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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kochgerät,
insbesondere einen Mikrowellenherd, mit einem Drehteller
zur Aufnahme eines zu erhitzenden Nahrungsmittels,
Heizmitteln zum Erhitzen des Nahrungsmittels und einem
Gewichtssensor zum Ermitteln des Gewichtes des auf dem
Drehteller liegenden Nahrungsmittels, wobei das
ermittelte Anfangsgewicht dazu benutzt wird, die Kochzeit der
Heizmittel einzustellen.
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Es ist bereits bekannt, automatische Kochgeräte mit
einem Gewichtssensor zum Messen des Anfangsgewichtes des
zu kochenden Nahrungsmittels auszustatten (EP-A-166 997,
EP-A-172 317, EP-A-146 406). Entsprechend dem
ermittelten Gewicht werden die Kochzeit und die Kochleistung
eingestellt und während des Kochvorganges eingehalten.
Darüber hinaus wird in einer der angegebenen
Literaturstellen beschrieben, das gemessene Anfangsgewicht dazu
zu benutzen, den Umschaltzeitpunkt von einer Betriebsart
auf eine andere zu bestimmen.
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Aus der EP-A-264 935 (entsprechend Artikel 54 (3) EPC zu
würdigen) ist es nicht nur bekannt, das Anfangsgewicht
des zu kochenden Nahrungsmittels zu messen, sondern auch
die Form des Nahrungsmittels durch einen
Ultraschallsensor zu bestimmen, um die Art des zu kochenden
Nahrungsmittels zu erkennen. Schließlich beschreibt
US-A-4,520,250 ein Kochgerät, bei dem die dielektrischen
Eigenschaften synchron mit der Drehposition eines
Drehtellers
gemessen werden; es erfolgen hierbei jedoch
keine Gewichtsmessungen.
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Alle diese bekannten Geräte haben den Nachteil, daß das
Endprodukt in seinem Kochzustand stark schwankt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Kochgerät zu schaffen, das einen Gewichtssensor zum
Ermitteln des Anfangsgewichtes des zu kochenden
Nahrungsmittels aufweist, insbesondere in einem
Mikrowellenofen. Der Kontrollabschnitt soll eine bessere
automatische Anpassung der Kochzeit auf das zu kochende
Nahrungsmittel zulassen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Kochgerät der
anfangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß der
Kochvorgang entsprechend den durch den Gewichtssensor
nach Beginn des Kochvorganges ermittelten Änderungen des
aktuellen Gewichtes des Nahrungsmittels gesteuert wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus
den abhängigen Ansprüchen hervor.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung wird ein
verbessertes Kochgerät geschaffen, das sich durch
einfachen Aufbau auszeichnet, wobei die bisher bekannten
Nachteile konventioneller Kochgeräte dieser Art
weitgehend eliminiert werden.
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Diese und andere Aufgaben sowie Merkmale der
vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen
unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen hervor.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung des
allgemeinen Aufbaus eines
Kochgerätes gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
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Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der
Gewichtsveränderungen während des
Kochvorganges eines
Nahrungsmittels;
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Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung
der Ablauffolge beim Kochvorgang;
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Fig. 4 eine Teilansicht von der Seite
einer Drehwelle eines Drehtellers,
der mit einem Photokoppler als
Positionssensor zur Bestimmung der
Drehposition des Drehtellers
ausgestattet ist;
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Fig. 5(A) + 5(B) Diagramme zur Erläuterung der
Gewichtsvariationen von
Nahrungsmitteln während des Kochvorganges;
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Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der
Gewichtsvariation durch
aufeinanderfolgende Mittelwertbildung über
eine Umdrehung; und
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Fig. 7 eine Darstellung, die den
Vergleich der Gewichtsvariation mit
Gewichtswerten zeigt, die eine
Umdrehung vorher ermittelt wurden.
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Bevor die Beschreibung der vorliegenden Erfindung
weitergeht, wird bemerkt, daß gleiche Teile durch gleiche
Bezugszeichen in den beigefügten Zeichnungen
gekennzeichnet sind.
