Grundprogramme zur Steuerung von Garungsprozessen für verschiedene Gruppen von Speisen mit ähnlichem Garverhalten gespeichert sind. Eine manuelle Eingabemöglichkeit der jeweiligen Speisenärt (Fleisch, Gemüse, Geflügel) ist beim Mikrocomputer ebenfalls vorgesehen. Aus sämtlichen dem Mikrocomputer 12 zugehenden Einzeldaten werden die jeweils erforderlichen optimalen Gesamtgarungszeiten sowie die entsprechende auf den jeweiligen Garungszustand abgestimmte Leistungsstufe errechnet und danach die dem Heizraum zuzuführende Nikrowellenheizenergie in entsprechenden Leistungsstufen genchaltet.
• Bisher wurden nun Gassensor-Signale rein quantitativ ausgewertet, d.h. es wurde mit voller Heizleistung gearbeitet, bis die Ausgangsspannung des Sensors um einen programmbestimmten Wert angestiegen war. Betrachtet man jedoch den zeitlichen Verlauf der Sensor-Spannung bei verschiedenartigen Garvorgängen, so ergeben sich fiir Fleisch und für mit Wasserzugabe gekochte Speiser wie beipielsweise Gemüse, Kurven, deren typische Form unabhängig von der jeweiligen Garmenge und deren chemische Zusammensetzung ist.
• Vergleiche hierzu Fig. 3, welche einen typischen Verlauf der Gassensor-Signalen beim Garen von Fleisch zeigt und Fig. 4, welche den Verlauf der Signale beim Kochen von Gemüse wiedergibt.
• Die Kurven der Gassensor-Signale legen sich an eine horizontale Asymptote an, wenn a) die Oberfläche des Fleischstückes im Bereich der Mikrowellen-Eindringtiefe ar ist (Fig. 3),bzw.
• b) das z.B. dem Gemüse beigegebene Wasser kocht und im Gargut die ersten Kochreaktionen stattfinden (Fig. 4). Hierbei wird der Gassensor auch als Feuchtesensor verwendet, der auf das ab einer Gargut- bzw. Wasser-Temperatur von etwa 92° C emittiernde Gemisch aus Wasserdampf und Gasen reagiert.
• Das Erreichen der Asymptote wird in der Steuerung folgendermaßen festgestellt: 1. Messen der Brückenausgangsspannung U1 zum Zeitpunkt t1 ?. Wartezeit voii fiirif SCtllnAlell 3. Messen der Brückenausgangsspannung U2 zum Zeitpunkt t2 4. Wartezeit von fünf Sekunden 5. Messen der Brückenausgangsspannung U3 zum Zeitpunkt t3 Die Asymptote ist erreicht, wenn die Differenzen von U2 - U1 und U3 - U2 kleiner als ein Grenzwert sind. Wenn nicht, müssen die drei Messungen in der vorgenannten Weise wiederholt werden. Auf die Verwendung deß auf diese Weise ermittelten Zeitpunktes in der Garprozess-Steuerung - Erreichen der Asymptote -wird dann im Beschreibungsteil zur Garprozess-Steuerung näher eingegangen.
• Nachfolgend wird nun zunächst die Auswertung des von der Waage 3 bzw. Wägezelle des Gewichtsensors 3' abgegebenen Ausgangssignals zur Garprozess-Steuerung erläutert. Vorab ist zu. erwähnen, daß der Gewichtsensor in zweifacher Weise ausgewertet wird.