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Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Kochgerät in der
Form eines Mikrowellenherdes gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung enthält eine Heizkammer 1
sowie ein Magnetron 11, das zur Lieferung von
Hochfrequenzenergie in die Heizkammer 1 an eine Stromquelle 10
angeschlossen ist. Innerhalb der Heizkammer 1 ist ein
Drehteller drehbar gelagert, der ein zu erhitzendes
Nahrungsmittel 2 aufnimmt. Der Drehteller 3 ist mittels
einer Drehwelle 4 auf einem Gewichtssensor 5 gelagert
und einem Antriebsmotor 6 zugeordnet. Das Ausgangssignal
des Gewichtssensors 5 wird einem Steuerabschnitt 8 über
eine Sensorschaltung 7 zugeführt. Der Steuerabschnitt 8
ist dazu ausgebildet, wahlweise einen Schalter 9
entsprechend den Ausgangssignalen der Sensorschaltung 7 zu
öffnen oder zu schließen, um die Energie der Stromquelle
10 dem Magnetron 11 zuzuführen. Der Gewichtssensor 5
kann z.B. ein solcher sein, bei dem die Kapazität
zwischen zwei Elektroden (nicht gezeigt) gemessen wird.
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Wie aus dem Diagramm der Fig. 2, die die
Gewichtsvariationen eines Nahrungsmittels beim Kochvorgang zeigt,
erfolgt beim Kochen eines Nahrungsmittels im allgemeinen
eine Verdampfung von Flüssigkeit und eine Erzeugung von
Gas, und das Gewicht des Nahrungsmittels vermindert sich
abhängig von der Zeit, wie aus dem Diagramm hervorgeht.
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Nachfolgend soll die Funktionsweise des
Steuerabschnittes 8 während des Kochvorganges in Verbindung mit dem
Flußdiagramm nach Fig. 3 beschrieben werden.
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Am Anfang beginnt der Kochvorgang, wobei das
Nahrungsmittel 2 auf dem Drehteller 3 innerhalb der Heizkammer 1
liegt.
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Beim Schritt (1) ermittelt der Steuerabschnitt 8 das
Anfangsgewicht Wo des Nahrungsmittels 2 aus dem
Ausgangssignal
der Sensorschaltung 7. Beim Schritt (2) wird
durch Anwendung des ermittelten Anfangsgewichtes Wo die
Kochzeit tc geschätzt, und die geschätzte
Gewichtsreduktion ΔWc wird durch die folgenden Gleichungen berechnet:
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tc = A + B x (Wo)n ... (1)
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ΔWc = α x Wo ... (2)
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Hierbei sind A, B, α und n Konstanten, die von einem
vorbestimmten Kochmenue abhängen (n 1, 0< α< 1).
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Beim Schritt (3) beginnt der Kochvorgang, während beim
Schritt (4) die Kochzeit t gemessen wird. Das Gewicht
W(t) des Nahrungsmittels wird festgestellt, und die
Gewichtsreduktion ΔW(t) wird durch die Gleichung
ΔW(t)=Wo-W(t) berechnet. Beim Schritt (5) wird geprüft,
ob die Gewichtsreduktion ΔW(t) größer ist als der
voreingestellte Wert ΔWm (im Normalfall etwa 2 g). Weiter
wird beim Schritt (6) eine Entscheidung getroffen, ob
die Kochzeit t größer als die geschätzte Kochzeit tc
ist. Sind die Resultate der Schritte (5) und (6) "nein",
so kehrt der Ablauf zum Schritt (4) zurück und
wiederholt die Schritte (5) und (6). Sind die Bedingungen des
Schrittes (5) erfüllt, so schreitet der Vorgang weiter
zum Schritt (7), und wenn die Bedingungen des Schrittes
(6) erfüllt sind, ist der Kochvorgang beendet. Beim
Schritt (7) wird die Zeit auf tm gesetzt, wenn die
Gewichtsvariation ΔW(t) des Nahrungsmittels den
eingestellten Wert ΔWm überschreitet. Beim Schritt (8) wird
die Kochzeit tc' durch die folgende Gleichung (3) neu
berechnet.