• Zuerst erfolgt die Erfassung bzw. Messung des Anfangsgewichtes des Gnrgutes. Der so festgestellte Wert bildet die Grundlage für alle Garprogramme, da die erforderliche Garzeit sowie die richtige Leistungsabstufung stets von der Gargtmenge unmittelbar abhängig ist. Die Ermittlung des Gargefäßgewichtes (Tara) erfolgt in der Weise, daß nach der Programmwahl durch eine entsprechende Anzeige der Benutzer angewiesen wird, zunächst einmal das leere Gargefäß in den Heizraum 1 auf die dortige Waage 3 abzustellen. Ab diesen Zeitpunkt wird der Gewichtsensor 3' in kurzen Zeitabständen mehrmals abgefragt. Wenn nun a) der Messwert größer als Null ist und b) die Differenz zwischen den letzten drei Messwerten kleiner als ein Grenzwert ist (d.h. die Waage hat ausgependelt und ist damit in Ruhestellung), wird der zuletzt gemessene Wert G1 als Tara-Gewicht im Mikrocomputer 12 gespeichert. Die Anzeige erlischt.
• Die Gewichtsmessung geht nun weiter, indem eine zweite Anzeige den Benutzer anweist, das mit dem Gargut 4 gefüllte Gargefäß 5 auf der Waage 3 abzustellen und die Heizraumtür zu schließen.
• Wenn nun a) der jetzige Messwert größer als das Tara-Gewicht G1 ist und b) der Messwert kleiner oder gleich dem größten messbaren Gewicht G2 ist und c) die Differenz zwischen den letzten drei Messwerten kleiner als ein Grenzwert ist und d) die Heizraumtür richtig geschlossen ist, wird die Differenz zwischen dem zuletzt gemessenen Wert G2 und dem Tara-Gewicht G1 als Anfangsgewicht Gg gespeichert und das vorgewählte Garprogramm gestartet.
• Wie nun Versuche gezeigt haben, kann man beim Garen von Fleisch aus dem während des Garprozesses stattfindenen Ge- wichtsverlust Schlüsse auf den jeweiligen Garungsgrat bzw.
• Garungszustand ziehen. So ist z.B. Schweinefleisch durchschnittlicher Qualität gar, wenn es etwa ein Drittel seines Anfangsgewichtes durch Feuchtigkeitsverlust sowie evtl. Fettausscheidungen verloren hat (Fig. 2). In der Computersteuerung wird ein Sollwert für das Endgewicht G4 von Gargut und Gargefäß folgendermaßen errechnet: G4 G1 + Go . Faktor X, wobei der Faktor X ein durch die Fleischart gegebener progrnmmbestimmender Wert<1 ist.
• Der Steuerungsablauf des automatischen Garprozesses ist folgender: Die Ausgangssignale des Abluftsensors 8, des Zuluftsensors 9 sowie des Gewichtsensors 3 und des Thermistors 11 gelangen über einen vom Mikrocomputer gesteuerten Meßstellenumwandler bestehend aus den Relais 22 und 23 (Fig. 5) zum Analog-Digitalwandler und von dort über den Codewandler zur Eingangsschnittstelle der CPU. Diese steuert eine Schaltstufe mit den Funktionen - Motor-Gebläse-Einrichtung 10 (Lüfter) ein/aus - Magnetron 2 in unterschiedliche Leistungsstufen (Einschaltdauer ED aus Taktgeber-Frequnz) - konventionelle Beheizung 24 des Heizraumes 1 bestehend aus Ober- und Unterhitze-Heizkörper - Grillheizkörper 25 ein/aus.
• Mit der beschriebenen Einrichtung ist ein völlig automatisches Garen von- Nahrungsmitteln bzw. Speisen im Heizraum 1 eines Mikrowellengerätes durchführbar. Nachfolgend werden für ein solches Garen als Beispiel einige Grundprogrammabläufe für verschiedene SpeisengrupI)en aufgezeigt.
• Beispiel 1: Fleisch garen ausschließlich mit Mikrowellenenergie Gargutgewicht ca. 900 gr.
• - Ermittlung des Ausgangsgewichtes des Gargutes wie vorstehend beschrieben - Angaren mit voller Heizleistung (Mikrowellenleistung) bis die Gassensorspannung die Asymptote erreicht hat (100 %ED) - wenn Endgewicht G4 gleich oder kleiner als 600 gr. ist, Fertig-Meldung - wenn Endgewicht G1F größer als 600 gr. ist, erfolgt ZurückscElaltung auf eine um 20 % verminderte Fortgar-Heizleistung (80 % ED) - Weitergaren bis Sollgewicht (Endgewicht G4) erreicht ist, dann Fertig-Neldung.