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tc' = tm + β tm ... (3)
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Hierbei ist β eine Konstante, die vom Kochmenue abhängt
(im allgemeinen 0≤β≤1).
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Beim Schritt (9) wird die Kochzeit gemessen. Das Gewicht
W(t) des Nahrungsmittels wird festgestellt, und die
Gewichtsreduktion ΔW(t) wird durch die Gleichung
ΔW(t)=Wo-W(t) berechnet. Beim Schritt (10) wird geprüft,
ob die Gewichtsreduktion ΔW(t) größer als die geschätzte
Gewichtsreduktion ΔWc ist. Beim Schritt (11) wird
entschieden, ob die Kochzeit t größer als die neu
ermittelte Kochzeit tc' ist. Ist die Antwort entweder des
Schrittes (10) oder des Schrittes (11) ein "ja", so wird
der Kochvorgang beendet. Werden die Bedingungen weder
des Schrittes (10) noch des Schrittes (11) erfüllt, so
kehrt die Folge zum Schritt (9) zurück und die Schritte
(10) und (11) werden wiederholt.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird
in dem Kochgerät gemäß der vorliegenden Erfindung das
Anfangsgewicht des Nahrungsmittels ermittelt und
anschließend die Kochzeit entsprechend dem ermittelten
Anfangsgewicht vorläufig eingestellt, um den Kochvorgang
zu beginnen. Nachdem der Kochvorgang gestartet ist, wird
das Gewicht des Nahrungsmittels gemessen, und durch
Berechnung der Gewichtsvariation des Nahrungsmittels wird
die Kochzeit aufeinanderfolgend aktualisiert, so daß der
Kochvorgang mit in jedem Falle konstantem Endergebnis
abgeschlossen werden kann.
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Zur Steuerung bzw. Regelung des vorstehend beschriebenen
Kochvorganges ist es notwendig, das Gewicht des
Nahrungsmittels durch einen Gewichtssensor genau zu messen.
In anderen Worten, das auf dem Drehteller nach Fig. 1
liegende Nahrungsmittel muß gewichtsmäßig genau gemessen
werden.
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Für diesen Zweck kann der Meßvorgang derart ausgebildet
werden, daß der Gewichtswert synchron mit der
Drehposition des Drehtellers gemessen wird, wodurch
Gewichtsveränderungen während des Kochvorganges genau bestimmt
werden können.
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In Fig. 4 ist ein Positionssensor P zum Feststellen der
Drehposition des Drehtellers gezeigt. Der
Positionssensor P weist ein Licht abschirmendes Teil 12 auf, das an
der Drehwelle 4 befestigt ist, sowie einen Photokoppler
13, der mit dem Licht abschirmenden Teil 12
zusammenwirkt. Befindet sich die Drehwelle 4 in Rotation und
bewegt sich das abschirmende Teil 12 durch das Innere
des Photokopplers 13, so erzeugt der Photokoppler 13
Impulse. Erfolgt nun die Gewichtsbestimmung synchron mit
den Impulsen, so werden Gewichtsvariationen aufgrund der
Rotation des Drehtellers eliminiert. Fig. 5 zeigt die
entsprechenden Gewichtsvariationen des Nahrungsmittels
während des Kochvorganges, wobei das Gewicht des
Nahrungsmittels ca. 500 g beträgt.
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Aus Fig. 5(A) ist zu sehen, wie die Gewichtsvariation
aussieht, wenn das Gewicht dauernd gemessen wird. Es ist
zu sehen, daß der Gewichtswert durch die Rotation des
Drehtellers ca. 10 g beträgt, und daß die
Gewichtsreduktion nach Abschluß des Kochvorganges ca. 5 g beträgt.