• Beispiel 2: Fleisch garen mit Mikrowellenenergie und Grillheizkörper Verfahrensschritte wie bei Beispiel 1 plus Zuschaltung des Grillheizkörpers nach einer bestimmten Zeit t. t = Faktor . Gewicht (G5) wobei der Faktor einen empirisch ermittelten Wert darstellt.
• Beispiel 3: Fleisch garen mit Mikrowellenenergie und konventioneller Beheizung (Ober- und Unterheizkörper) - Ermittlung des Ausgangsgargewichtes in der beschriebenen Weise - Einschaltung der konventionell Beheizung plus der vollen Mikrowellenheizleistung (100 % ED) - Angaren bis Gassensorspannung die Asymptote erreicht hat Heizraumtemperatur über Thermistor durch Takten der konventionellen Beheizung auf Soll-'Temperatur halten mit Erreichen der Asymptote Mikrowellenenergie im %eittakt schalten und zwar fünf Minuten ein, zehn Minuten aus - nach einer gewissen Zeit, die mittels des Faktors mal Gargewicht errechnet wird, Zurückregeln der konventionellen Beheizung auf eine gegenüber der Angartemperatur niedrigere Fortgartemperatur - wenn Gargewicht gleich Soll- bzw. Endgewicht'plus 5 %, Ausschalten der konventionellen und Mikrowellenheizung (Nach- bzw. Fertiggarung durch Nachwärme) - wenn Gewicht reich Soll- bzw. Endgewicht, erfolgt Fertig-Meldung.
• L e e r s e i t e

Claims (4)

1. Patentansprüche Einrichtung zum Garen von Nahrungsmitteln im Heizraum eines Nikrowellengerätes, mit einem Sensor, der im Strömungsweg der aus dem Heizraum abströmenden Luft angeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - ein weiterer Sensor (9) ist im Zuluftweg (7) des Heizraumes (1) angeordnet, - zum Erfassen des Gargut-Anfangsgewichtes sowie der Gewichtsveränderung während des Garvorganges ist für das Gargut eine Waage (3) bzw. Gewichtsensor (3') vorgesehen, - im Heizraum (1) ist ein Thermistor (11) zur Messung der Heizraum-Temperatur untergebracht, - zur automatischen Steuerung des Garvorganges bzw. des Garablaufes dient ein programmierbarer Mikrocomputer (12), dem die von den Sensoren (8, 9 ) der Waage (3) bzw. Gewichtsensor (3') sowie dem Thermistor -(11) ermittelten Daten in kurzen Zeitabständen zugeführt werden, - der Mikrocomputer (12) enthält mehrere feste Grundprogramme zur Steuerung von Garprozessen für verschiedene Speisengruppen mit ähnlichem Garverhalten.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (8, 9) Teil einer Brückenschaltung (20) mit qualitativer Auswertung sind.
3. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Waage (3) bzw. dem Gewichtsensor (3') ein Messverstärker (21) zugeordnet ist.
4. 4. Verfahren zum Garen von Nahrungsmitteln in einem Mikrowellengerät mit einer Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden wesentlichen Schritte: - Garprogramm auswählen - Ermittlung des Ausgangsgewichtes des Gargutes - Angaren mit voller Heizleistung bis Sensor-Spannung die Asymptote erreicht hat - während der Garphase Messen des Gargutgewichtes in mehreren Zeitabständen - Vergleichen des jeweiligen Gargutgewichtes mit dem errechneten End- bzw. Sollgewicht - Abschalten der Heizleistung, wenn das errechnete End- bzw. Sollgewicht erreicht ist - wenn noch nicht errei.cht, zurückschalten auf eine gegenüber der vollen Heizleistung verminderten Heizleistung Weitergaren bis End- bzw. Sollgewicht erreicht, dann Fertig-Meldung.