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In Fig. 5(B) ist zu sehen, wie der Gewichtswert synchron
mit der Rotation des Drehtellers festgestellt wird,
wobei ein Rotationszyklus des Drehtellers auf 10 Sekunden
eingestellt wird. Aus dieser Fig. 5(B) ist zu sehen, daß
die Variation des Gewichtswertes aufgrund der Rotation
des Drehtellers unterhalb 1 g liegt, d.h., die
Gewichtsvariation des Nahrungsmittels kann auf einfache Weise
bestimmt werden.
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Weiterhin wird bemerkt, daß bei der Verwendung eines
Wechselstromsynchronmotors als Antriebsmotor für den
Drehteller der gleiche Effekt erreicht werden kann, wenn
die Gewichtswerte zeitlich synchron mit dem
Rotationszyklus der Drehwelle gemessen wird, ohne daß ein
Rotationspositionsdetektor für die Drehwelle wie in Fig. 4
vorgesehen sein muß.
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Wird der Gewichtswert n-mal während einer Rotation
synchron mit dem Rotationszyklus des Drehtellers gemessen
und werden diese pro Umdrehung ermittelten n-Werte einer
Mittelwertbildung ausgesetzt, so kann die
Gewichtsveränderung des Nahrungsmittels noch genauer bestimmt
werden, als im Fall der vorstehend beschriebenen
Rotationssynchronisation. Entsprechende Ergebnisse beim Ermitteln
von 10 Meßwerten während einer Umdrehung (n=10) sind in
Fig. 6 gezeigt. Fig. 6 zeigt das Ergebnis, das aus den
Werten nach Fig. 5(A) aufgrund einer
aufeinanderfolgenden Zehn-Punkt-Mittelwertbildung erzielt wird. Es ist zu
sehen, daß die Anzahl von Gewichtsmessungen im Falle der
Fig. 5(B) mit einem Meßpunkt pro 10 Sekunden auf 10
Punkte pro 10 Sekunden vergrößert wird, wodurch sich die
Genauigkeit erheblich verbessert.
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Wird der Gewichtswert n-mal während einer Rotation
synchron mit dem Rotationszyklus des Drehtellers für
einen aufeinanderfolgenden Vergleich mit dem
Gewichtswert gemessen, der eine Umdrehung vorher ermittelt
wurde, so kann durch Integration der Differenz die
Gewichtsvariation des Nahrungsmittels noch genauer
bestimmt werden. In anderen Worten, die Gewichtsvariation
ΔW des Nahrungsmittels kann wie folgt bestimmt:
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ΔW(t) = Σ{w(t) - W(t-τ)}
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wobei τ der Rotationszyklus ist.
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Die Gewichtsvariation ΔW(t) in einer bestimmten Zeit t
wird durch aufeinanderfolgende Addition des Gewichtes
W(t) während dieser Zeit t und der Differenz des
Gewichtswertes W(t-τ) einer Umdrehung vorher bestimmt.
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Fig. 7 zeigt das Ergebnis, wenn die Resultate nach Fig.
5(A) wie vorstehend beschrieben verarbeitet werden. Aus
Fig. 7 geht hervor, daß der Gewichtsvariationswert n-mal
(n=10 in diesem Fall) vergrößert zu sein scheint, was zu
einer weiteren Verbesserung der Genauigkeit führt.
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Es wird hier bemerkt, daß das vorliegende erfinderische
Konzept nicht auf die Anwendung in einem Mikrowellenherd
allein beschränkt ist, obwohl die vorliegende Erfindung
hauptsächlich in Verbindung mit einem solchen
Mikrowellenofen beschrieben wurde, sondern die Erfindung kann
auf einfache Weise allgemein in Kochgeräten wie
elektrischen Herden, Gasherden oder dergleichen auf einfache
Weise angewandt werden.
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Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß bei
einem Kochgerät gemäß der vorliegenden Erfindung der
Kochvorgang automatisch in effizienter Weise ablaufen
kann und ein stabiles Kochergebnis des Nahrungsmittels
jederzeit liefert, da das Kochgerät derart ausgebildet
ist, daß das Anfangsgewicht des Nahrungsmittels und
während
des nachfolgenden Kochvorganges auftretende
Gewichtsvariationen benutzt werden, den Kochvorgang zu
steuern.